基于电气特性-物理参数耦合的交流电弧炉模型

现有电弧炉模型主要关注电弧内部与外部特性的联系,割裂了电弧内部微观下电气与物理的耦合影响,难以体现电弧的电热物理本质,导致仿真精度有所欠缺。针对上述问题,该文提出一种改进的新型交流电弧炉模型。首先,在电子连续性方程的基础上,构建电弧的电气特性模型;其次,根据弧柱磁压缩力平衡方程和瞬时能量平衡方程分别构建电弧的压强、温度等物理参数模型,推导得到电弧内部的电气特性与物理参数之间的耦合机理,得到两者的耦合模型;然后,基于电弧炉变压器二次侧额定电流和最大电弧温度之间的关系,利用麻雀搜索算法对电弧温度曲线进行辨识,确定物理模型的各个参数;最后,依据50 t、55 t炼钢交流电弧炉的现场实测数据,在Matlab/Simulink平台上搭建模型并验证模型的正确性。仿真结果表明,所提模型更符合交流电弧炉实际运行过程中的物理本质,能更精确地反映其谐波、电压波动特性。

大型汽轮发电机定子端部绕组物理参数识别及数学模型建立方法研究

从结构的数字化模型频响函数出发,利用最小二乘复频域法识别模态参数,进一步用获取的模态参数修正集中质量法推导出的物理参数,从而建立符合结构动力特性的数学模型。首先通过固支梁模型算例验证该方法的可行性;然后对600 MW大型汽轮发电机端部绕组的精细化有限元模型进行模态分析,并与实测结果进行对比,验证了该模型的合理性;此后,基于该有限元模型获取的频响函数和模态参数,识别出端部绕组的物理参数并建立其数学模型。结果表明:在75~115 Hz频率段中,最小二乘复频域法识别出的端部绕组模态与有限元结果对比表明,固有频率和阻尼比的最大误差出现在第一阶模态中,分别为0.27%和0.50%,模态振型接近;通过数学模型和有限元模型计算的端部绕组固有频率最大误差为0.27%,模态振型一致;数学模型计算的频响函数与有限元结果对比表明,测点的频响函数最高匹配度可达95%,多数测点的频响函数匹配度超过85%。该方法可为大型汽轮发电机定子端部绕组动力学的准确建模提供依据。

利用机器学习模拟湿物理参数化方案

数值天气预报模式的湿物理参数化方案对降水预报有很大影响。常规湿物理参数化方案计算复杂、计算量大,且存在较大不确定性。文中采用4种机器学习算法即基于决策树的梯度提升算法(LightGBM)、全连接神经网络(FC)、卷积神经网络(CNN)和卷积块注意力模块(CBAM)提取数值预报模式变量网格点周围的局部信息建模。针对一次中国南海台风过程开展湿物理参数化方案模拟试验,试验表明,4种机器学习模型均能较好地模拟湿物理参数化方案的温、湿效应,能够刻画台风对流活动产生的热源和水汽汇的螺旋结构。位温倾向在对流层中层误差较大,比湿倾向在对流层低层误差较大,随着预报时效延长模型的模拟能力有所降低。

多微物理参数化方案对飓风“艾克”路径和强度的数值模拟研究

本文采用水平分辨率为1˚ × 1˚,时间间隔为6 h的NCEP GFS再分析资料作为模拟的初始场和边界条件。以2008年北大西洋09号四级飓风“艾克”为个例,利用WRF中尺度模式以不同微物理参数化方案进行模拟,对比分析发现:不同微物理参数化方案对飓风路径模拟影响较为显著,除Ferrier方案外,其余微物理方案下模拟的路径几乎都较实际路径偏东,其中,WSM6微物理方案的试验对飓风“艾克”路径的模拟与实际路径整体偏差较小;不同微物理参数化方案对飓风强度模拟影响不显著,各微物理参数化方案下飓风“艾克”的模拟强度均与实际观测强度相差较大,Lin微物理参数化方案下,最后6 h的飓风中心海平面气压模拟结果与实际观测气压较为接近,是本次强度模拟试验中最好的方案。

大气物理参数测量仪校准实验

大气物理参数的准确测量是通风流体实验研究的基础,其测量仪表的科学校准是保证测量精度的关键。实验教学重在培养学生观察能力、操作能力和分析处理数据的能力。在“中学生走入大学实验室”实践活动中,设计了一组大气物理参数(风速、气压)测量仪校准实验,利用闭式环形风洞实现了各类风速仪表的校准,利用气压检定箱实现了各类气压仪表的校准。校准实验方法科学实用,满足开展相关仪器仪表校准需要,保证了测量数据准确性。实验操作性强,有利于锻炼学生的实践动手能力,培养学生的创新能力与科学素养。

