人工模拟范文

人工模拟范文（精选8篇）

人工模拟 第1篇

1 降雨模拟器发展现状

由于我国在人工模拟降雨器的研制上起步较晚, 所以关于人工模拟降雨器的研制方面所取得的成果是有限的, 经过前人的研制, 我国也相继出现了一系列降雨发生器, 这些降雨发生器因出于不同的目的而制成, 总结我国历年研制出的降雨发生器, 大致可分表1中几种主要类型。

降雨模拟器在国外被广泛用于多种土壤, 农业和环境的研究。没有标准化降雨模拟, 这些降雨模拟器的设计, 降雨强度, 空间雨量分布, 液滴尺寸和下降的速度的不同, 阻碍效果之间进行有意义的比较。国外关于降雨模拟器有很多种介绍, 但总结他们的主要特征确大致相同, 根据其特征将主要降雨模拟器列表如表2。

2 降雨模拟器分类

根据试验的要求, 现有的降雨模拟器有多种不同的形式。目前发展的人工降雨模拟器主要有以下四种形式:

(1) 悬线式:水在出口处以水滴形式落地, 这种形式的模拟的降雨雨滴是均匀的, 且初始降落速度为0, 雨滴大小与水压力无关, 仅与悬线的粗细有关;

(2) 针头式:降雨雨滴特性与悬线式相类似, 其下落初始速度基本为0, 降雨均匀度较高;

(3) 管网式 (喷洒式) :是在一些平行的细管上钻有一系列小孔, 水以一定的初速从孔中喷出, 以雨滴的形式落到地面, 这种形式的雨滴直径是不均匀的, 降雨强度可通过不同大小的孔径或供水压力来调节;

(4) 喷头式 (喷嘴式、喷射式) :水以一定的初速度从喷头中喷出, 在空中分散成大小不一的水滴降落到地面, 其雨滴特性类似于管网式。

3 降雨模拟器的评价参数

3.1 降雨均匀数

降雨分布均匀性可通过降雨均匀性系数K来评价, K值越大, 均匀性越好。测定时在降雨面上布设一组雨量筒作为测点, 根据各个测点的降雨量, 按式:

式中:K为降雨均匀性系数, %;Hi为降雨面上的测点雨量, m L;H为降雨面上的平均雨量, m L;n为降雨面上的测量点数。

3.2 降雨强度

目前我国的模拟降雨装置的降雨强度控制方式主要是调节流量和控制压力。喷头式降雨发生器主要是通过不同的喷头和不同的喷嘴直径组合来实现不同的降雨强度。针头式降雨发生器主要是通过改变针号和针数来实现模拟较宽范围的降雨强度, 大雨强的装置主要是通过调节供水量和调节振动台的频率来实现不同雨强的效果。管网式降雨发生器也是通过调节管道流量来调节降雨强度。但这些改变雨强的方式遇到雨强时刻变化的情形就很难实现, 需要不断改变它们的参数, 由于操作过程难免会产生误差, 所以最终会产生较大的误差, 最终也难以实现时刻变化的降雨强度。

3.3 雨滴直径大小及分布

雨滴直径一般采用色斑测定法测定。先在滤纸上涂刷一层曙红与滑石粉混合色料用于雨滴取样。取样后, 量出雨滴的色斑直径D, 将不同大小的色斑直径分类统计出来, 由换算公式d=a Db (计算公式中选用a=0.322, b=0.742) , 将色斑直径D代入, 得到各类雨滴直径d。然后分类统计, 计算出不同直径的质量或体积的和, 并求出它们在降雨总量中所占的百分数, 最后根据累积百分数, 得到雨滴的中数直径。

3.4 雨滴动能

美国学者罗斯等关于天然降雨雨滴的研究表明, 天然降雨雨滴大小的分布, 波动在0.1~6mm, 其相应的终点速度为2~2.9m/s。同时根据美国、澳大利亚等国家的一些学者对雨滴下落速度的研究, 具有初速度的下喷式喷头, 降雨高度达到2m时, 就可满足不同直径的雨滴获得2~2.9m/s终点速度。

