动态模拟屏范文
动态模拟屏范文（精选11篇）
动态模拟屏 第1篇
关键词：调度,模拟屏,动态数据交换,DDE,组态王,VB
0引言
调度模拟屏由于能直观地显示电气主接线及其运行工况, 系统整体概念强, 已经成为生产调度指挥的重要设备[1]。很多大型工矿企业的电力调度中心普遍采用模拟屏实时显示工况。模拟屏控制机作为局域网中的一个节点, 负责信号采集、数据交换和通信管理[2]。在某工矿企业内部电力调度改造工程中, 笔者采用动态数据交换技术DDE, 将北京亚控公司出品的组态王与VB[3]高级编程语言相结合, 实现了模拟屏的显示控制。
1模拟屏的组成及功能
1.1 组成
(1) 显示器件:
模拟屏采用通用的微电脑智能显示屏, 显示器件包括发光二极管、LED双色二极管、日期显示模块、马赛克工业模拟图等几类。
(2) 通信与控制器件:
包括总线控制器及遥信驱动盒[3]。
1.2 功能
(1) 信号量显示功能:
采用灯光元件显示现场所有开关设备的运行状态及有关字牌, 并采用光带显示模拟屏上所有接线的带电状态。
(2) 实时时钟显示功能:
可显示年、月、日和时、分、秒, 显示时钟与系统主时钟同步。屏上有2个时、分、秒显示时钟, 分别用于显示正常时间和事故发生时间。
(3) 事故功能:
发生事故时, 相应的站名和故障显示光字牌点亮并闪烁, 且有声音报警。同时, 显示故障发生时间的时、分、秒显示时钟自动停止于事故发生时间, 并不断闪烁, 若此时发生第二次事故, 则仍显示第一次事故时间, 直到人工确认后时钟停闪, 并恢复正常时间显示[3]。
2模拟屏与组态王的通信
2.1 模拟屏信号驱动原理
模拟屏的显示信号驱动由一台计算机通过RS232串口控制。VB驱动程序在后台运行, 数据来源于同一台计算机上运行的组态王。该计算机通过以太网获得安装于工业现场的各种传感器所采集的信息, 并通过DDE技术, 实现从组态王到模拟屏驱动程序的传送, 从而使模拟屏动态地显示现场设备的运行情况。模拟屏信号驱动原理如图1所示。
2.2 具体实现
DDE是Windows平台上的一个完整的通信协议, 可使支持动态数据交换的2个或多个应用程序彼此交换数据和发指令。由于DDE协议十分复杂, 微软公司提供了DDEML (Dynamic Data Exchange Management Library) 实现DDE通信协议, 为应用程序提供接口 (API) 。DDE始终发生在客户应用程序和服务器应用程序之间。
笔者采用Visual Basic可视化高级编程语言编写模拟屏的驱动程序。在Visual Basic可视化编程工具中, DDE通过控件的属性和方法实现连接, 其过程通过应用程序名 (application) 、主题 (topic) 、项目 (item) [4]这3个标识名约定。
例如, “有功功率”变量通过现场电量采集模块 (现场采用山东力创EDA9033) 采集, 组态王建立 “EDA9033” 设备及 “有功功率”变量, 同时允许DDE访问数据, 如图2所示。
创建“电量显示”画面, 建立变量连接, 保存画面, 打开运行系统, 则显示现场实时数据, 如图3所示。
然后通过DDE将上述数据读取到VB程序中, 即可在VB6.0环境下显示组态王的数据。
2.3 模拟屏信号显示
本系统采用烟台西方电子设备有限公司的调度模拟屏, 其物理接口为标准的RS232串行接口, 通信速率为9 600 bps, 偶校验, 停止位为2位, 字长为8位, 前台机为主动发送, 模拟屏为被动接收。
在模拟屏上有若干显示有功功率的LED表, 每个表有一个表头地址 (16进制) , 按照模拟屏通信协议, 每个现场数据都分成3帧发送, 分别是数值帧、小数位帧及正负号帧。
采用Mscomm控件向串行口发送数据, 其属性根据模拟屏通信协议设置。
在程序编译完成、生成模拟屏驱动.exe的可执行文件后, 必须先启动组态王, 然后启动模拟屏驱动.exe, 否则会出现一个实时错误:“DDE初始化时无外部应用程序响应”, 此时DDE无法读取组态王的现场数据。
3结语
基于动态数据交换技术的模拟屏显示控制已在现场得到实际应用, 结果表明, 该方法能实时有效地实现组态王向模拟屏发送数据, 为调度人员提供了实时准确的调度依据, 提高了调度效率。
参考文献
[1]李旭东, 陈俊杰.基于VB中MSComm控件的通信软件开发与实现[J].电脑开发与应用, 2004 (7) :27~29.
[2]刘子英, 陈剑云, 屈志坚.SCADA系统中调度模拟屏控制系统的实现[J].铁道运输与经济, 2004 (9) :53~55.
[3]杨晶.VB 6.0程序设计[M].北京:机械工业出版社, 2004.
金属晶体结构动态模拟的内容说明 第2篇
江苏省东海高级中学 韩程明
东海县教育局教研室 王愫懿，东海县房山中学 周婷
一、设计思想
金属晶体相关知识是苏教版《物质结构与性质》中重要知识点，通过几年的教学实践后，我们感觉到这部分内容也是学生的学习难点。其主要原因是学生对晶体的相关知识贮存很少，以及微观粒子的空间结构想象力不足。
Flash 8.0可以用小球表示金属原子或金属离子，再配置恰当的动画效果，就可以将金属晶体微粒的排列方式，金属键的形成，金属键的变化进行展示，有利于学生对金属键知识的理解；用动画叠加的形式，将几种金属晶体的堆积方式演示一下，加深对金属几种晶体堆积方式的记忆。
二、课件内容及特点
1．课件内容简介
本课件用flash演示。
（1）展示了金属晶体中金属离子与电子间的相互作用；
（2）展示了金属键变化过程中微粒间作用与距离的变与不变；
（3）展示了金属晶体中的简单立方堆积的形成过程；
（4）展示了金属晶体中的体心立方堆积的形成过程；
（5）展示了金属晶体中的面心立方堆积的形成过程；
（6）展示了金属晶体中的六方堆积的形成过程。
2．课件特点介绍
（1）将不可见的微观粒子运动与堆积方式，直观明了、生动形象地呈现出来。
（2）通过金属键的形成与变化，让学生从本质上了解金属键的特征。
（3）可循环、可控的动画操作，让学生对晶体的堆积方式有深刻的了解。
三、制作过程
1．下载与安装flash 8.0/下载与安装flash播放软件；
2．制作金属小球与电子；
3．用flash动画设计完成动画制作；
4．用PPT播放时，在幻灯片中插入flash动画相应的说明文字。
四、运行环境
Windows 2003/xp/vista/7等等
五、操作说明
双击《金属晶体结构动态模拟》，点击幻灯片放映即可。
六、使用效果
动态模拟屏 第3篇
一、教师在模拟上课中使用“三合一”板书技术的缘由
模拟上课根据其目的的不同，可以分为备课性的模拟上课和选拔性的模拟上课两种。备课性的模拟上课可以说是“试讲”，它的主要目的是为了提高即将进行的课堂教学的效度。公开课、优质课评比、教学大比武等上课前都会找一帮人来听，帮着提提意见和建议。在备课性的模拟上课中，教师可以使用课件，使用教学用具、学生实验记录单等。选拔性的模拟上课常使用在教师的聘用面试、职称评定、教坛新秀的评比、名师的评比等以考核选拔为主要目的的一种新型上课模式，它的听课对象不是学生而是评委老师。它的主要目的是考查教师的综合素质和课堂教学能力。我们平时讲的“模拟上课”一般是指选拔性的模拟上课。
由于模拟上课（下文都指选拔性的模拟上课）带有考核和选拔的功能，无形中对教师形成的压力是巨大的。如何在模拟上课中脱颖而出，是每个被考核者必须思考的问题。
