基于DSM的城市公园对PM_(2.5)和PM_(10)的消减特征研究——以南昌市人民公园为例

【目的】PM_(2.5)、PM_(10)等空气颗粒物是城市空气首要污染物,在城市空气污染中占主导地位。了解固定外源下PM_(2.5)、PM_(10)在城市绿地的消减特征,可为城市阻控空气颗粒物、缓解空气污染提供有利依据。然而目前空气颗粒物的研究大多以点测定方式量化空间结构及植被类型对空气颗粒物的影响,对固定外源污染下PM_(2.5)、PM_(10)在城市绿地空间尺度上的影响机制研究较少。【方法】研究结合DSM与地统计学,以南昌市人民公园为例,探索城市公园阻隔外源污染的空间梯度效应及空间结构类型差异。利用克里金插值法对其空间分布特征进行可视化模拟;利用Arcgis和R语言等软件分析不同空间结构PM_(2.5)、PM_(10)的浓度差异。【结果】人民公园PM_(2.5)、PM_(10)的浓度在空间分布上趋势一致,均表现为以固定外源点为核心,浓度随距离增加呈极显著梯度递减的趋势,且在中部(约距外源点150~220 m处)消减效率最高,约为全园PM_(2.5)平均消减值的7.5倍,PM_(10)平均消减值的3.8倍;PM_(2.5)、PM_(10)受多种因子影响:与空气温度、距离(主导因子)显著负相关、与相对湿度显著正相关,且PM_(2.5)、PM_(10)对不同因子响应特征存在差异;城市公园不同绿地空间结构对PM_(2.5)、PM_(10)的消减及扩散作用差异显著,受其双重影响,PM_(2.5)、PM_(10)的浓度表现为水体>广场>树林>草坪,其中PM_(2.5)受影响更显著;此外,受各因子和绿地空间结构耦合影响,部分区域PM_(2.5)、PM_(10)分布异常。【结论】以固定外源点为核心,PM_(2.5)、PM_(10)浓度随距离增加呈极显著梯度递减的趋势,且在中部消减效率最高;PM_(2.5)、PM_(10)浓度与相对湿度显著正相关,与空气温度与距离显著负相关,其中PM_(10)对距离和相对湿度响应较为明显,而PM_(2.5)受空气温度影响较大;在随距离变化基础上,不同城市绿地空间结构对PM_(2.5)、PM_(10)消减和扩散作用差异导致了局部分布差异。

沈阳市供暖期PM_(2.5)污染特征及其与地面气象要素关系研究

为探究沈阳市供暖期间PM_(2.5)所表现出的污染规律,文章利用环境空气质量监测资料和地面气象要素观测资料分析2021年沈阳市供暖期间PM_(2.5)污染特征,同时分析了PM_(2.5)质量浓度与地面气象要素之间的关系。结果表明:沈阳市供暖期间污染天气现象出现较为频繁;PM_(2.5)月平均质量浓度最高出现在2022年1月,最低出现在2021年11月;沈阳市供暖期PM_(2.5)质量浓度与气压、相对湿度均呈正相关,与温度、风速呈负相关。需要重点关注沈阳市供暖期1月份低温小风等天气现象并加强污染天气治理。