4 结论与展望

降雨模拟是雨水径流试验研究的重要手段。根据降雨雨滴形式, 模拟降雨装置一般可分为悬线式、针头式、管网式和喷头式等4种形式。目前的人工模拟降雨装置研究主要向微型化和智能化发展, 微型的人工模拟降雨装置移动方便, 能够更好的应用于野外各种试验, 智能化能够很好的控制降雨, 使降雨更加逼真地模拟天然降雨的真实情况。人工模拟降雨装置的研制的发展经历了由简单到复杂、由人工控制到电脑控制的转变, 但是天然降雨千变万化, 目前还是难以准确地模拟出天然降雨。由于人工模拟降雨装置在实验中的优越性, 在今后的雨水径流研究中, 应用人工模拟降雨装置进行实验已成为必然的选择。

摘要：在雨水径流的试验研究中, 可以用人工模拟降雨的方法替代自然降雨, 可以通过改变试验条件, 模拟不同降雨过程, 以替代在自然环境中无法达到的环境效果, 并且可以将自然条件下得到的结果与人工模拟条件下进行对比, 进一步深究人工模拟条件下与自然条件下所得结果的不同。介绍了人工模拟降雨器的研究概况, 提出模拟降雨装置的评价标准, 将人工模拟降雨器应用于雨水径流试验研究中。

关键词：人工模拟降雨器,研究概况,雨水,径流

参考文献

[1]黄毅, 曹忠杰.单喷头变雨强模拟侵蚀降雨装置研究初报[J].水土保持研究, 1997, 4 (4) :105~110.

[2]刘素媛, 韩奇志, 聂振刚, 等.SB-YZCP人工降雨模拟装置特性及应用研究[J].土壤侵蚀与水土保持学报, 1998, 4 (2) :47~53.

[3]陈文亮, 唐克丽.SR型野外人工模拟降雨装置[J].水土保持研究, 2000, 7 (4) :106~110.

[4]高小梅, 李兆麟, 贾雪, 等.人工模拟降雨装置的研制与应用[J].辐射防护, 2000, 20 (1~2) :86~90.

[5]徐向舟, 张红武, 董占地, 等.SX2002管网式降雨模拟装置的试验研究.中国水土保持, 2006 (4) :8~11.

人工模拟 第2篇

祁连山冬季降雪个例模拟分析(Ⅱ):人工催化试验

利用部分改进了的中尺度模式MM5V3对202月7～8日甘肃北部地区一次冷云降雪过程进行了人工催化的数值试验,研究加入人工冰晶对祁连山北坡地区冷性层云降雪的影响.进行了不同剂量和不同高度的`催化试验,详细分析了催化后的微物理过程和动力热力过程的变化.结果表明:累积降雪中心的上风方含有过冷云水的区域为催化潜力区.催化后累积降雪中心雪量增加,增雪区周围出现分散的减雪区.过冷云水最多并且最缺乏冰晶粒子的层次具有很好的催化条件.加人人工冰晶后消耗了水汽和过冷云水,冰晶和雪的量值均有所增加,雪碰并冰晶过程、冰品转化过程、凝华过程是雪增长的主要过程,相态变化引起的潜热增加导致升温和上升运动加强.这种变化同时使周围的垂直运动和水成物含量发生改变,周围的上升运动减弱,雪的含量减少,产生了减雪区.

作 者：孙晶 楼小凤 史月琴 胡志晋 SUN Jing LOU Xiao-feng SHI Yue-qin HU Zhi-jin 作者单位：中国气象科学研究院/中国气象局人工影响天气中心,北京,100081刊 名：高原气象 ISTIC PKU英文刊名：PLATEAU METEOROLOGY年，卷(期)：28(3)分类号：P461+.6关键词：祁连山 降雪 人工催化试验 中尺度模式MM5V3

人工智能模拟不出爱因斯坦 第3篇

实际上我们已经大规模地开始了信息搜集，但是好在目前基本都是奔着商业去的，还没有把社会学、心理学、生命科学、政治学、法学这些专家的观点都放进去。我自己做过几个大数据的研究，发现每嵌入一个学科的思想时，模型的展现方式是完全不同的。