模拟上课能够比较客观地反映被考核者的综合素质和教学能力。板书的设计能力是教师教学中一个很重要的能力。一个好的板书能够帮助执教者理清教的思路，能够帮助学习者理清学的思路，能够帮助评价者理清整节课的教学思路。所以其重要性是不言而喻的。
老师们在模拟上课过程中普遍存在“重说不重写”和“重写但不知怎么写”的两种现象。
现象一：“重说不重写”。也就是说老师们对模拟上课前主要花大量的时间和精力去准备怎么说，认为模拟上课只要说得好，评委就能量高分。还有的新教师担心自己的粉笔字的不好，不敢写。
现象二：“重写但不知怎么写”。在真实的课堂教学中，学生实验后的实验数据已填写在记录表上，教师只需要拿去展示台展示，大家就看见了。或者每组实验数据汇报教师只要在准备好的表格里输入数字就可以了。而模拟上课没有学生，也就没有数据的来源，所以教师便成了“重写但不知怎么写”。下面是教育科学出版社出版的小学科学五年级下册《摆的研究》两个教师模拟上课“研究摆锤的重量与摆的快慢的关系”的片段，我们不妨作一比较。
教师一：
实验开始！（略加停顿）实验结束！我们来汇报一下实验结果。
……
好！你们通过实验发现了什么？摆的快慢与摆锤的重量有关吗？对！摆锤的轻重与摆的快慢没有关系！
……
教师二：
实验开始！（略加停顿）实验结束！我们来汇报一下实验结果。
……请看这张表格，这些数据就是我们刚才实验得到的数据：
请第一组看一看自己组的实验数据你们通过这些实验发现了什么？哦！摆锤的轻重与摆的快慢没有关系！
第二组呢？你们不管是原来的摆锤重量、两倍的摆锤重量还是三倍的摆锤重量。
第三组呢？摆锤的轻重与摆的快慢没有关系！
第四组呢？摆锤的轻重与摆的快慢没有关系！
……
我们通过实验发现的实验结论是：摆锤的轻重与摆的快慢没有关系！
接下来我们来看看各组的数据，你们又有什么问题想问的吗？
对呀！为什么每组的数据会不同呢？你们想会是什么原因造成的呢？……是不是由于摆绳长短的不同导致的呢？我们接下来研究摆绳的长短与摆的快慢的关系。……
如果你是评委，这两位教师其他素质都差不多，从这两个不同的模拟上课片段，你会给谁高分，这是没有悬念的。那为什么大家会认为第二位教师应得高分呢？这就是他在传统的“二合一”图文并茂型的板书中增加了“数据”，使用了“三合一”的“文字+图示+数据”板书技术所得到的效果。
二、模拟上课中动态使用“三合一”板书技术的“三动”策略
“三动策略”包含三层意思：动态选择、动态生成、动态修订。
1.动态选择策略。指的是根据课堂教学的实际需要选择适合本课的板书模式，“文字+图示+数据”的“三合一”的板书并不适用于所有学科所有课型。一般来说，这种板书比较适用于科学的实验课。因为实证意识、质疑精神、逻辑思维是科学素养的三大特征，要培养学生的实证意识，就得讲证据。科学实验的现象可以作为证据，实验获得的数据更是非常重要的证据。在有些实验课的模拟上课中使用“三合一板书”技术效果会非常显著。
2.动态生成策略。指的是教师在模拟上课过程中，遵循图文并茂的板书原则，根据学生的实验，动态生成实验数据。实验数据可以通过回忆或估计写入模拟数据。不过在写入模拟数据时千万要小心，避免犯科学性错误。
3.动态修正策略。教师在板书过程中，可以对已有的板书进行修改和擦除的动态演变策略。如在教学“金属热胀冷缩吗”“地球在公转吗”等科学课，引入新课时，因为课题是问句，老师可以在问句后加上问号“？”。到课的结束，把课题的问句改成陈述句，问号改成句号。
模拟上课中动态使用“三合一板书”技术的“三动”策略强调三个性：即科学性、灵活性、变化性。在遵循科学性的前提下，灵活使用“三合一板书”。看课定板书，要量身定做，不能生搬硬套，求齐求全。有些课不需要图示，可以直接采用“文字+数据”的“二合一”板书形式;有些课没有实验数据，也可以直接采用“文字+图示”的“二合一”板书形式;有些课直接采用单一的文字型板书就足够了，就没有必要画蛇添足，非要画图和数据了。不同的课有不同的板书，设计高质量有变化的板书才能够反映出学生的学习进程，明晰教学思路，才能促使模拟上课的效果达到最佳。
（作者单位：浙江台州市椒江区教育教学发展中心
浙江建德市梅城镇初级中学）
丙烯精馏塔动态模拟 第4篇
目前,国内对于精馏过程动态模拟的应用报道[1,2,3,4,5,6,7,8]较少,有专家曾利用 HYSYS 模拟软件对丙烯分离过程进行了动态模拟研究,取得了较好的效果,但尚未见到利用Aspen Dynamics模拟软件对丙烯精馏塔进行动态模拟研究的相关报道。
1动态模拟流程
丙烯精馏塔流程见文献[9]。利用 Aspen Dynamics软件实现动态过程模拟比较方便,可在稳态流程模拟的基础上直接转换,不需要专门为动态流程模拟进行大量的设置。动态模拟以原料进料量为15000kg/h,其所含丙烷摩尔分数为 3.4456% 时的丙烯精馏塔稳态模拟结果为基础进行转换,建立动态模拟流程。动态模拟中仪表的调节均采用比例调节,比例度设为 100%。丙烯精馏塔回流罐及再沸器尺寸见表 1。
2动态模拟初始化
在 Aspen Plus 稳态模拟中,对物料特性、塔的气液平衡、换热器管程及壳程温度分布均采用严格模型计算。但在 Aspen Dynamics 动态模拟中若使用严格模型计算,则模拟计算量过大,难以实现动态模拟要求。因此,动态模拟中在求取上述重要参数时,均要对稳态模拟结果进行分段线性化处理,并使用线性化处理后的参数对稳态结果进行初始化,从而得到动态模拟的初值,故而动态模拟的初值与稳态模拟结果有细微的差别。
丙烯精馏塔动态模拟初始化过程中,冷却器负荷、塔釜温度、再沸器负荷、塔顶产出量、塔釜产出量、塔釜丙烯摩尔分数等操作参数均有较明显的波动(见图1),在运行 8 h 后趋于平稳,此时的模拟结果及其与稳态模拟结果的对比见表 2。
由表 2 可见,丙烯精馏塔动态初始化模拟结果与其稳态模拟结果接近,因此该结果可作为动态模拟的初值进行下一步模拟,扰动因素在初始化模拟 8h 后介入。
3操作参数扰动下的动态模拟
3.1进料量
进料量由 15000kg/h 阶跃为 16000kg/h时各操作参数的波动情况见图 2及图3。进料量的扰动对图中所示操作参数均产生了不同程度的影响,其中塔顶与塔釜产出量的波动幅度较大,塔顶与塔釜丙烯摩尔分数响应速度缓慢,波动超过8 h才能趋于新的平衡。这说明丙烯精馏塔的操作参数不能频繁变动,一般在进料量变化不大时不宜进行大幅调整,否则会造成生产波动。
○塔釜温度;△再沸器负荷;□冷却器负荷
○塔顶产出量;△塔釜产出量;□x(塔釜丙烯);◇x(塔顶丙烯)
3.2进料组成
进料组成中丙烷摩尔分数由 3.445 6%阶跃为5.000 0%时各操作参数的波动情况见图4。
由图 4 可见,进料组成扰动后,冷却器负荷、塔釜温度、再沸器负荷、塔顶及塔釜产出量、塔釜丙烯摩尔分数波动幅度较大,塔顶丙烯摩尔分数响应速度缓慢,波动持续时间超过 8h。
3.3回流量
回流量由 194198kg/h 阶跃为208583kg/h 时各操作参数的波动情况见图5。
由图 5 可见,回流量扰动后,冷却器负荷、再沸器负荷、塔釜温度、塔顶及塔釜产出量和丙烯摩尔分数波动幅度较大,且塔顶及塔釜产出量波动响应迅速。