PM_(2.5)和臭氧对前体物减排和气象变化的响应及其政策启示

《大气污染防治行动计划》实施以来,我国重点区域PM_(2.5)浓度快速下降,但臭氧(O_(3))浓度逐步上升,大气污染控制形势已由单一的PM_(2.5)控制转变为PM_(2.5)和O_(3)的协同控制.了解PM_(2.5)和O_(3)对前体物排放变化和气象条件变化的响应,对制定PM_(2.5)和O_(3)协同控制策略具有重要意义.本文通过使用FNL全球再分析资料和自下而上的排放清单ABaCAS-EI,结合三维空气质量模式和响应曲面模型,评估前体物变化和气象条件变化后PM_(2.5)和O_(3)浓度的响应,并依据解析的响应关系提出了前体物减排、联防联控区域划分和目标设定等方面的政策建议.结果表明:(1)VOCs减排对降低各省份PM_(2.5)和O_(3)浓度均有利,NO_(x)的减排量不足会导致京津冀、长三角地区的O_(3)浓度和京津冀地区的PM_(2.5)浓度增加,为避免PM_(2.5)和O_(3)年评价值反弹需要的VOCs与NO_(x)减排比分别为15%~25%(PM_(2.5))和5%~90%(O_(3)).(2)O_(3)污染防治需要更大范围的联防联控,对于京津冀地区,需要考虑引入河南省和山东省的联合控制,对于长三角和珠三角地区,还需要联合江西省、福建省进行控制.(3)气象条件对PM_(2.5)和O_(3)背景值的影响较大,使用3年或5年滑动平均值可以有效降低气象条件年际变化对PM_(2.5)和O_(3)浓度的影响(对于PM_(2.5),2008—2019年其背景值极差的降幅分别为35%~81%或60%~86%;对于O_(3),极差的降幅分别为40%~67%或53%~87%).采用多年滑动平均有助于科学设定和考核PM_(2.5)和O_(3)的控制目标.研究显示:PM_(2.5)和O_(3)的协同控制依赖于NO_(x)和VOCs的协同减排,其减排比例在不同地区存在差异;此外,科学的PM_(2.5)和O_(3)的协同控制还需要更大范围的联防联控和评价指标的持续更新.

基于STOA-VMD结合相关峭度及2.5维谱的行星齿轮箱磨损故障诊断

针对行星齿轮箱振动信号的非线性特征明显、故障特征难以识别的问题,提出了一种基于乌燕鸥算法(sooty tern optimization algorithm, STOA)优化变分模态分解(variational modal decomposition, VMD),并结合相关峭度以及2.5维谱的故障诊断方法。由于变分模态分解的分解能力取决于二次惩罚因子α和本征模态分量个数K两个参数,所以首先运用乌燕鸥算法对VMD参数进行优化,确定最优的参数,然后以相关峭度为依据重构本征模态分量,最后利用2.5维谱对重构信号进行分析。搭建了行星齿轮箱磨损故障加速疲劳寿命试验台,获得了故障数据,运用STOA-VMD结合相关峭度及2.5维谱的方法对故障数据进行分析。结果表明该方法能够准确提取磨损故障特征频率。

船舶有航速时三维时域格林函数计算方法研究

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对船舶有航速时深水三维时域格林函数计算方法开展研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,自由面记忆项的求解采用美国密歇根大学Beck团队的方法。其次,分区域推导出三维时域自由面格林函数记忆项及其导数的编程所用的数学展开表达式。然后,采用间接法模型求解分布源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域辐射力。最后,针对Wigley I船型开展了辐射力计算,并与公开的试验及计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。

基于三维曲面Spline模型研究中国不同地区的磁场分布

利用地面台站以及子午工程测点,CHAMP卫星实测数据,建立了中国地区主磁场的三维曲面Spline(3DSS)模型。基于该模型进行了我国的高原地区(青藏高原28°N-38°N,78°E-102°E)、平原地区(长江中下游平原27°N-34°N,111°E-122°E)以及海洋地区(东海和南海部分区域16°N-30°N,123°E-136°E)的磁场模拟。分别基于高原及平原的实测数据建立了各自的3DSS模型。另外分别建立了对应的二维Taylor(2DTY)、三维Taylor多项式(3DTY)模型以比较验证。建模时考虑了所有测点的场源移除、地面及卫星数据间的数据真空、边界效应等问题。为了考察模型相对于实测值的模拟精度,对三个地区分别选取若干个测点不参与建模,将所建模型分别模拟这些测点,并计算残差、变化率及均方根偏差(RMSE)。结果显示无论是全国3DSS模型还是小区域3DSS模型,其变化率除了Y分量略大,其余分量都在1%以内,模拟精度均要好于2DTY和3DTY模型。小区域(高原及平原)3DSS模型能较好反映区域磁场分布。模型对高原的拟合最好,平原次之,海洋地区最差,说明3DSS模型不需要太多的测点即可完成建模,但建模精度依赖于测点的数量及分布。