最可怕的是模拟人性，这不是技术问题，是道德问题。就如克隆出一个人，在技术上没问题，但在道德上有巨大的风险。

现在可看到的最可怕的机器人能模拟女性思维。我们知道任何一个女性都是一个大数据分析终端，可以迅速把几个感知点连在一起做出决策，她的特点是情感导向、多信息、非线性、快速决策，而且有更多的感觉。如果把这些放到机器上，大家可以想象后果是什么。

我有一个非常杞人忧天的考虑：如果我们根据脑科学、生命科学、心理学、社会学、传播学等等这些理论模型，探讨出人类思考的密码，人类估计就会走向毁灭，因为这本身太可怕了。可是，以现在的速度、计算能力和人类自古以来的好奇心，这事还真有可能出来。

有一本书《过度互联》给我很大的启发：过度互联本身会带来过度风险。一旦我们的生活跟这些所有的东西联结在一起，也就是所谓物联网，这个网络就绑架我们的一切，带来整体性安全事件的可能性就会比较大。我们知道纽约大停电造成的影响，也知道日本核电站。论证的时候，谁不说是安全的？所以大家记住，这不是一个人类能够判断的问题。一旦形成这种过度的东西，它带来的风险是非常大的。

过度互联带来的另外一个问题，是让我们丧失与生俱来的能力，我们会被机器裹胁，手的病、胳膊的病……很多病会增加，会带来社会成本的上升。

在过度互联中，实际上出现了一个纯社会性话题，也就是所谓的社会风险。你会发现，现在在舆论场上能独立思考的人越来越少，很多人判断问题都是直线思维，泄憤、侵犯隐私……生活在网络上时间长了，精神上可能会出现问题，因为你看到的都是不好的事儿，最可怕的是谣言的危害，而现在利用谣言来牟利已成为常态。

人类真的无法避免这件事情吗？我觉得，人们在规避它，人不可能线性化地去顺应这个趋势。现在非常常见的一种说法是：“离开设备，让时间静止一会儿。”未来互联到一定程度的时候，会有越来越多多的人想让时间静止一会儿。就像在人类发展过程中出现的都市化和反都市化，是一致的。人类一定会从一些角度去顺应互联时代的一些基本特征，让那些美丽的商业模型和不被“记录”的人性并存。

还有一点，现在中国的数据和世界的数据一样，都号称“全”，实际上都是“孤岛”。腾讯只有腾讯的数据，腾讯会有阿里的数据吗，会有百度的数据吗？所以，任何一个数据都是“孤岛”，你就无法模拟完整的轨迹。数据产业是一个非常尴尬的产业。我做过900万用户、半年的移动互联网的行为，够多了，够大了，但是它是短时间。别忘了，从人性的角度来讲，我们做任何一个判断，实际上是一个长时效果——根据我们自己脑袋里信息的沉积做出判断。而数据的尴尬恰恰使得未来出现的模拟人性的这种机器，可能就是几岁孩子的智商，很难模拟出一个爱因斯坦。

所以，要发挥人工智能的所有能力，让我们的生活更好，就要控制这个科学怪人的心思，如果不控制涉及人性的部分，人类的风险是非常高的。谢谢。

人工模拟 第4篇

1 盐雾侵蚀机理

自然界的盐雾是强电解质, 其中Na Cl占电解质的77.8%, 导电能力较强, 能加速电极反应使阳极活化, 加快腐蚀速度。

盐雾的腐蚀是以电化学方式进行的, 其机理是基于原电池腐蚀, 腐蚀过程如下:阳极过程腐蚀电池中电位较负的金属为阳极, 发生氧化反应。阳极溶解过程由以下几个连续步骤组成。

(1) 金属原子离开晶格转变为表面吸附原子:Me晶格→Me吸附。

(2) 电位差导致金属氧化, 其反应为Me→Men+→ne-。放出等量的电子。由此形成的金属离子既可溶液到电解液中, 也可以与侵袭介质中的成分发生反应后淀析于金属上。

