工程流体力学课程改革的思考

通过长期实践教学和兄弟院校的成熟经验,结合我校工程流体力学课程的现状,就实验教学,课堂教学方法、双语教学、多媒体教学等方面进行了有益的尝试和探讨,提出了对工程流体力学课程改革的基本思路和努力方向。

建筑环境与设备工程专业课程体系改革探索与实践

课程体系改革是提高本科生人才培养质量的关键所在。我校在全面掌握国内人才市场需求的基础上,又吸收了其它学校该专业成功的办学经验,最终形成了具有我校自己特色的人才培养模式与框架。本文在全面梳理了我国"建筑环境与设备工程专业"的发展脉络的基础上,着力对我校该专业几年来课程体系改革的过程进行了总结和归纳,以期对国内高校的同类专业的教育、教学有所裨益或借鉴。

建筑环境与设备工程专业本科生课程设计改革与实践

课程设计是本科生实践教学的重要环节之一。本文分析了我校建筑环境与设备工程专业课程设计教学模式存在的问题,综合国内各高校该专业课程设计特点,结合该校建筑环境与设备工程专业本科生培养方案的实际情况,提出了建环专业课程设计模式的改革方法。将原本在形式上相互独立的几门课程设计进行有机融合,对热源、热网、制冷、空调进行一系列的设计,最后形成相互联系的完整的系统,这样不但避免了以往设计中重复性工作,更有利于学生对设计过程整体的把握。将该设计模式应用于建环专业本科生的实践教学过程,取得了良好的效果。

大学生在学习行为方面创新思维状况的调查

通过问卷调查,了解在校大学生在学习过程中创新精神培养方面的实际情况,发现部分学生很少对课本和老师提问题;不阅读与课程有关的课外书籍;意志品质差;心态不稳定等问题。分析了用人单位的录用毕业生标准;中国传统的应试教育模式;个人的学习习惯等原因。提出了鼓励学生质疑问难;给学生足够的自我学习的时间;为学生提供自我展示的机会等解决办法。

基于并行工程的数控系统开发过程改进与重构研究

为了从根本上提高数控系统的可靠性水平,文章采用并行工程的思想对数控系统的产品开发过程进行了改进和重构,提出了数控系统开发过程改进模型,研究了数控系统的集成产品开发团队的组成,为数控系统可靠性设计工作的开展提供了理论基础。

桦甸油页岩半焦燃烧反应动力学研究

模拟巴西PETROSIX炼油工艺自行设计搭建实验装置,对桦甸油页岩干馏制得半焦。对不同干馏终温半焦进行电镜扫描测试,从微观角度分析了挥发分的析出和干馏半焦的结构变化过程;采用美国PerkinElmer公司生产的Pyris1TGA热重分析仪,对桦甸油页岩干馏半焦进行燃烧特性试验研究,并分析了桦甸不同矿区油页岩半焦、干馏终温、和燃烧升温速率等对半焦燃烧反应特性的影响。通过数据分析,利用Coats-Redfern法确定了桦甸油页岩半焦在低温段的燃烧反应级数为3,而在高温段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。

油页岩及其半焦混烧特性的热重试验研究和动力学分析

利用热重分析仪对桦甸油页岩燃烧时的双峰现象以及与其500℃半焦按不同比例混烧时单样相互影响程度、颗粒特性、着火温度和燃烧特性指数进行了考察;利用DAEM模型解析了混烧动力学参数。结果表明:油页岩燃烧DTG曲线在500℃附近的双峰活性参数值相差不大,分别为0.79和0.73,反映油页岩燃烧DTG曲线双峰归因于脂类有机质与干酪根中芳香烃的燃烧;混样中各单样在不同温度段相互影响程度不同,表观影响程度系数f的值均小于1。在燃烧过程中颗粒的缩核形状和表面分形维数并不是固定不变的,在低温段接近长圆柱体,在高温段接近平板,当浓度级次β=0.6时,低温段分形维数接近3,在高温段接近1;着火温度随半焦掺混量的增加呈线性递增;混样燃烧特性指数介于单烧之间并且存在掺混效果明显区;试样表观活化能在燃烧前期变化比较缓慢并呈下降趋势,大约在60～90kJ.mol-1之间,在后期剧烈增加,当转化率在0.60～0.75之间时表观活化能从80kJ.mol-1剧增到200kJ.mol-1。

不同孔型平板气膜冷却的数值模拟

为了研究不同射流孔形状对气膜冷却效率的影响,基于控制容积法,采用Realizablek-ε模型,对圆孔、簸箕孔和圆锥孔3种孔形的平壁气膜冷却进行了数值模拟。讨论了反向涡旋对和射流附壁性对冷却效率的影响,总结了3种形状射流孔的冷却效率随射流速度比的变化趋势。结果表明,在相同射流速度比时,簸箕孔的冷却效率和横向覆盖宽度都大于圆孔和圆锥孔,且簸箕孔的射流速度比在所计算的射流速度比范围内存在一个最佳值;簸箕孔和圆锥孔不同程度地抑制了反向涡旋对的产生,提高了射流的附壁性,从而降低了涡旋强度,增强了壁面的冷却效果。