地形云微物理参数观测的数字全息方法研究

提出了一种基于数字全息理论结合主动风向随动和复杂可编程逻辑器件驱动的纳秒尺度脉宽的脉冲激光调制技术,利用全域数字图像融合和局部亮度梯度方差算法的地形云观测方法。在六盘山地形云野外科学试验基地开展了长期的连续观测以获得地形云微物理参数。与该基地内基于光散射原理的测量仪器及前向散射能见度仪的观测数据进行比对,发现虽然两者长时间观测结果的变化趋势具有良好的相关性,但在2~4μm和7~50μm的云滴粒子区间,数字全息测量方法具有更强的观测能力。本文方法可为提高对云降水物理过程的理论认识和参数化方案的开发奠定数据支持,也可为天气、气候、人工影响天气和大气化学等领域研究提供重要的技术支撑。

一套湿物理参数化方案在GRIST全球模式中的应用及其对模拟气候态的影响

将自主研发的包含对流参数化、宏观云凝结、云微观物理参数化在内的湿物理过程(简称PhysCN)引入全球-区域一体化预测系统(Global-to-Regional Integrated forecast SysTem,GRIST)。通过大气模式比较计划(AMIP)10 a连续积分考察了PhysCN较原有方案(简称PhysC)对模拟的全球气候基本态的影响。结果显示,PhysCN更真实地重现了热带降水的气候分布特征和季节变化。相比PhysC,PhysCN减少了赤道辐合带(ITCZ)、热带太平洋和印度洋上空的虚假降水,改善了双ITCZ偏差。PhysCN在热带对流层顶附近和中、高纬度地区形成了比PhysC更多的冰云,增强了长波云辐射效应。但另一方面,由于单冰云微物理方案中采用一个变量类别考虑所有冰相粒子,导致中、高纬度低层云冰比湿比PhysC中更大。宏观云凝结中采用基于冰面相对湿度的方法诊断冰云量,使低云更密实,减弱了短波云辐射效应,也使全球净辐射收支偏差大于PhysC模拟结果。研究证明了PhysCN湿物理方案在GRIST模式中的稳定性与合理性,但也展示出冰云诊断和云微物理参数化的协调性有待进一步改进。

珊瑚砂热物理参数测试与预测模型对比分析

在我国“海洋强国”建设下,南海岛礁建设顺利推进,以浅层礁坪为介质的地源热泵技术、能量桩等,实质是与礁砂介质能量交换的过程,需进一步掌握珊瑚砂导热性能的演变规律。以南海岛礁珊瑚细砂为研究对象,测定并探讨在不同干密度和含水率下对3大热物理参数的影响,并选用12种砂土热物理参数模型的预测数据与实测数据进行类比分析,提出适宜预测珊瑚细砂导热性能的经验模型。结果表明,珊瑚细砂导热系数和体积比热容、热扩散系数均与干密度呈正相关关系,导热系数和体积比热容与含水率的相关系数高于干密度,而热扩散系数与含水率呈“凸”形增长关系,与干密度的相关系数远高于含水率。基于试验实测数据进行线性回归分析,修订Cote-Konrad模型与Gangadhara Rao模型,显著提高模型对珊瑚细砂导热系数预测准确性;通过De Vries模型与Xu模型的线性修正,大幅缩小珊瑚细砂体积比热容预测值与实测值的差异,在Dai模型相关系数的二元拟合分析基础上,建立表征珊瑚细砂热扩散系数预测模型,为岛礁隔热、控温工程设计以及珊瑚砂热物理特性研究提供参考。

材料热物理参数对沥青路面温度场影响的模拟分析

首先在考虑沥青路面与周围环境热交换过程的基础上,利用ADINA有限元软件构建了沥青路面温度场评估模型,并确定了模型的边界条件,然后通过数值模拟的方法分析了导热系数、表面传热系数和路面反射率这3个材料热物理参数对沥青路面各结构层温度场的影响.结果表明:沥青路面的温度变化主要发生在其表层和面层(即沥青层),而基层、底基层和土基的温度变化很小;相同条件下,沥青路面各结构层的日温度差会随着各结构层深度的增加而减小;沥青路面各结构层的温度会随着结构层深度的增加出现变化相位逐渐滞后的现象;修铺沥青路面时所用材料的导热系数越大、表面传热系数和路面反射率越小,沥青路面的温度越高,因此,为使整个沥青路面温度降低,铺筑沥青路面时应使用导热系数较小、表面传热系数和路面反射率较大的材料.本研究可为沥青路面的选材设计提供理论支撑,有助于改善沥青路面的温度场,减小沥青路面对城市环境造成的不良热效应.