(3) 阳极过程可持续到它所生成的电子被阴极耗尽为止。阴极发生反应:O2+2H2O+4e→4OH-, 在中性或碱性介质中被还原成羟基离子。羟基离子又可与金属离子发生反应, 而在酸性介质中氢离子通过形成游离氢得到还原, 氢则作为气体逸出。

(4) 在电解液中, 氯化钠离解成为钠离子和氯离子, 部分氯离子、金属离子和氢氧根离子反应生成金属腐蚀物:2 n M e++2n Cl+2n OH→n Me Cl+n Me (OH) 。

2 影响氯离子侵蚀的盐雾环境因素

2.1 盐雾沉降率的影响

盐雾沉降率是指单位时间内在单位面积上的盐雾沉降量, 它受盐雾含量的影响, 是一个非常重要的参数。研究表明:空气中的盐雾含量越高, 则盐雾沉降率增大, 腐蚀速度加快[3]。

2.2 雾粒直径的影响

雾粒直径越小, 所形成的表面积越大, 被吸附的氧量越多, 腐蚀性也越强。研究成果表明:直径1μm的盐雾颗粒表面所吸附的氧量与内部溶解的氧量是相对平衡的。盐雾颗粒再小, 所吸附的氧量也不在增加。

2.3 温度和湿度的影响

在清洁的空气中, 材料腐蚀与温度, 相对湿度的关系可以用下面的公式来表示:

式中A为大气腐蚀度;ψ为相对湿度 (RH) ;t为温度 (℃)

从式 (1) 中可以看出, 相对湿度大于等于65%RH, 材料容易腐蚀, 并且随着温度和湿度的增加而增加。

2.4 干湿时间比的影响

混凝土曝露于大气盐雾区中, 位于该区域的溶液是非饱和状态。该状态下的氯离子是在混凝土构件表层风干, 再接触到海水时, 靠混凝土毛细管吸收作用而侵入的。风干时水分向外迁移, 而盐分则向内迁移;被海水润湿时, 盐分以溶液的形式带进混凝土的毛细管孔隙中。盐分向内迁移的程度取决于风干与润湿交替期的长短。一般认为风干的时间越长再接触海水后能够更多更深入地带进氯化物。

3 盐雾环境因素的人工模拟

连云港某港口的建筑物在大气盐雾区受到的侵蚀包括表层毛细作用和内部扩散作用, 主要环境影响因素为盐雾沉降率、雾粒直径、温度、湿度、干湿时间。设计人工气候模拟试验时以自然环境下的参数变化规律为依据进行模拟, 为该港口的人工气候加速环境设计提供依据。

人工气候模拟加速试验的关键在于:一方面要达到模拟环境与自然环境具有相关性的效果;另一方面要达到加速氯离子侵蚀的效果。由于人工气候模拟试验方法具有试验时间短、试验条件可以严格控制、试验结果的可靠性较高等优点[4]。因此, 该文根据该港口的气候环境特点提出一种有效的人工气候模拟试验方案来研究该环境下海工混凝土结构的耐久性能退化规律。

3.1 盐雾沉降率模拟

在选定盐雾沉降率时, 以本海域自然沉降量为基础, 并且考虑加速作用, 进行理论修正来确定。将一个直径为10 cm的漏斗固定在一个50 m L的量筒上放置试验箱中, 连续喷雾12 h后读取量筒内盐雾沉降量的体积, 通过式 (2) 计算出盐雾沉降率。

式中G为盐雾沉降率, m L/ (8cm2·h) ;V为盐雾沉降量, m L/80cm2;t为连续喷雾时间, h。

连续喷雾12 h要求的盐雾量为 (12~24) m L/ (80cm2) , 所以盐雾量沉降率为 (1.0~2.0 m L/80 (cm2·h) 。

3.2 雾粒直径模拟

雾粒直径的大小影响腐蚀速度, 该海域的盐雾直径较小, 大都在2μm以下, 有90%以上小于5μm。将一块20×50 cm的薄玻璃片放在玻璃培养皿中加盖, 放置于箱内测试位置上, 待连续喷雾5 min后, 取掉培养皿盖子, 让盐雾在玻璃片上沉降30 s, 再加上盖子, 并取出箱外, 在300~1000倍显微镜下测出玻璃片上固定位置内雾粒的直径, 并统计百分率。这样得出雾粒直径在1~5μm内占85%以上。