动态模拟表明,进料量、进料组成及回流量的扰动,均对操作产生了较大影响,主要体现在塔釜温度、冷却器负荷、再沸器负荷、塔顶及塔釜产出量和丙烯摩尔分数的波动上,尤其是塔顶及塔釜产出量不仅波动大,而且响应迅速,由于塔顶回流罐及塔釜再沸器的缓冲作用,塔顶及塔釜丙烯摩尔分数的波动响应速度较慢,波动持续时间均超过 8 h。
在实际操作中,当产品质量出现不合格或接近不合格时,为了使产品质量尽快恢复正常,操作人员往往对操作采取较大幅度的调整,这样虽然可使产品质量在短时间内有所好转,但大幅度调整往往带来更大范围和更长时间的生产波动,从而导致产品质量不合格现象频繁发生。丙烯精馏塔的动态特性要求操作人员必须采取比较平稳且循序渐进的方式进行操作调整。
4仪表调节规律对动态特性的影响
动态模拟中调节仪表的调节规律均为比例调节。为了了解仪表调节规律对丙烯精馏塔动态特性的影响,以塔顶回流罐液面控制仪表为例,将比例调节改为比例积分调节(比例度保持 100% 不变,积分时间为1min),对进料量从 15000 kg/h 阶跃为 16000kg/h 后的操作过程进行动态模拟,相关参数波动情况见图 6。
○塔顶产出量;△塔釜产出量;□x(塔釜丙烯);◇x(塔顶丙烯)
比较图 6 与比例调节时的图 3 可以看出,相应参数的波动趋势、持续时间基本一致,由于仪表调节比例度不变,因此各参数的响应速度没有明显区别;由于积分调节因素的影响,使塔顶产出量的波动幅度明显不同,但由于产出波动很快趋于平稳,加上回流罐本身对塔顶产出物浓度的缓冲作用以及其他仪表的调节规律未作调整,因此虽然 2 种情况下塔顶产出量的波动幅度不同,但并未造成其他动态特性的明显变化。仪表调节规律对丙烯精馏塔动态特性的影响较为明显,波动幅度和响应速度与仪表本身的调节参数设定直接相关,因此动态特性研究必须充分考虑仪表因素。
5结束语
丙烯精馏塔的动态模拟表明,进料量、进料组成及回流量的扰动,均对操作产生了较大影响,主要体现在塔釜温度、冷却器负荷、再沸器负荷、塔顶及塔釜产出量和丙烯浓度的波动上,尤其是塔顶及塔釜产出量不仅波动幅度大,而且响应迅速,塔顶及塔釜丙烯摩尔分数的波动响应速度较慢,波动持续时间均超过 8 h。该动态特性要求操作人员必须采取比较平稳且循序渐进的方式进行操作调整。仪表调节规律对动态特性具有重要的影响,因此工艺技术与电仪技术的默契配合是实现先进控制的前提。
摘要：利用Aspen Dynamics软件对丙烯精馏塔的操作进行了动态模拟。结果表明,无论是进料量、进料组成还是回流量扰动,均对操作产生较大影响,主要体现在塔釜温度、冷却器负荷、再沸器负荷、塔顶及塔釜丙烯摩尔分数和产出量的波动上,尤其是塔顶及塔釜产出量不仅波动大,而且响应迅速,塔顶及塔釜丙烯摩尔分数的响应速度缓慢,波动持续时间超过8h;仪表调节规律对动态特性具有重要的影响。
关键词：丙烯精馏塔,Aspen Dynamics软件,动态模拟,进料量,塔釜温度,回流量,积分调节
参考文献
[1]孙卫国,李凭力,邸士标,等.丙烯精馏塔过程模拟[J].石化技术与应用,2007,25(2):147-151.
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[3]杨德明.丙烷-丙烯萃取精馏过程的模拟研究[J].石油与天然气化工,2006,35(1):26-28.
[4]杨伯伦,吴江,赵国胜,等.反应精馏过程中的多稳态分析[J].中国化学工程学报:英文版,2006,14(3):301-308.
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动态模拟屏 第5篇
黄河宁夏段COD及氨氮污染动态分布模拟探讨
通过对近10年来黄河宁夏段污染源的`统计和分析,选择在最不利的水文条件下,利用一维和二维水质模型对COD及氨氮污染动态分布进行了模拟,结果发现,用一维水质模型模拟黄河宁夏段COD及氨氮的沿程浓度与实际监测值有较好的一致性.同时探讨了模型的降解系数、边界条件及黄河宁夏段COD和氨氮的沿程浓度的动态变化.
作 者：云飞 李燕 杨建宁 杨振西 Yun Fei Li Yan Yang Jianning Yang Zhenxi 作者单位：云飞,杨建宁,Yun Fei,Yang Jianning(宁夏环境信息中心,宁夏,银川,750004)李燕,杨振西,Li Yan,Yang Zhenxi(宁夏环境监测中心站,宁夏,银川,750021)
刊 名：宁夏大学学报（自然科学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF NINGXIA UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2005 26(3) 分类号：X21 关键词：黄河 COD 氨氮 模型 模拟动态模拟屏 第6篇
CMT焊接创新地将送丝运动与熔滴过渡结合，实现了低热输入、无飞溅的熔滴过渡，焊接过程是高频率的“热—冷”交替过程。研究针对CMT焊接这种独特的熔滴过渡过程，通过流体动力学方法对CMT熔滴过渡动态过程进行模拟，定量分析焊接工艺参数对熔滴过渡动态过程的影响规律；建立CMT焊接熔池温度场和流场的三维非稳态模型，定量分析浮力、电磁力、表面张力、熔滴冲击力，以及相变潜热及其综合作用对焊接温度场、速度场和熔池形态的影响；分析CMT各焊接工艺参数对熔池流体动力学行为的影响规律，建立焊接工艺参数与焊缝形貌、过程热参数之间关系的数学模型。基于上述研究，针对CMT熔深浅的缺点，研究增大熔深的方法并开展熔滴过渡与熔池流体动力学行为的理论研究。此研究旨在掌握CMT熔滴主动过渡的规律与机理，为实现主动熔滴过渡的焊接智能控制提供理论基础和基础数据，具有重要的学术价值和实际意义。
2研究成果
（1） 完成了焊接多信息測试系统平台的搭建，进行了CMT焊接试验，同步测试了熔滴过渡动态过程与焊接电参数。
（2）建立了CMT熔滴过渡动态过程的数学模型。结合CMT焊接“引弧—短路—回抽—过渡”的实际特点，在考虑熔滴的表面张力、重力、电磁收缩力、等离子流力及焊丝回抽附加机械力的基础上利用VOF方法建立了熔滴过渡过程的数值分析模型。
（3）分析了焊接工艺参数对熔滴过渡动态过程的影响规律。
CMT熔滴过渡是通过焊丝机械回抽方式来帮助熔滴脱落，工艺过程可以被精确控制，因而其短路过渡周期恒定，不再受随机变量的影响，一个熔滴过渡大概需要14.31 ms，过渡频率大概为70 Hz。
（4）建立了CMT焊接过程温度场的三维非稳态有限元分析模型，计算结果和测试结果的二者吻合良好，验证了所建模型的合理性。
（5）根据CMT焊接特点，利用NavierStokes方程和连续性方程，建立了计算CMT流场的计算模型，在模型中充分考虑了焊接熔池中液态金属所受的电弧力、表面张力、重力、热流量等的共同作用。
（6）分析了CMT各焊接工艺参数对熔池流体动力学行为的影响规律。焊接过程中焊丝的周期性回抽作用对熔池流场产生较大的影响，在熔池中形成周期性的震荡作用，改善了焊接质量。
（7）建立了焊缝形貌数据（熔宽、熔深和余高）的BP神经网络预测模型，能方便地预测出焊缝形貌数据。
3研究成果
已发表论文：胡庆贤，王顺尧，王艳辉. Process disturbances monitoring and recognition of shortcircuiting GMAW by fuzzy cmeans system[J]. China Welding， 2011，20（4）： 28-33.