冷却水污垢热阻预测的支持向量机法动态模拟实验研究

利用天然水通过管壳式模拟换热器来动态模拟冷却水系统的流动传热和污垢形成过程,实验中恒定壁面材料、加工方式和流速、水温等运行参数,突出研究水质参数对污垢形成的影响。文中基于污垢形成机制的初步认识,定性分析了硬度(钙、镁离子)、碱度、pH值、溶解氧、浊度、铁离子浓度等水质因素对污垢形成的影响,将其和时间作为输入量,污垢热阻作为输出变量,建立基于支持向量机的冷却水污垢热阻预测模型,并以另一运行周期数据检验模型预测精度,计及实验系统的不确定度,平均误差为8.874%;与美国管壳式换热器制造商协会(Tubular Heat Exchanger Manufactures Association,TEMA)标准推荐数据相比,本法所得污垢特性内涵更丰富,热阻除其渐近值,还有时变性;可靠性增强,逼真度高;可操作性强。

不同出射角度对气膜冷却流场的影响

采用RNGk-ε湍流模型对射流出射角度α为90o、正、负60o和正、负30o的气膜冷却流场进行了数值模拟,结合SIMPLEC算法求解了适体坐标系下的控制方程,近壁区流动采用两层模型的壁面函数法处理,结果给出了射流与主气流速度比R为2和4时的射流轨迹和速度场。结果表明:R和α值是影响气膜冷却流场的重要因素,R值增加,冷气射流对主流场影响区域增加,α值为负时,射流对主流场上游影响区域较大,当α值为30o时,射流影响区域减小;当α为正值时,随α值的减小,射流喷孔下游背风侧的分离现象逐渐消失。

基于模拟循环冷却装置的微生物污垢形成的影响因素

从松花江水中分离出黏液形成菌N1,形态学及生理生化指标鉴定其为微球菌属。利用污垢形成动态模拟实验装置,进行污垢热阻在线监测及传热特性分析,结果表明:在恒定工况下[水温30℃,流速0.4m.s-1,微生物浓度(7.0×106)～(2.2×1010)cfu.ml-1],不锈钢管的微生物污垢诱导期为57h左右,而铜管的微生物污垢诱导期较不锈钢管长。分别以缩放管及不锈钢管作为管材进行对比实验,结果显示:水流速度对微生物污垢形成具有一定影响,即变化的流速能够延长微生物污垢诱导期。在装置运行过程中,定期检测多个水质参数,包括pH值、电导率、细菌总数、总氮、COD等,并利用灰色关联算法分析了各水质参数与微生物污垢关联的权重比例,从而为微生物污垢预测及制定有效的防垢、抑垢和除垢对策提供了理论依据。

牛肉新鲜度的电子鼻检测技术

为了简单、快捷、准确地检测牛肉新鲜度,建立了电子鼻检测系统。根据牛肉产生的气味和传感器实验,合理地选用了气敏传感器阵列。为提高电子鼻传感器灵敏度,对购置的传感器进行了改进。利用生物嗅觉的研究成果,开发出仿生嗅觉鼻道结构。为了提高电子鼻系统小样本训练的识别率,提出了用支持向量机(SVM)算法识别牛肉新鲜度的方法。应用电子鼻系统对储藏7 d不同新鲜度的牛肉进行了识别实验,识别率达到99.25%。结果表明电子鼻检测牛肉新鲜度是可行的。

多孔横向紊动射流涡量场的数值分析

应用realizablek-ε紊流模型并结合SIMPLEC算法,分别对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的涡量场进行了数值模拟,近壁区流动的处理采用两层模型的壁面函数法,计算得出了不同工况下的剪切层涡、马蹄形涡和反向涡旋对(CVP)。结果表明:在多孔射流中,由于前面射流的遮挡作用,使得后面射流剪切层涡发生的位置升高;在多孔射流中,当多股射流合并为一股新的射流之后,才出现马蹄形涡的雏形,并最终发展成为马蹄形涡;剪切层涡的破裂导致CVP的形成,马蹄形涡和尾迹涡都影响CVP的发展。当多股射流合并为一个新的射流之后,CVP的形状才逐渐发生变化并趋于规则。