3.3 温度模拟

环境温度升高, 混凝土中氯离子的活动加剧, 从而氯离子在混凝土中的扩散速度提高。该港口年气温如图1所示。

为了方便试验操作, 该文将每月气温平均值划分成几个月气温平均值, 如图2所示。Nernst-Einstein方程给出了混凝土氯离子扩散系数与温度之间的关系:

式中:DCL、D0分别为温度θ、θ0时的氯离子扩散系数;q为活化能系数;与水灰比有关, 当水灰质量比为0.4时, q=6000 K;当水灰质量比为0.5时, q=5450 K;当水灰质量比为0.6时, q=3850 K。式 (3) 为提高温度加速氯离子侵蚀提供了理论依据。通过式 (3) 可以推导出不同温度下扩散系数的比值, 如下式:

式中:x为扩散系数的提高倍数。

从上式中能够得出, 当x较大时, 室内加速试验温度较高, 计算得出设计试验方案时升高温度使氯离子扩散系数提高到现场环境下的4倍比较合理。结合该港口月气温平均值分别计算室内加速试验的温度, 结果如表1。

3.4 湿度模拟

水是氯离子在混凝土中扩散的前提条件。相对湿度越高, 混凝土中的氯离子传输越快。Bazant和Najjar提出了一个模型用来计算相对湿度的影响系数:

式中:Hc为临界相对湿度, 一般取Hc=75%。

在混凝土内部和接触外界的表层之间, 相对湿度是渐变而又连续的, 但经过一定时间内部混凝土相对湿度能达到一个稳定值, 该值介于空气相对湿度和饱水状态湿度之间。假设构件内部混凝土相对湿度为90%, 其相对湿度影响系数为0.98。若构件与海水接触时间较长, 则相对湿度对扩散的影响可以忽略, 若构件风干时间较长, 则要考虑相对湿度对扩散的影响。因此, 该试验可以忽略湿度的影响。

3.5 干湿时间比例模拟

该海域的大气区是“湿润-干燥”的循环过程。为了能更好地模拟大气环境和加速腐蚀, 真实地再现自然环境下大气区风干和润湿交替循环过程, 试验每24 h一个循环过程, 间断喷雾, 喷雾时间与干燥时间的比例为1∶1。

4 海洋大气盐雾区人工模拟加速试验的设计

对该港口大气盐雾区人工模拟加速试验设计时, 盐雾沉降率为 (1.0~2.0) m L/80 (cm2·h) , 雾粒直径在1~5μm内的占85%以上, 温度采用之前模拟所得出的室内加速试验的温度。喷雾时间与干燥时间的比例为1∶1, 一个循环过程是24 h, 每喷雾12 h后在温度不变的情况下干燥12 h。整个试验过程是在多功能气候实验室中进行, 模拟过程中的参数如表2所示。

5 结语

该文介绍了连云港某港口大气盐雾区的人工气候模拟加速试验方案, 得出以下结论。

(1) 该区的盐雾腐蚀是以电化学方式进行的, 其机理是基于原电池腐蚀。

(2) 在该试验中主要考虑的环境影响因素有:盐雾沉降率、雾粒直径、温度、湿度及干湿时间比例。

(3) 盐雾区的结构物绝大部分时间都受到气温影响, 可以直接模拟气温的变化规律。

(4) 由于大气盐雾区的构件长期受到盐雾作用, 该文忽略湿度对其的影响。

(5) 该实验将“湿润-干燥”的循环过程考虑进来, 能够真实再现自然环境下的干湿循环过程。

(6) 该文设计的人工气候模拟实验方案能够有效的模拟该港口大气区主要因素的变化, 与自然环境具有一定的相似性, 为以后海洋环境的人工气候模拟加速试验设计提供了借鉴。

参考文献

[1]王建东, 张俊芝, 鲁列, 等.多功能气候试验室模拟效果研究[J].实验技术与管理, 2011, 28 (4) :42-45.