收稿日期：2012-12-20
固井注水泥动态过程模拟 第7篇
因此, 在注水泥施工设计时要针对以上难题充分考虑小间隙、偏心环空、高温度差等影响因素, 设计合理的固井流体浆柱结构、注水泥顶替排量及顶替泵压等, 实现平衡压力固井;并对整个注水泥过程实施动态模拟计算, 以达到安全、合理、高效的固井目的。
国外Halliburton、Schlumberger等技术服务公司都有自己独特的固井设计软件系统, 其中使用比较广泛, 有代表性的有美国LANDMARK、道威尔-SCHLUMBERCE、以色列帕拉代姆等公司都研制开发了注水泥动态模拟与设计系统。
一、注水泥模拟
注水泥过程中, 要保证获得良好的顶替质量, 必须准确控制随固井注替施工时间而变化的参数及井下地层的稳定情况, 如井内流体的实际流量、液柱动压力、环空动压力、地面压力等;而这些情况可通过注水泥过程中如下某些参数的变化反映出来.如液体流变性、流态、流速、接触时问、流动压力以及“U型管效应”的变化等。通过合理的计算模型, 利用计算机全面地模拟出整个注水泥期间的各种参数变化, 进而提出控制施工过程的有效措施, 从而实现高效顶替、整体压力平衡的固井目的, 达到优质封固。
其主要功能包括:计算注替过程中套管内可能出现的最大真空段长度;计算注替过程中环空动态压力、泵压和流量的变化情况, 了解顶替过程中各浆体通过关注点时的流态、流速等重要参数, 并对可能发生的复杂情况和固井质量问题进行报警。
二、模拟方法
固井施工模拟的基本模型为环空动压力平衡的U型管模型。动态参数的描述及求解方法, 是实施固井动态过程模拟的基础。随着注替时间的变化, 井内流体的实际流量、液柱动压力、地面压力、井内流体的种数、各种固井流体的流态、位置、液柱长度等参数都随时间不断变化。在动态 (注替过程) 和静态 (候凝过程) 条件下, 环空各种流体产生的总压力应保持与地层压力的相对平衡即整体压力平衡。应用注水泥流变学设计理论, 考虑实际井身条件, 建立注水泥动态过程平衡压力的计算模型。
应用环空动压力平衡的U型管模型, 建立井内任意时刻的压力平衡方程为:
式 (1) 中, PS为地面压力, MPa;LAi为TX时刻, 环空中第i种流体的液柱长度, m;LCi为Tx时刻, 套管内第i种流体的液柱长度, m;ρi为第i种流体的密度, g/cm3;k为Tx时刻, 井内固井流体的种数;αi为LAi段上的平均井斜角, 度;αi为LCi段上的平均井斜角, 度。
由于水泥浆密度一般比钻井液密度大, 当套管柱内流道与环空流道的静液拄压差足以克服管内及环空流道沿程摩阻压降时, 套管内将出现真空段, 此时井口水泥浆将自由下落, 套管内井口压力为零, 套管内和环空中流体发生“U”型管效应。根据环空动压力平衡的U型管模型, 采用迭代方式计算自由下落期间井内实际流量。
在t时间内, 地面泵入流体累计体积为Q0t, 井口返出流体总体积VG, 则真空段空间总体积VA等于井口多返出的那部分流体体积。
当井内实际流量和真空体积确定后, 即可求出各种流体流过关注点深度处的流态、接触时间以及真空段长度、关注点处的动态压力随时间的变化等参数。
三、注水泥模拟软件开发
在对注水泥动态过程分析描述的基础上开发的注水泥计算机模拟软件, 可对注水泥方案进行施工模拟, 根据具体的井深结构、地层条件, 设计出最佳的施工方案。该软件主要包括以下几个功能块:水泥流体流变参数设计、参数输入及基本参数计算、注水泥动态参数跟踪计算、各种压力的计算及绘图、参数校核、措施调整、设计结果的表格及绘图输出。注水泥模拟基本流程如图1所示。
四、应用实例
根据井身结构、流体性能参数和注水泥工艺流程, 模拟出井口压力随时间变化曲线、关注点环空动压力随时间变化曲线、真空段高度随时间变化曲线。利用模拟结果与现场实时监测结果进行对比分析, 可指导固井施工作业的高效进行。
根据具体井的井深结构数据、注水泥流体用量设计、注水泥流体流变学设计结果模拟出井下流体动态参数。由图2描述了井口压力随时间的变化曲线, 得出注不同流体时的到不同的井口压力, 井口压力为零时代表此时间段内发生“U”形管效应。图3描述了流量随时间的变化曲线, 得出在井口压力为零时, 井内实际流量的变化情况。
五、结论
1. 在分析固井动态过程基础上建立起来的动态参数计算模式及由此开发的固井动态过程模拟软件, 可用来指导固井施工及辅助固井设计。
2. 实践经验对钻井施工和设计的指导和约束作用相当重要, 特别是在特殊情况下的施工和设计。
保险市场结构经济动态模拟分析 第8篇
1 动态模拟模型的建立
应用经济动态模拟法对保险市场结构进行分析时, 首先需要建立模型, 该模型是在CAS理论的基础上建立的具有多主体寡头竞争意义模型。在动态模拟模型中, 市场主体是由监管人、保险人以及投保人组成的, 其中监管人是虚拟的主体, 其并不会在模型中以主体的形式出现, 而是通过提供变量实现动态分析的作用。保险人与投保人在模型中发挥着实际意义, 动态模拟模型中一般有两个保险人, 二者都是保险产品的生产者, 而且主要是负责对保险产品的生产, 对产品价格的制定, 对投保人赔偿金额的设定等。保险人获取利润的主要途径是保费与赔付时间的差额, 利润与保险产品的价格有着正相关的关系。
在不同规模的保险公司中应用经济动态模拟技术, 需要考虑应用的差异性, 保险人的初始财富有着一定差异性, 而且有着不同的行为模式。保险人主体属性存在差异, 会影响应用的效果, 在模型中, 两个保险人的初始财富值有大小之分, 保险人属性包括产品价格、销售量以及利润等内容, 保险人的初始财务与保险公司的规模有着直接关系, 初始财富值越高, 则说明保险公司的经济实力越强, 公司的规模也越大。保险人初始财务这一属性是模型中区分保险人的主要依据。
投保人主体也是动态模拟模型中重要的组成部分, 其主要是代表买方。投保人在发生损失后, 可以向保险人索赔, 投保人购买保险的价格与其获赔的金额有着较大的关系, 其支付的保费越多, 获得的赔偿也越高。在模拟模型中, 包含保费与获赔金额的函数关系。投保人属性包括实际效用、期望效用、规模偏好等, 实际效用是指购买保险产品后实际获得的效应, 而期望效用是指购买保险产品前期望的效用, 这两种效用有着函数关系, 而且与保险公司的规模有着一定关系。投保人在购买保险产品时, 会受到偏好属性的影响, 投保人一般会选择平时比较关心与关注的保险公司, 所以, 投保人对保险公司有着不同的期望。投保人的主体行为会影响索赔行为, 投保人的主体行为会影响其购买行为、免赔额行为、索赔行为以及比较行为。所以投保人的主体行为会影响其购买力。
2 保险人规模差距对定价行为的影响
保险市场结构中, 保险人规模对其定价行为有着直接影响, 在保险产业组织理论中, 有着结构影响行为, 行为影响绩效的关系。当前我国保险市场呈现寡头垄断结构特征, 市场集中度高, 市场产品呈现较强的同质性, 中国人寿、人保等几家大型保险公司分别在寿险和非寿险领域占据了较大份额, 保险人之间具有较大的规模差距。那么, 在这种市场结构下, 保险企业的定价行为会呈现什么特征呢?下面将使用前面构造的动态模拟模型对不同规模差距下保险人定价行为以及市场上投保人的福利变化进行实验分析。
2.1 规模差距较大时模型运行结果
将两个保险人主体的初始财富分别定义为400000 (保险人主体1) 和200000 (保险人主体2) , 其规模的差异达到了一倍, 同时, 定义保险人主体1的单位成本为1, 保险人主体2的单位成本为2, 这表明规模越大的保险人单位成本越低。
启动动态模拟模型可以得到运行结果。首先观察此时保险人主体的定价行为, 两个保险人主体的保费附加率随时间的变化具有很强的相关性, 同时, 保险人主体2的保费附加率曲线在大多数时间处于保险人主体1的保费附加率曲线之下, 这表明规模小的保险人在定价行为上追随规模大的保险人。保险人主体1以其规模优势占据了较大的市场份额, 保险人主体2以其价格优势也有较稳定的市场份额。这与现实中的情形是相符的。
2.2 规模差距缩小后的模型运行结果
将两个保险人主体的初始财富分别定义为400000 (保险人主体1) 和300000 (保险人主体2) , 其规模的差异明显缩小了。启动动态模拟模型可以得到运行结果。首先观察此时保险人主体的定价行为, 此时两个保险人主体的保费附加率随时间的变化不再具有很强的相关性, 由于这次实验惟一变化的是两个保险人主体规模的差异明显缩小, 因此可以推定这一变化是保险人2的行为模式变化的原因。
由于两个保险人主体的规模差异明显缩小, 因此投保人主体规模偏好对其购买决策的影响大大减小。保险人主体2不再需要以较低的保费附加率来吸引投保人主体, 这意味着保险人主体1不再有定价主动权, 从而保费附加率 (价格) 成为竞争的主要手段, 竞争双方都降低了自己的价格, 以获得更多的销售量。保险人之间规模差异的缩小, 使得保险人之间不存在由于投保人对规模偏好造成的竞争优势, 价格成为竞争的惟一手段;这一变化的结果就是保险产品价格下降, 同时, 投保人主体获得了更高的福利水平。
3 结论
在保险市场结构体系中, 应用动态模拟模型, 可以分析出保险市场结构的特征, 这对保险产品的定价有着直接影响。通过分析发现, 在模拟模型中, 一般存在两个保险人, 当保险人规模差距比较大时, 保险产品的定价以及索赔率有着一定区别, 不同的投保人, 由于投保行为有着差距, 在选择时, 也会根据自己的偏好以及经济实力选择不同的保险产品, 为了提高自身的竞争力, 保险公司需要发挥企业的优势, 可以减低产品的价格, 或者提高服务, 以此抢占市场先机, 这样才能使公司在市场中处于主体地位。
参考文献
[1]任韬, 王文举.基于CAS的多主体寡头竞争仿真平台[J].首都经济贸易大学学报, 2007 (03) .