植被生物物理参数的光学遥感反演方法综述

传感器技术的迅速发展为植被生物物理参数反演提供了大量可用的光学遥感数据,处理这些海量数据需要稳健高效的反演技术支持。本文总结了利用光学遥感影像定量获取植被生物物理参数的反演方法,将这些方法分为参数回归、非参数回归、基于物理模型和混合方法。首先,回顾了这些方法的理论基础,并分析了它们各自的优缺点。然后,介绍了已发表的应用案例,展示了这些方法在植被生物物理参数反演处理中的实际运用。最后,对这些方法在未来的发展和应用前景进行了展望。

低液限黏土冻结热物理参数及热传导模型试验研究

为了研究不同温度条件下饱和度、比热容、相变潜热、未冻水含量等对人工冻结法的影响,以昆明地铁联络通道冻结法施工为背景,将该地区低液限黏土作为研究对象开展试验,探明了未冻水含量、热物理参数的变化规律;建立了正交球缺接触热传导模型并对照室内试验结果进行验证。结果表明:当温度持续降低到某温度范围(-15~-8℃)时,土中未冻水含量变化不大,据此可优化降温计划;在负温段,不同饱和度试样未冻水含量与相变潜热呈负相关,饱和度与相变潜热正相关;导热系数与比热容随温度的变化表现为两个阶段,并在0~-10℃温度范围内迅速降低后趋于平稳;所建立的正交球缺接触热传导模型能可靠计算任意时刻未冻水量并预测热物理参数变化趋势,可为减少冻结工作中热物理参数的测量工作量提供参考。

岩土体弹性波速测试及岩土体波速与物理参数的相关性研究

以山东省烟台市某建筑工程岩土工程勘察为背景工程,在结合工程场区岩土地质条件分布的基础上,采用现场超声波纵波速度实测的方法,对各层岩土体的纵波速度进行测试,并结合室内试验以及现场标准贯入试验,分析岩土体的超声波纵波速度与各层岩土体的物理力学指标相关关系,得到以下几个结论:随着各岩土层重度指标的增加,岩土层的超声波速度呈现线形增加的趋势;岩石单轴抗压强度呈现明显分化,风化程度越低,单轴抗压强度越高,表明其力学性质越好;随着岩石单轴抗压的增加,岩石超声波纵波速度呈现指数的变化关系;随着各岩土层实测标准贯入击数的增加,岩土层的超声波速度也呈现线形增加的趋势。

地表物理参数影响MM5模式预报的个例分析

根据美国国家大气研究中心(NCAR)提供的和利用卫星遥感反演资料所得到的地表物理参数分别应用于中尺度数值模式MM5中,选取1998年6月28～30日的辽宁强降水过程进行了敏感性试验。结果表明卫星反演的下垫面物理参数使模拟结果更接近观测值,其优势随着网格距的减小而逐渐明显。同时,下垫面物理参数的改变对于动力、热力场也有一定的影响。

水下冲击波和空气冲击波传播速度及物理参数的对比研究

目的 对比研究水下冲击波和空气冲击波的传播速度和物理参数。方法 分别用 2 0 0、5 0 0和 1 0 0 0 gTNT进行水下和空气中爆炸 ,用美国PCB公司生产的压力传感器测定冲击波物理参数 ,分析冲击波的传播速度、超压峰值、正向持续时间和冲量。结果 水下冲击波传播速度快、峰值压力高、冲量较大 ,但持续时间短 ,同空气冲击波相比 ,传播速度为空气冲击波的 3 70～ 4 3 0倍 ,超压峰值为2 2 7 1 5～2 4 7 86倍 ,冲量为 8 4 8～ 1 1 80倍。结论 水下冲击波较空气冲击波传播速度快 ,峰值压力高 ,冲量大 ,这对评价水下冲击伤伤情和防治有一定指导意义。

森林生态系统生物物理参数遥感反演研究进展

论述了利用遥感技术反演推算森林生态系统主要生物物理参数:叶面积指数、吸收光合有效辐射、净第一性生产力和生物量的技术、方法和模型及各个参量之间的相互关系研究进展,阐述了各研究方法、模型的特点、优势及局限性,特别论述了净第一性生产力的森林冠层光合作用理论模型基础、微波遥感估算森林生物量的应用优势和理论模型,展示了遥感技术在森林生态学研究中广阔的应用前景,同时也指出现有研究中各生物物理参数的定量遥感估算还有待进一步深入研究。