[2]金伟良.氯盐环境下混凝土结构耐久性理论与设计方法[M].北京:科学出版社, 2011:1-114.

人工模拟 第5篇

在中国科学院大气物理研究所的三维全弹性对流风暴云催化数值模式(简称为IAP-CSM3D)的基础上, 对模式中催化部分的参数化方案进行了改进, 推导出人工冰晶与其它粒子之间相互作用的微物理过程的参数化方程.改进后的模式将催化产生的人工冰晶单独作为预报量进行处理, 把人工冰晶与自然冰晶区分开, 且考虑的人工冰晶谱型为双参数粒子谱, 使模式更符合实际.利用改进后的模式模拟了2005年7月8日发生在辽宁省朝阳市的一次冰雹云天气过程, 着重分析了催化云人工冰晶的微物理过程、空间分布和谱型, 以及对冰相降水粒子的贡献.数值试验表明, 自然雹云模拟结果与观测事实相吻合, 说明改进后的.模式对冰雹云具有较可靠的模拟能力.模拟分析表明, 冻滴是该例自然雹云冰雹胚胎的主要来源, 对该冰雹云进行AgI催化可明显地减少降雹量, 特别是在云中冰雹形成初期进行催化防雹效果最好, 既可产生最大的防雹作业效果又不至于过度减少降雨量.催化减雹的主要原因是催化显著地减少了云中冻滴向冰雹胚胎的转化总量.进一步研究发现, 人工冰晶在云的不同阶段对各种冰相降水粒子的贡献是不同的.人工冰晶对雪花总质量的贡献较小, 对霰总质量的贡献有所增大, 而对冻滴总质量的贡献较大.模拟的冰晶粒子谱可较好地反映出人工冰晶谱型较窄, 浓度较大, 尺度较小的特征.

作 者：崔雅琴 肖辉 王振会 周丽娜 CUI Ya-qin XIAO Hui WANG Zhen-hui ZHOU Lina 作者单位：崔雅琴,周丽娜,CUI Ya-qin,ZHOU Lina(中国科学院,大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室,北京,100029;南京信息工程大学,遥感学院,江苏,南京,210044)

肖辉,XIAO Hui(中国科学院,大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室,北京,100029)

王振会,WANG Zhen-hui(南京信息工程大学,遥感学院,江苏,南京,210044)

人工模拟 第6篇

总之,由于城市湖泊具有水体流动性较差,水域面积较小、水生生态系统简单、水环境容量小、水体自净能力低、人类活动影响大等特性,导致其生态相当脆弱,污染负荷超过水体自净能力,易引起水生动、植物种类的减少,湖水变黑发臭,造成水质变差和恶化,严重影响水体功能、用途和景观效果[3],并且难以冶理和修复。

城市湖泊的水动力条件主要依赖于人工水循环过程,由于湖泊水体一般都比较封闭,水体流动性相对较差,其流速场的分布是水环境质量的重要体现[4,5,6,7,8,9]。利用人工水循环措施改善城市湖泊水质是一种常见的物理方法[10],可以通过人为的选择和设定不同的进出水口位置、组合以及换水周期,调节和改变换水量和换水时间,改善城市湖泊的水动力条件,进而增大水体循环速度,改变湖泊的水动力学过程,缩短水力滞留时间,改善湖泊水环境。因此对城市湖泊的人工水循环过程中的流场形态进行了数值模拟与对比分析。

目前国际上比较常用的湖泊水体模拟软件有:EFDC、WASP、SMS、MIKE、CE-QUAL-R1、CE-QUAL-W2等。本文中采用MIKE软件进行湖泊流场、浓度场的数值模拟,设定不同的进、出水口方案以选择合理的湖泊规划设计与调控。

MIKE21是丹麦水力研究所开发的系列水动力学软件之一,作为一种通用的二维数学模拟工具,可用来模拟河流、湖泊、水库、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及环境。其对二维非恒定流进行模拟的同时,也兼顾水下地形、密度变化、气象条件和潮汐变化的影响。MIKE21包含水动力、对流扩散、水质、泥沙传输、波浪等模型。MIKE主要被用来解决与水有关的工程领域及环境问题,包括进行河流水动力模拟、环境模拟、水资源配置模拟等方面,从而为流域管理机构、水行政管理机构提供科学的依据[11]。