[2]陈璐.保险产业市场结构和市场绩效的关系研究[J].经济经纬, 2006 (06) .
农业干旱动态模拟技术研究与应用 第9篇
关键词：农田水分,农业干旱,模拟技术,土壤墒情,旱情等级
1农业干旱模拟模型
从农田水量平衡原理出发,以农田表层为原型,根据气候条件和作物种植情况,建立农业干旱模拟模型;模拟农田水分在“大气-作物-土壤”连续系统内,通过降水P、灌溉G、土壤蒸发Es、作物蒸腾Ec、下渗S和地下水补给U进行垂直形式,及地表水流入量Is、土壤水流入量Ig、农田表面产生径流Q和土壤水流出量Rg进行水平形式的复杂交换过程,掌握农作物在生育期中缺水状况和土壤墒情,从而评价农业干旱的严重程度。将某一块农田土壤视为隔离体,则农田水分收支模型可用图1表示。
能够对作物根层水分产生影响的土壤层称为计划湿润层。图中Hj就是计划湿润层的深度。不同的作物由于其根系深度的不同,其计划湿润层的深度是不同的。即使是同一种作物,由于其不同生长期的根系深度在变化,其计划湿润层的深度也在变化, Hd为底层湿润层深度,ΔH为计划湿润层的变化量,Hm为计划湿润层的最大深度。
完整的计划湿润层(农田)水分平衡方程为:
式中:Wi、Wi+1为第i时段初、末土壤含水量,mm;Pi、Gi、Isi、Igi、U分别为第i时段进入计划湿润层的降水量、灌溉水量、地表水流入量、土壤中水的流入量和地下水补给量,mm;Esi、Eci、Qi、Rgi、Si分别为第i时段流出计划湿润层的土壤蒸发量、作物蒸腾量、农田表面产生的径流、土壤中水的流出量和深层渗漏量,mm。
大量的农田水分平衡研究结果表明,在旱作地区,特别是在平地上,农田水分循环以垂直方向的水量交换为主,除了小部分雨季降水通过地面径流损失外,绝大部分降水被拦蓄在疏松的土层内。因此,式(1)中水平方向的水量交换,除地面径流外,均可忽略不计,即Isi0、Igi0、Rgi0,故式(1)可以简化为:
2农业干旱动态特征模拟
土壤蒸散发过程大体可以分为3个不同的阶段,这种现象已被许多试验所证实。3个阶段的蒸散发规律,可以归纳为:
(1)Wi+1>Wmg(即土壤含水量大于毛管断裂含水量),Es=Ep,蒸散发按其能力进行。即当土壤含水量大于毛管断裂含水量时,供水充分,作物从土壤中吸取水分不受限制,蒸散发在表土层(耕作层30 cm)进行。
(2)Wdw<Wi+1<Wmg(即土壤含水量大于凋萎含水量,而小于毛管断裂含水量),Es/Ep=f(Wi+1)。即当土壤含水量大于凋萎含水量,而小于毛管断裂含水量时,作物从土壤中吸取水分将受到限制,供水逐渐减少,蒸散发主要在表土层以下(30～80 cm)进行,蒸散发量与土壤含水量成正比。
(3)Wi+1<Wdw(即土壤含水量小于凋萎含水量),Es=常数 ,即当土壤含水量小于凋萎含水量时,作物生长开始受到抑制,丧失膨压以至凋萎,土壤表层和浅层(80 cm)干枯,液体水蒸散发基本停止,深层土壤剖面中的水分,以水汽扩散的方式穿过干土层进入大气,蒸散发量数值低,变化慢,趋于一个很小的常数。
为此,提出两层干旱模拟模型。将土壤垂直方向计划湿润层分成上层和下层两层。旱作区农业干旱两层动态模拟示意图见图2。
土壤水的消退:上层土壤水的消退按作物蒸散发能力进行;下层土壤水的消退和它的含水量成正比;计划湿润层以下的土壤水消退以一个很小的常数进行,它以潜水蒸发的方式向计划湿润层补给。
降水先满足表层;上层蓄满后再补充下层,上层和下层都蓄满后,就以产流的(即深层渗漏)的方式补充深层土壤水。
作物通过根系吸收土壤中的水分,但只有大于凋萎含水量的水分才能被作物吸收,因此土壤中有效水分为田间持水量到凋萎含水量之间的部分。
当土壤含水量低于毛管断裂含水量时,作物将发生旱象,此时应当提出灌溉要求,如果有水可供,则不发生干旱,否则将发生干旱。可供的灌溉水量,由当地的水库、河流、水塘等提供。
3农业干旱等级评定
农业干旱用作物缺水率定义,即某时段作物缺水量与该时段实际需水量之比。
式中:B为作物缺水率,%;QET为作物缺水量,mm;ETM为作物需水量,mm。
根据旬缺水率判别旱作物干旱等级:4月、8-10月的作物受旱等级以相应时段旬缺水率来判断;5-7月受旱等级确定需要将旬缺水率对应旱情等级与前期累积旬缺水率对应的旱情等级放在一起考虑后确定,见表1。根据示范区实际情况:
5-7月综合旱情等级=Int(本旬缺水率对应旱情等级40%+前期累积旬缺水率对应的旱情等级60%)
4农业干旱模拟模型应用
选择山西省吕梁市、太原市和晋中市3个地级行政单元为示范区,以旱作物为研究对象,根据已有的历史资料,应用农业干旱模拟模型模拟旱作物的生长过程,及作物旱情的时空分布规律、旱情演变和发展过程。
4.1示范区概况
本示范区属于黄河流域的汾河水系和东川河水系,区域总面积44 213 km2,其中吕梁市20 988 km2、太原市6 878 km2、晋中市16 347 km2。结合水资源分区和行政区划,将示范区分为24个计算单元,分别进行农业干旱模拟计算。示范区主要种植小麦和玉米,2009年农作物总播种面积86.34万hm2,示范区主要农作物小麦和玉米生长期见表2。
4.2示范区农业干旱时空分布规律
利用本模型对山西示范区1970-2009年的40年24个计算单元进行了逐日干旱模拟,下面分析山西示范区农业干旱时空分布情况。
4.2.1干旱的时间分布
(1)缺水的年际分布。
示范区作物缺水率超过80%,出现严重干旱的年份有1987年、1997-1999年。作物缺水率超过60%的干旱年份有18年,占40年的45%,分别为:1971-1972年、1980-1982年、1987年、1989-1991年、1997-2002年、2005-2006年和2009年(见图3)。
(2)缺水的年内各旬分布。
1970-2009年各旬系列平均缺水率,5月中旬至6月中旬缺水率达到60%以上,其中6月上旬最高,缺水率达68%(见图4)。
4.2.2干旱的空间分布
根据山西示范区24个计算单元农作物缺水率计算结果,分析农业干旱的空间分布。
(1)小麦生长关键期干旱频率分析。
1970-2009年40年系列小麦生长关键期(4月上旬-6月中旬),示范区东部和南部地区16个单元易发生重旱,发生频率为20%～29. 3%,其中寿阳县、榆次市、太谷县和祁县发生特旱频率为26.8%～39.0%。小麦生长关键期特旱频率分析见图5。
(2)玉米生长关键期干旱频率分析。
1970-2009年40年系列玉米生长关键期(7月上旬-8月下旬),示范区24个单元易发生中旱,发生频率为29.3%～65. 9%,其中清徐县、榆次市、太谷县和祁县发生重旱频率为22.0%～39.0%。玉米生长关键期重旱频率分析见图6。