云微物理参数化对华北降雪影响的数值模拟

对发生在华北地区的一次降雪过程进行了中尺度数值模拟。结果表明,高纬强冷空气南下和低纬倒槽的水汽输送是造成这次长时间降雪过程的主要原因。采用混合方案的中尺度数值模拟表明,这次降雪天气不是对流云造成的,而是稳定性的非对流云降雪。敏感性试验也表明,采用其他积云参数化方案对模拟的降雪量基本没有影响。控制试验模拟的24h降雪量与实际观测比较吻合。模拟结果表明,当采用Dudhia简单冰相方案时,会有过多的云冰、过冷却水及雪;当采用Reisner 1混合相方案时,会有过多的云冰和雪;修改的各个Reisner 2方案对此次降雪的预报改进不大,但各个Reisner 2方案的敏感性试验中云冰混合比、过冷却水混合比和雪混合比稍微有差异。

Green-Ampt模型参数简化及与土壤物理参数的关系

简化模型表达形式从而减少参数个数,对于Green-Ampt入渗模型的实际应用具有重要的现实意义。该文通过推导湿润锋处平均基质吸力与Philip模型中土壤吸湿率关系基础上提出了简化的Green-Ampt入渗模型,基于新疆222兵团两块壤质土壤田块上土壤水分入渗试验资料,分析了Green-Ampt简化入渗模型参数与土壤物理参数之间的关系,建立了模型参数与土壤物理参数之间的定量经验转换函数。结果表明,入渗参数A(组合参数)与土壤初始含水率呈对数负相关,相关系数为0.77,A与土壤紧实度和黏粒含量均呈指数负相关,相关系数分别为0.70和0.74。饱和导水率Ks与土壤紧实度和黏粒呈指数负相关,相关系数分别为0.74和0.73。A和Ks与土壤初始含水率、土壤紧实度和黏粒含量呈高度和中度多元线性相关,相关系数分别为0.9和0.79。研究表明Green-Ampt简化入渗模型能够在一定精度下分析土壤入渗过程。

高原与平原冲击波物理参数和生物效应的比较研究

目的 比较高原冲击波与平原冲击波的物理参数和生物效应。方法 实验猪 2 5只 ,随机分为高原组 15只和平原组 10只 ,分别布放于距离爆心 5 .0 m和 6 .0 m处 ,用 10 kg TNT爆炸致空气冲击伤 ,用压力传感器测定冲击波物理参数 ,观察伤后 2 8h动物存活情况和大体形态学改变。结果 高原组与平原组相比 ,冲击波传播速度两组间差异未见显著性 ,高原组超压峰值总体趋势稍低于平原组 ,但正压持续时间和冲量总体趋势略高于平原组。伤后 2 8h高原组动物存活 12只 ,平原组存活 8只。病理形态学改变主要表现为不同程度的肺出血和肺水肿 ,部分动物有肠道浆膜下出血和心内膜下出血 ,高原组与平原组相比 ,肺损伤程度更重 ,可加重 1个等级。结论 高原环境下冲击波传播速度未见明显改变 ,超压峰值有所降低 ,持续时间和冲量有所增加 ,肺损伤程度更重。

热物理参数对燃料电池内传质过程的影响

本文利用自行设计的实验系统,对自制的镀金不锈钢极板液态进料直接甲醇燃料电池的性能进行了测试。实验结果表明,较高的氧气压力和流量、较大的甲醇溶液流量、较高的电池温度均有助于强化燃料电池内部的传质过程。另外,在甲醇溶液浓度不超过2.0kmol/m^3的范围内,提高浓度有助于缓解催化层反应物不足的问题,从而改善燃料电池的性能。本文从机理上对这些实验结果进行了分析。

低渗油气储层物理参数解释模型——以宝浪油田煤系粗粒低渗储层为例

为了建立宝浪油田粗粒低渗储层的精确渗透率解释模型,从储层物性的影响因素分析入手,确定影响此类储层物性的关键属性参数。从表征岩石结构参数的流动带指数的角度建立了孔隙度和渗透率的关系模型,逐步建立以测井数据为基础的流动单元的判别函数。在流动单元判别的基础上,根据孔隙度和渗透率的关系模型进行了从测井数据到渗透率参数的计算。宝浪油田三工河组储层Ⅲ油组划分出5类流动单元类型,在流动单元控制下解释的储层渗透率值,经实际应用能够满足储层精细描述的要求。