黏结剂喷射制备陶瓷型芯抗弯强度、尺寸精度及表面质量影响因素的研究进展

黏结剂喷射因具有低成本和可控性优势而在陶瓷型芯的制备中得到广泛的应用,但制备陶瓷型芯的抗弯强度、尺寸精度和表面质量一般较低,而这些不足可以通过改变制备工艺参数来进行改进。综述了粉末、黏结剂、成形工艺和后处理工艺这4个方面的参数对陶瓷型芯抗弯强度、尺寸精度和表面质量的影响,提出了提高黏结剂喷射制备陶瓷型芯抗弯强度、尺寸精度和表面质量的未来发展方向。

气流场驱动喷射3D打印熔融聚乳酸微细纤维及表面浸润性调控

提出了一种高速气流场驱动喷射高效三维(3D)打印熔融聚乳酸微细纤维的方法,分析了高速气流致熔融材料剪切破碎原理,研究了打印工艺中供料气压、气流流速、打印高度等关键参数对微细纤维直径分布及结构孔隙率、截面尺寸的影响规律。并对所获得的聚乳酸微细纤维进行了表面浸润性测试。结果表明,该工艺相对于静电纺丝等微细纤维制造方法,加工效率提高10倍以上。通过控制不同的打印参数,可以有效实现纤维直径在6~18μm、孔隙率在55%~96%范围内的有效调控。通过3D打印工艺,可实现具有宏观路径可控、微观具有高孔隙率微纤维结构的制作。表面浸润性结果显示,打印微细纤维由于材料分子基团及高孔隙率综合作用,具有疏水性及粘附性特征,通过对微观局部进行亲水处理,实现了同一材料局部疏水和亲水共存结构的制作,证明了该方法表面浸润性调控的有效性。

冷等离子体和微量润滑复合微铣削铝锂合金的表面性能研究

铝锂合金的延展性造成材料对刀具的粘附,会导致毛刺和积屑瘤等问题产生。为此,采用冷等离子体和微量润滑复合微铣削的方法加工铝锂合金,研究了工件的表面性能,并与单纯的干式、冷等离子体和微量润滑方法进行了对比。结果表明冷等离子体不仅改善了纳米流体在工件表面的浸润性,而且提高了材料的去除效率;相比于单纯的干式、冷等离子体和微量润滑方法,冷等离子体和微量润滑复合条件下的微铣削力分别降低了52.9%、42.9%和17.5%,而三维表面粗糙度Sa分别降低了67.3%、44.8%和33.3%。

螺栓联接结合面三维分形刚度模型与实验研究

为更准确地分析螺栓联接体的静动态特性,根据三维分形理论,考虑微凸体弹塑性接触在内的4种变形阶段,分别得到螺栓联接结合面的法向载荷与切向载荷,进而建立了螺栓联接结合面法向刚度与切向刚度模型,并分析了各参数对螺栓联接结合面刚度模型的影响关系。开展了有限元分析与实验研究,应用所建立的法向刚度与切向刚度模型,将考虑结合面影响的螺栓联接体有限元分析结果分别与忽略结合面影响的螺栓联接体有限元分析结果以及实验结果对比。研究结果显示,增大预紧力、工作载荷、分形维数、材料特性参数,或是减小分形尺度参数,可增大螺栓联接结合面的刚度;应用所建立结合面刚度模型的螺栓联接体有限元分析结果与实验结果误差在8%以内,远小于忽略结合面影响的有限元分析误差。