山西示范区1970-2009年各计算单元降水量变差系数 值空间分布为东南部和西北部比中部大,降水变差系数越大的地区,说明出现小降水的概率较大,易发生气象干旱,该模型模拟的农业干旱空间分布结果与气象干旱空间分布基本一致。
4.3农业干旱模拟结果验证
农业干旱模拟结果的可靠性取决于基本资料参数的可靠程度和农业干旱等级的划分标准是否合适。山西示范区1970-2009年的40年间实际发生中等以上的干旱20次,其中:中旱14次,重旱4次,特旱2次;模拟结果为发生中等以上的干旱18次,其中:中旱13次,重旱4次,特旱1次,说明山西示范区农业干旱模拟结果与实际发生的旱情基本一致,农业干旱模拟成果较为可靠。
5结论
本文提出的农业干旱两层动态模拟模型没有考虑旱作区地表以下水平方向的水量交换,因此,该模型适用于农田水分循环以垂直方向水量交换为主的平地旱作地区。在模型应用时,对作物实际受旱情况需进行监视和跟踪,根据实测土壤含水量对模型参数进行实时修正,可准确模拟预测作物缺水率,预估由缺水造成的作物减产量。
农业干旱模拟技术的应用是研究区域农业干旱规律的一种行之有效途径。利用干旱模拟结果,掌握干旱发生、发展和缓解的过程,分析研究区域干旱时空分布规律,可为干旱预测预警提供技术支撑,为抗旱决策提供科学依据。
参考文献
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水蓄冷温度分层动态特性模拟 第10篇
随着我国的经济腾飞,能源中用电量迅速增长,特别是城市和沿海发达地区,普遍供电紧张。在用电负荷增加比例中,以空调用电所占比例最大,北京夏季用电最高负荷中,有40%为空调制冷所用,而空调制冷用电中,又是以高温季节用电高峰时段所耗,更加大用电峰谷差异。如果能够运用蓄冷技术,把一部分快速增长的空调用电从高峰时段转移到低谷时段,将起到很好的削峰填谷作用。
现今,冰蓄冷系统比水蓄冷系统应用更多,但是有研究称水蓄冷系统中平均每立方米水的蓄冷成本随着水蓄冷槽体积的增加而减少,当蓄冷负荷超2000ton-hours(7 000k W·h)或者水蓄冷槽体超过760 m3时,采用水蓄冷系统是比冰蓄冷经济的。因此,在空间条件允许的情况下,水蓄冷系统在大型系统中具有一定的经济性优势,例如体育馆建筑、机场建筑等。
水蓄冷技术的关键在于大温差、自然分层、均匀布水,从而使斜温层更薄、更稳定。斜温层是一个影响冷热分层和蓄冷槽效果的重要因素,它是由于冷热水的导热作用而形成的一个冷热温度过渡层。它会由于通过该水层的导热、水与蓄冷槽壁面和沿槽壁的导热,并随存储时间的延长而增厚,从而减少实际可用蓄冷水的体积,减少可用蓄冷量。为了防止水的流入和流出对存储冷水的影响,在自然分层蓄冷罐中通过布水器从罐中取水和向罐中送水,布水器的作用是使水缓慢地流入水罐和从水罐流出,以尽量减少紊流和扰乱斜温层。
由于蓄冷斜温层的厚度对水蓄冷的运行效率有很大影响,因此有必要对水蓄冷运行过程中斜温层的产生与变化进行研究,但是由于一般的水蓄冷项目工程巨大,难以在项目前期取得运行数据,为了保证水蓄冷系统的运行可靠性,本文对水蓄冷罐斜温层的变化进行了仿真研究。
2 蓄冷技术介绍
水蓄冷系统是以水作为蓄冷介质的一种空调蓄冷方式,原理图见图1。
水蓄冷系统是利用水的显热来储存冷量,冷水机组在夜间制出4℃~6℃左右的低温水存储在蓄水槽中供白天使用,该温度适合于大多数常规冷水机组直接制取冷水。在理想的情况下蓄水槽内的冷温水能够保持良好的分层,这是因为在水温大于4℃的情况下,水的密度是随温度升高而降低的,在约为4℃时水的密度最大,温度低的水密度大,位于蓄冷槽的下部,而温度高的水密度小,位于蓄冷槽的上部。但由于冷、温水之间存在温差引起的导热过程,致使在冷、温水分界面附近,冷水温度有所升高,温水温度有所降低,从而形成了从冷水到温水的过渡层,这个存在温度梯度的过渡层就称为斜温层。在充冷或放冷过程中,蓄水槽的进口和出口处安置的引流设备——布水器能够控制水流缓慢地自下而上或自上而下地流动,整个过程在蓄冷槽内形成温度分层。在放冷的过程中,蓄冷槽储存冷量的大小取决于蓄冷槽的体积和蓄冷温差,温差的维持可通过降低存储冷水温度、提高回水温度以及防止回流温水与储存冷水的混合等措施来实现。
3 物理模型的建立
3.1 模型简化
本文将要进行的实验研究对象是温度分层型水蓄冷槽,蓄冷槽的结构是钢制直立圆柱形水槽,水沿轴向流动。物理模型的建立是基于以下假设条件:
1)由于蓄冷罐的布水口是由许多小型布水器组成的,计算机的计算能力难以完全按照蓄冷罐的布水口的物理形式建立模型,因此在建立模型时将蓄冷罐的布水器设置成为有着均匀流速的平面。
2)布水器的连接水管做保温处理,模拟计算中不考虑其形状及温度对水蓄冷罐内温度场的影响。
3)蓄冷罐外为100mm厚聚氨酯保温材料,导热系数0.027W/(m·K),由于钢的导热系数为58.2W/(m·K),远远大于保温材料,因此在模拟中将其导热性能忽略不计,做同温层处理。
3.2 初始条件
笔者共对单、双两种罐体、每种罐体分别在4℃、6℃的蓄冷温度的蓄冷、释冷过程进行了模拟,单罐指运行过程只采用一个罐体,双罐指设计运行过程采用双罐共同运行。蓄冷、释冷过程都定为8h,双罐罐体直径19m,高22.9m,初始流速0.00079m/s,单罐罐体直径24m,高26m,初始流速0.000902m/s。其蓄冷与释冷过程如下:
充冷过程:假定初始时蓄冷罐内充满14℃温水,充冷开始后,冷水自底板各布水口流入,14℃温水自顶板各布水口流出。
释冷过程:假定初始时罐内充满冷水,释冷开始后,14℃的温水自顶板各布水口流入,冷水自底板各布水口流出。
3.3 物理参数
为更接近实际反映水的密度变化对斜温层的影响,模拟过程按间隔1℃设置了水的密度,如表1所示。
4 模拟过程
4.1 网格的划分
计算几何体的定义和网格划分的好坏直接影响到计算的收敛性和精度,笔者对两种罐体模型(见图2、图3所示),利用FLUENT前处理软件GAMBIT建立网格,使用的是四边形非结构网格。设置R=400mm的模型划分网格,即其网格按照0.4m划分。
4.2 流场分析
笔者通过模拟,发现模型在层流情况下流畅基本不变,流体基本按照直线状态流动,如图4所示,为蓄冷过程8h后的流场,其与蓄冷开始时的流场基本一致。
4.3 斜温层变化动态模拟结果
笔者通过对所建立的罐体几何模型截取y=0平面,动态监控蓄冷罐平面内的温度分布,从而得到了各种状态下斜温层变化情况。图5~图12分别为单罐与双罐在不同蓄冷温度下的蓄冷与释冷斜温层变化情况。