基于希尔伯特—黄变换与Elman神经网络的气液两相流流型识别方法

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大的影响,所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。但是,由于两相流介质之间存在着随机多变的相界面,致使两相流的流型不仅是多种多样,而且其变化也带有随机性,这给流型识别带来了很大困难。而希尔伯特-黄变换(HHT)和神经网络在气液两相流流型识别中还很少见,文中提出了希尔伯特-黄变换与Elman神经网络相结合的气液两相流流型识别的新方法。将压差波动信号经验模态分解(EMD)后的固有模态函数(IMF)进行分析,提取IMF能量特征作为Elman神经网络的输入特征向量,对水平管内的气液两相流流型进行识别。实验结果表明:该方法能很好地识别水平管内的4种流型,为流型识别开辟了一条新的途径;另外,该方法优于BP网络且稳定、识别率高,具有可行性。

摄像机镜头畸变的研究

分析了摄像机成像模型和镜头非线性畸变模型,通过实验的方法求得了镜头的径向畸变系数,并首次根据图像复原原理将镜头的畸变系数引入边缘的亚像素定位算法中,最后通过对图像测量系统进行了标定,用实验的方法定量地比较了镜头径向畸变对测量精度的影响。同时,在标定的过程中通过"二次标定"的方法消除了"单次标定"所引入的系统误差,提高了测量精度。实验证明,通过对镜头的畸变进行校正来提高亚像素边缘定位精度的方法是有效的、显著的。

油页岩中几种微量元素的赋存形态

选用桦甸油页岩和汪清油页岩,采用逐级化学提取方法研究了10种微量元素Ba、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Sr、V、Y、Zn等在油页岩中的赋存状态;并采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了页岩及其各提取状态中元素的含量.分析了油页岩中Pb、Cu、Ni、Zn等10种元素的环境化学活动性.研究结果表明:2个矿区页岩中除Ba、Pb、Sr和V这4种元素外,其余元素主要是以硫化物结合态及残渣态存在,这2个状态的质量分数之和为78.96%～97.97%,其中残渣态占据50%以上的比例;残渣态主要为硅酸盐结合态,其化学活性小,对环境的危害性较小,此形态以汪清页岩中的Cr为代表,其质量分数为80.87%;而以Sr为代表的元素在表生条件下很容易被带出油页岩,主要以残渣态以外的形态存在,桦甸页岩中其潜在可淋失率达到了77.67%,对环境的潜在危害性较大.

基于经验模式分解和概率神经网络的气液两相流识别

针对气液两相流压差波动信号的非平稳特征和BP神经网络学习收敛速度慢、易陷入局部极小值等问题,提出了一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和概率神经网络的流型识别方法。该方法首先对原始信号进行了经验模态分解,将其分解为多个平稳的固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)之和,再选取若干个包含主要流型信息的IMF分量进行进一步分析。由于流型转变时,压差波动信号各频带的能量会发生变化,因而可以从各IMF分量中提取能量特征参数作为神经网络的输入参数来识别流型。对水平管内空气-水两相流4种典型流型的识别结果表明,EMD能量比小波包能量特征具有更高的流型识别率,可以准确、有效地识别流型。

基于电导滴定法的碳酸钙成垢诱导期实验研究

基于碳酸钙成垢过程动力学与电导滴定过程电导率随滴定时间变化特征的对比分析,本文拟议了一个碳酸钙成垢诱导期的定义;基于自主研制的模拟实验检测装置进行的实验表明:可在线、实时准确测定碳酸钙成垢诱导期及其定义中的各时间段,可同期检测滴定过程中溶液钙、碳酸根等离子浓度、碳酸钙成核速率、生长速率、反应级数等参数,其中测得的分数反应级数证实了非线性化学的一个理论推断。实验检测结果还表明:所拟定的碳酸钙成垢诱导期定义既可确切反映碳酸钙成垢过程又易于被准确检测。

板式换热器传热和阻力特性的实验研究

利用搭建的液-液型板式换热器试验平台,根据实验数据运用定性雷诺数法拟合出传热关联式,找出Nu与摩擦因子f之间的通用关系式,为板式换热器的设计计算提供了依据。运用传热量与功率的消耗比来评价板式换热器的性能,找出了影响其性能的主要因素,进一步澄清了单纯依靠提高流速来增加传热性能是不经济的。

流化床内油页岩半焦燃烧过程孔隙特性分析

在自行设计搭建的小型流化床试验台上进行吉林桦甸、汪清的油页岩半焦燃烧试验,得到不同工况下的灰样,在Gemini2380快速比表面积分析仪上测得灰样吸附等温线,采用BJH法计算孔分布。根据测试结果,分析了半焦种类、流化床温、半焦粒径、流化风速、加料量等因素对半焦孔隙结构的影响,并对灰样进行电镜扫描和分形分析。结果发现,半焦原样的孔隙结构已经非常发达,燃烧过程中半焦的孔体积整体呈逐渐减小的趋势;较低的燃烧温度更有利于形成发达的孔结构;不同种类半焦的孔分布曲线差别较大;一次加料量影响孔隙生成的进程,但不会改变灰样的最终孔隙结构;较大风速和较小半焦粒径,都容易破坏孔结构。