三维地形条件下雨水入渗与地表径流耦合分析

为定量表述降雨发生后不同时刻下三维边坡土壤水分的分布和变化规律,基于有限体积法建立了雨水入渗与地表径流耦合模型.耦合模型分别采用二维不可压缩Navier-Stokes方程和三维非线性Richards方程作为地表径流和地下水渗流的控制方程,在复杂三维地形条件下具有较强的适用性.对一处实际工程的分析结果表明:在三维地形因素的控制下,降雨引发的地表径流主要汇集于总体上自高向低流动的优势径流途径,并对降雨强度的变化产生延迟响应;在地表径流作用下,地表积水深度在局部空间上呈现出地势低洼处远大于地势较高处的显著不均匀分布,并且这种不均匀性随时间不断加剧;地表积水汇集产生的高水力梯度导致低洼处的雨水入渗更为强烈且持久.研究表明,考虑三维地形因素的雨水入渗与地表径流耦合模型能够为实际工程中边坡稳定性分析提供准确合理的数据支撑.

改进的三频四步相移面结构光三维重建算法

针对面结构光中传统三频四步相移算法投影图片过多、效率较慢这一问题,提出了改进的三频四步相移面结构光重建算法。改进的算法需要3个高频率的正弦条纹图,但所需投影的条纹数量从传统算法的12张减少到了7张,最高频率的条纹图4张,次高频和最低条纹图分别为2张和1张,投影效率比传统算法提高了41.7%。介绍了改进算法的原理,将最高频率4张图所计算的包裹相位用来三维重建,其余两个频率条纹图计算的包裹相位用来进行相位展开,理论上该方法与传统算法精度一致。最后,通过实验验证了该算法的重建精度以及对具有复杂表面物体的三维重建能力。实验结果表明改进的面结构光算法在提高投影效率的同时与传统算法保持着一致的精度。

考虑拱效应的复合地层盾构隧道开挖失稳分析

根据盾构隧道开挖面的特点,考虑不同地层、不同隧道埋深条件下土体成拱效应,基于Paik圆弧拱理论建立失稳土体三维极限平衡理论分析模型。将经典三维楔形体模型改进为垂直面水平面均考虑拱效应的失稳土体三维模型,模拟盾构隧道开挖时前方土体的影响范围和影响大小,将上覆土压力计算方法扩展为三维形式,并采用土体条分法给出失稳土体极限平衡公式。最后利用MATLAB编程将模型计算结果与离心试验及其他理论模型进行了对比验证。结果表明:本文力学模型结果与离心试验结论更接近,可更准确地应用于开挖面最小支护压力参数的确定。

露天矿含弱层边坡三维危险滑面构建及稳定性计算

露天矿含弱层边坡稳定性分析是露天开采领域中的一个重要研究内容,实际工程问题复杂多样,基于二维计算会导致结果偏于保守,有时无法满足复杂工程的需要,因此,开展含弱层边坡三维稳定性分析的研究是很有必要的。基于标准椭球,对其进行空间几何变换,与边坡插值生成一种由x_(a)等6个参数控制的椭球危险滑面,将椭球滑面与弱层结构面进行组合插值,构建含弱层边坡三维危险滑面;使用三维剩余推力法和遗传算法计算边坡稳定性系数并进行最危险滑面搜索,使用经典算例对方法进行验证,发现含弱层边坡随着滑体宽度增加稳定性系数逐渐降低。以锡林浩特某露天矿为应用实例,对东北帮含弱层边坡进行三维稳定性计算,验证了方法在实际工程中的适应性。

地热储层岩体粗糙裂隙的热流耦合效应研究

为了解决地热开采涉及复杂的多物理场耦合问题,提高开采效率,本文针对开采过程中的渗流-传热问题以离散元软件3DEC构建岩体粗糙裂隙热-流耦合数值模型。考虑不同三维形貌特征的岩体裂隙,模拟水力开度为19.17μm在不同流速时的水-岩温度变化规律。结果表明:由于裂隙形貌的阻滞作用,粗糙面出水口温度下降较慢,出水口温度有所上升,模型达到稳态所需的时间随流速和对流换热系数的增大而减小。裂隙形貌对流体和岩体温度分布均有影响,粗糙裂隙面的冷锋形态和裂隙面的形貌密切相关。光滑裂隙热突破快于粗糙裂隙,增加裂隙面的粗糙度有助于延长热突破时间。粗糙裂隙面相对于光滑裂隙面的总热量提取率略有提升,流速和对流换热系数的增加显著提高总热量提取率。通过本文研究可以为地热能系统的设计提供重要参数和指导,能够提高地热能开发利用效率。