从图5~图7可以看出,在蓄冷与释冷过程中,都有斜温层的存在,斜温层在运行初始较薄,随着蓄冷或释冷的进行逐渐扩大。在层流状态下,蓄冷与释冷过程基本可逆,基本都在8h内完成了整罐蓄冷或释冷过程。从运行工况角度比较,温差较大的工况(14℃~4℃)比温差较小的工况(14℃~6℃)斜温层厚度有所增加,从而系统的运行效率有所降低。
从图9~图12可以看出,由于双罐运行初始速度相交单罐运行较小,因此初始边界层相较单罐运行较薄,但由于双罐运行方案减小了蓄冷罐直径,因此斜温层厚度增加较快,逐步与单罐运行厚度接近。
5 结论
通过对自然分层型蓄冷罐的动态模拟,可以得到以下几点结论:
1)桶内水温分布随着充冷循环的进行在桶内高度上发生变化,并且存在分割冷热水温度的斜温层,斜温层的存在有利于水蓄冷系统,使冷温水不至于混合。
2)当斜温层向上移出罐体时,蓄冷过程结束,当斜温层向下移出罐体时,释冷过程结束。
3)良好的罐体保温结构,可以将环境温度对罐内冷水的作用范围及热损失控制在较小范围。
4)设计合理的布水器可以尽量减少罐内流场的紊乱,从而减少斜纹层厚度。
5)增加蓄冷温差可以增加蓄冷罐的蓄冷量,但是温差的增加也会使斜温层厚度增加,降低系统运行效率。
6)体积面积比是影响斜温层厚度的重要因素,在同样的体积下,面积大的蓄冷罐流速较低,斜温层厚度较小。
摘要：水蓄冷系统作为一项平衡电力负荷、缓解用电紧张的有效措施,正在得到越来越多的重视和应用。叙述了温度自然分层型蓄冷槽内布水器的工作原理、分析了斜温层对制冷工况的影响,利用CFD软件,建立了蓄冷槽的计算模型及边界条件,同样对蓄冷和放冷的非稳态过程进行了数值模拟,对槽内的温度场及速度场进行了分析,并且基于分析结果,确认了影响斜温层厚度的主要因素。
关键词：水蓄冷,数值模拟,斜温层
参考文献
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模拟动态施药喷洒试验车的研制 第11篇
植保机械研发中通常需进行田间试验, 而植保机械田间性能试验又很容易受作物生长季节与状况以及气象条件等限制。为此, 研制可模拟田间作业状况的动态喷洒试验车, 以实现在室内模拟田间气候和生长状态下, 开展喷雾压力、喷量、药液分布、附着率、沉积量等喷洒试验研究, 为缩短植保机械研发周期, 降低植保机械研发成本创造条件。
1 模拟动态施药喷洒试验车简介
1.1 喷洒试验车应具备功能
根据试验需要, 该设备应具有启动、起步、换挡、加速、调速、制动、倒车与行驶速度调节及速度实时测量功能;喷洒高度、喷雾压力可调及喷雾压力、喷量、单位面积施药量、药液分布均匀性、附着率、沉积量等实时测量功能。
1.2 喷洒试验车总体配置
该喷洒车为在专用轨道上运行的可模拟植保机械田间试验的台架试验设备, 为实现上述功能, 设计其由电力输送系统、自动雾量分布测定仪、喷洒部件升降系统、压力液源供给系统、车体总成、测速系统、微机控制系统和缓冲架等组成。其具体如图1所示。其中, 电力输送系统包括C型槽管、支架、悬吊夹、携缆首车和电缆;自动雾量分布测定仪包括药液分布采集槽、有机玻璃量筒、电磁阀、桥梁式称重传感器和采集卡;喷洒部件升降系统包括固定导轨架、喷洒部件固定架、动滑轮、定滑轮、4组可调轴承、钢丝绳和卷扬驱动电机;压力液源供给系统包括电机、变频调速器、水箱、液泵、电磁阀、截止阀、管路、压力变送器和涡轮流量计;车体总成由电机、变频调速器、离合器、刹车、变速箱、皮带轮、车轮和操纵机构等组成;测速系统由光传感器、轴承座、测速轮、直角托板和弹簧组成;微机控制系统由PC机、数据采集卡和单片机控制系统及其控制软件组成。
1.缓冲架 2.微机控制系统 3.测速系统 4.车体总成5.压力液源供给系统 6.喷洒部件升降系统7.自动雾量分布测定仪 8.电力输送系统
2 工作原理
设备通电后, 控制系统按试验要求启动操作按钮调节喷洒试验车运行速度、液泵压力值, 并完成对各设备动作的控制;同时, 喷洒试验车各设备对各种动作的执行状态以及温度、车速、压力、流量、质量等进行数据采集, 并按一定的编码, 传输给计算机实时处理, 显示喷射部件液量分布、流量、单位面积施药量, 完成各种特性曲线或图表绘制, 并通过图表形式将试验报告打印输出。
3 喷洒试验车系统设计
该设备的设计主要包括车体总成、喷洒部件升降系统、压力液源供给系统、测速系统、自动雾量分布测定仪和微机控制系统等设计。设计中通过指标富裕度来确保设备的性能指标要求使用可靠性。
3.1 车体总成的设计
喷洒试验是在专用轨道上运行的, 轨道运行有效距离为40m;运行速度应满足不同植保机械设备在田间施药要求, 即0.1～3.0m/s。为此, 通过下面计算, 选择合适的驱动功率以确保试验设备的指标要求。
1) 喷洒试验车牵引力PT为
PT=Pq-Pf=φGφ-fGs=1 274N (1)
式中 Pq喷洒试验车切线驱动力 (N ) ;
Pf喷洒试验车滚动阻力 (N) ;
f滚动阻力因数, f=0.08;
GS使用质量, GS=12 740N;
φ附着系数, φ=0.18 ;
Gφ附着质量, Gφ=Gs。
2) 喷洒试验车牵引功率NT为
式中 vmax喷洒试验车最大速度 (m/s) , vmax=3m/s。
3) 喷洒试验车的驱动电机功率Ne为
式中 η喷洒试验车总机械效率, η=0.74。
此时发动机功率选取5.5kW即可以满足系统指标要求。
3.2 喷杆喷洒升降系统设计
通过4组动定滑轮组、4组可调轴承组件和带刹车卷扬驱动电机组成省力滑轮组, 喷杆以0.02m/s的速度在固定龙门架平稳升降, 且调节高度范围为0～600mm。
1) 喷杆组件在固定龙门架运动时所受滚动摩擦阻力Pf1为
Pf1=f1 (PG1+PQ1) =612.5N (4)
式中 PG1喷杆组件固定架质量, PG1=490N;
PQ1喷杆组件质量, PQ1=1 960N;
f1滑轮滚动摩擦因数, f1=0.25。
2) 卷扬驱动电机的功率Ns1为
式中 G1稳态负载平均系数, G1=0.75;
η1起升时的总机械效率, η1=0.6;
v1喷杆组件运行速度, v1=0.02m/s。
根据上述计算参数, 选用八达机电有限公司生产PA200微型电动葫芦 (单钩) , 其技术参数为:①额定质量:100kg;②起升速度:10m/min;③起升高度:12m;④钢丝绳长:12m;⑤输入功率:450W。经改进设计, 单钩变4对动、定滑轮组, 起升速度由10m/min变为1.25m/s;额定质量由100kg变800kg, 满足试验设备的要求。
3.3 测速系统设计
3.3.1 测速轮设计
测速轮同轴与光传感器相联, 安装在直角托板上, 通过弹簧与喷洒试验车的车身底部固定架浮动联接, 在弹簧的作用下, 测速轮始终有绕铰支中心转动的趋势, 保证测速轮与轨道之间的运动为纯滚动。
1) 测速轮在弹簧力的作用下所受转动力矩为
Me=PjRj=2 025Nmm (6)
式中 Me测速轮转动力矩 (Nmm) ;
Pj弹簧工作负荷 (N) , Pj=p'Fj=22.26N;
P'弹簧刚度 (W/mm) , p'=1.59N/mm;
Fj工作负荷下的变形量, Fj=14mm;
Rj弹簧转动力臂, Rj=91mm。
2) 测速轮在轨道上所受驱动力为
式中 Pq2测速轮驱动力 (N) ;
Rq驱动转动力臂, Rq=28mm。
3) 测速轮在轨道上所受摩擦力为
Pf2= (Gs2+Pj) f2=80N (8)
式中 Pf2测速轮摩擦力 (N) ;
GS2测速轮装置的质量, GS2=980N;
f2测速轮滚动阻力因数, f2=0.08。
为了使测速轮正常工作, 防止打滑或测速轮空转动, 测速轮与轨道之间驱动力应小于它们之间的最大摩擦力。从上面计算可知:Pq2<Pf2, 测速轮结构设计满足试验要求。
3.3.2 速度推算
系统采用脉冲计数法测量速度, 当车行驶时, 测速轮同轴带动光传感器转动, 每转1圈输出N=1 200个脉冲, 测速轮直径为D=127.32mm, 即测速轮周长C=πD, 则输出每个脉冲对应的距离为
光电传感器输出的脉冲信号 (脉冲持续时间τ) 送给数字采集器的控制门, 标准时钟源 (频率为f0) 对τ进行量化采集, 每隔时间周期T0读一次脉冲个数n, 则光电传感器输出脉冲持续时间为
根据光电传感器输出脉冲持续时间τ及单位脉冲对应的距离S, 则喷洒试验车的速度v测为
式中 T0采样周期, T0=0.25s。
3.3.3 速度精度计算
为了验证上述测量方法的正确性以及车速测量的准确度, 开动喷洒试验车在规定40m轨道上运行若干次, 调节变频调速器和变速箱挡位, 让喷洒试验车在轨道上达到试验要求的速度, 测量匀速行驶段的速度。测试结果如表1所示。
速度测量的误差σOV主要来源:
①光电传感器引入误差σs=0.2%; ②时间测量选用标准时钟源, 其误差σT=0.2%; ③光电传感器测量法重复性引入的误差σR。
算术平均值为
标准偏差为
=0.015 8 (13)
95%置信概率的随机误差为
式中 On第n次测得速度值;
n测量次数, X是n的函数值, 如表2所示。
速度测量的误差σov为
3.4 移动式集雾槽设计
1) 移动式集雾槽药液分布采集槽设计遵循ISO5682-1标准, 其长宽为1 500mm700mm, 测量间隔50mm, 并设计防止液体飞溅的迷宫结构。
2) 药液分布由30只有机玻璃量筒收集, 有机玻璃直径D=40mm, 其有效高度h=160mm, 其单只量筒所采集药液最重的质量G1为
式中 γ药液的密度, γ=1 000kg/m3 (按水的密度计算) 。
有机玻璃量筒、放水电磁阀及其附件重量为G2=0.4kg, 其总质量G=G1+G2=0.6kg, 选用额定载荷为3kg 的A6铝制称重传感器, 满足试验要求。
3.5 压力液源供给系统设计
压力液源供给系统是喷洒试验车的心脏部分, 是植保机械设备的液力源, 其液泵、电机的选择以及管路设计, 直接影响测试精度及测试范围。为了满足试验要求, 设计时采用TF-80C型三缸柱塞泵, 常用工作压力为15～40kgf/cm2, 流量30～80L/min, 其配套电机功率Np为
式中 △P液泵进出压力差, △P=40kgf/cm2;
QP液泵实际输出流量, QP =80L/min;
η2液泵总效率, η2=0.7。
选用Y132M-4 (7.5kW) 三相异步电机, 并配以SHF-7.5K (7.5kW) 变频调速器。试验时液泵压力由变频调速器调节, 以满足远程喷枪、喷杆、喷头等不同喷射部件的试验要求。
同时液泵供液系统设有3条流道, 可以同时工作, 也可独立工作;每路流道装有涡轮流量计、截止阀和压力传感器, 实时测量每路流道的流量和压力。
3.6 控制系统
微机控制系统由PC机、数据采集卡和单片机控制系统及其控制软件组成。工作时, 采集设备及采集卡通过总线连接在一起, 并与单片机控制系统进行连接, 形成一个数据采集网络。采集的数据经单片机预处理后再送给上位PC机进一步的分析处理, 并绘制特性曲线, 建立喷杆性能数学模型, 并通过图表形式将试验报告打印输出;另一方面, 单片机控制系统执行单片机键盘发出的各种指令, 完成上位PC机发出的指令, 显示试验台的工作状态及设置状态, 如图2所示。
4 主要技术特点
1) 药液均匀分布采集槽符合ISO5682-1标准, 其长宽为1 500mm700mm, 测量间隔50mm, 并设有防雾滴飞溅的迷宫结构。
2) 测速系统采用光电脉冲传感技术, 光电脉冲传感器通过轴承座与测速轮相联, 测速轮每转1圈, 光电脉冲器发射1 200个脉冲, 测速轮周长为400mm, 即测速轮每前进1mm, 光电脉冲传感器发射3个脉冲, 从而精确测试植保机械喷洒试验车行进速度。
3) 多道安全保障措施。为了保证喷洒试验车在轨道遇到紧急情况安全平稳停下, 设计有3道防护设施。第1道车体上装有离合器和刹车;第2道在电缆 轨道两端装有行程开关;第3道在行走轨道两端装有 缓冲架。
4) 多点测试技术。供液系统设有3条流道, 可以同时工作, 也可独立工作;每路流道装有涡轮流量计, 压力变送器, 测量每路流道的流量、压力。
5) 实时显示喷洒试验车的速度、测试设备工作压力、流量等性能参数及测量环境状态。
6) 测量信息计算机自动采集、处理, 完成特性曲线绘制, 并通过图表形式将试验报告打印输出。
7) 控制系统硬件采用模块组合设计, 扩展灵活, 控制系统软件采用组态软件升级方便。
5 结论
该喷洒试验车可模拟植保机械田间作业状况, 采用现代测控技术精确完成压力流量特性、药液分布均匀性、单位面积施药量、附着率、沉积量等喷洒性能测量, 具有测试便捷、快速、准确等特点。该设备的研制成功为缩短植保机械研发周期, 降低植保机械研发成本创造良好条件。
参考文献
[1]柳平增, 周立新, 傅锡敏, 等.精准施药动态仿真无线信息系集系统的设计[J].计算机工程与设计, 2008, 29 (18) :849-852.
[2]柳平增, 丁为民, 薛新宇, 等.喷头综合性能精密测试试验台的研制[J].江苏大学学报:自然科学版, 2006, 27 (5) :388-391.
[3]薛新宇, 柳平增, 龚艳, 等.喷头综合性能测试实验台的研制及应用[J].中国农机化, 2006 (6) :94-97.
[4]王万钧.农业机械设计手册[K].北京:机械工业出版社, 1988.
[5]徐绳武.柱塞式液压泵[M].北京:机械工业出版, 1983.
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