三维逆向重构技术在地质教学中的应用——以节理面力学性质教学为例

讲授岩石结构面的力学性质,是地质专业人才培养的必要环节。然而,传统的教学方式如板书教学、图片展示、动画制作等,都不足以让学生深刻全面地了解结构面在岩石强度中的影响机理。随着计算机技术的发展,三维逆向重构技术使高精度复刻结构面成为可能。为更加充分地满足课程教学需求,使学生能够在实践中对结构面抗剪机理有更加深入的了解,该文将三维光学扫描技术、计算机模型构建技术、3D打印技术用于课堂教学实践,对传统教育方法做进一步改进。

2.5维可控源音频大地电磁法Occam反演理论及应用

Occam反演是一种正则化的光滑模型反演方法,它在寻找最小拟合差的同时追求最光滑模型.因地下介质的电性通常是连续变化的,Occam反演考虑了地下介质横向和纵向的光滑情况,应用Occam反演避免了模型电性参数被随意间断.通过建立层状和存在两个异常体的模型,利用2.5维可控源音频大地电磁有限元法作正演响应计算,对响应数据基于Occam反演理论拟合反演.结果表明,Occam反演对可控源音频大地电磁法响应数据反演稳定收敛,理论模型与反演结果的视电阻率曲线形态基本一致,测点数据的拟合误差小于3%,反演结果能反映出模型电阻率的光滑效果.

一种复杂曲面的精密测量逆向与误差评定方法

目的研究叶片类零件精密测量、逆向与误差评定方法,为该类零件的精密加工提供数字化误差分布模型。方法针对接触式测头存在的空间径向偏置问题,基于四点标定法,建立空间数学模型,完成工具中心点(TCP)的标定;针对叶片点云分布散乱、无序等问题,提出基于多级B样条插值方法,进行叶片三维点云的曲面重建;最后基于迭代法,对叶片误差进行精确评定。结果对测量所得叶片点云,基于多级B样条与控制网格差异化细分的重建算法可以重建出高保真的连续曲面;误差评定算法可以完成测量结果与设计模型之间不小于0.01 mm的误差计算并得到分层分区的误差可视化云图。结论机器人接触式测量系统可以对叶片类复杂曲面完成高精度测量,采用基于B样条的三维重建算法可以快速的重建出叶片三维曲面;笔者提出的误差评定算法可以进行高精度叶片点云的误差计算,其分层分区结果对于叶片抛磨精加工阶段具有指导意义。

2.5维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟

研究起伏地表对视电阻率分布的影响是进行地形校正的基础。由于很难处理不规则边界,计算简洁且效率高的有限差分方法很少用于解决起伏地表问题。为了解决该问题,引入曲化平思想,实现了一种基于坐标变换法的起伏地表条件下的直流电场数值模拟方法。方法从传统的2.5维基本方程及边界条件出发,通过坐标变换将起伏地表问题转化为水平地表问题,并利用有限差分法求解水平地表问题,最后再通过坐标映射得到起伏地表条件下的电位和视电阻率分布。精度分析及计算实例表明:本方法实现简洁,计算误差主要集中在震源附近,整个计算区域内的平均相对误差为1.39%,计算结果满足起伏地表条件下的电位和视电阻率的分布规律。

2.5维电阻率成像的新方法

以作者提出的正演方法为基础，给出一种新的２．５维电阻率成像方法，节省了计算时间，使成像迭代过程很稳定，可以对实际上广泛存在的大电性对比度的介质成像，从而提高了电阻率层析成像技术的实用性。