1 长乐湖概况与方案设计

长乐公园景观湖包括Ⅰ号和Ⅱ号两个人工湖,两者之间根据其现有落差,可以通过设置人工泄水建筑物实现水力循环,以增大水体流动,促进水体的扩散与交换,并带动其中污染物质迁移交换,从而直接改变湖泊水体的流场分布,改善水环境质量。

首先在湖泊设计中需要拟定不同的进出水口方案与工况。根据长乐湖的水体容积计算,方案1置换周期为24 h,需要进出口总流量为0.2 m3/s;方案2置换周期为48 h,需要进出口总流量为0.1 m3/s;方案3置换周期为96 h,需要进出口总流量为0.05 m3/s。现按照不同的进、出水口流量分配以及是否增设湖泊岛屿设计了不同的模拟方案,如表1所示;进水口A、B、C、出水口O位置以及增设岛屿的位置如图2所示。

单位:m3/s

注:工况4、8、12在湖中增设岛屿,其进、出水口参数分别与工况3、7、11相同。

2 定解条件的确定

2.1 边界条件的确定

(1)闭边界:

湖岸、湖心岛相联接的边界面,其法相流速为零,即:

undefined (1)

(2)开边界:

进、出水口、源汇点处其相应的流速V0(流量)或水位h0,即

V|进口=V0 或者 h|进口=h0 (2)

(3)湖底地形:

湖底地形根据现有湖泊资料的实际地形高程设定,即地形高程Zb=Zb0

2.2 初始条件的确定

整体模型的初始速度取为0,初始水位设定为一定值h0,即

u(x,y,0)=v(x,y,0)=0 (3)

h(x,y,0)=0 (4)

3 流场数值模拟结果分析

3.1 相同水循环方案下的对比分析

为了研究在不同换水周期对其流场的影响,首先进行了方案1(换水周期为24 h方案),进出水口均为0.2 m3/s流量的四个工况1、 2、 3、 4在引水24 h后的流场分布如图1所示:

根据图1可知,在引水初始时,水流受二号湖内右岸地形影响,在左侧形成较强的回流,但随着水流的下泄,主流向下游也就是一号湖方向移动,水流在一号湖内扩散明显,且在中心位置有明显的环流结构形成,方案1工况1在引水大约24 h后两个湖中水体大部分已被置换完毕,但在二号湖东南部、一号湖东南部均形成“死角”,基本没有流动迹象,水体得不到置换,水环境质量得不到保障,因此需要对该处进行特殊处理。工况2增加了B号进水口,总流量仍为0.2 m3/s,但是对湖中流场起到了改善作用,二号湖中死角现象得到了部分改善。工况3在保证相同流量下增加了C号进水口,同样也对一号湖中流场起到改善作用。由于进水口A的水流直接流向二号湖,因此有必要在其中间设置岛屿进行阻水,延迟水体滞留时间,工况4由于在工况3的基础上增设了一处岛屿,对进水口A的进水起到了阻隔作用,增大了水体扩散作用,延长了水体滞留时间,流态改善效果得以加强。

从流场变化来看,随着水体的扩散,入湖后沿北岸向西扩散,水体完成一次置换后,水体基本达到完全混合。对比工况1～4,可见,在总流量相同的情况下,采取分流方式进水可以加大水体扩散至整体湖泊,增设岛屿可以阻止水流的主流流动,增大水体在一号湖泊内的扩散作用,从而避免由于水流直接流向下湖导致扩散受阻引起水体交换不够。可见在湖泊中布置多进水口分流量进入能够促进水体的混掺,增大水体复氧,有利于清除湖泊中的“死角”现象;在湖泊中增设岛屿能够促进湖泊水体分流,总之,采取改善措施后,湖中出现的“死角”现象基本消除,水质得以改善。

3.2 不同水循环方案下的对比分析

为了研究不同换水周期对其流场的影响,进行了方案1(换水周期为24 h方案)、方案2(换水周期为48 h方案)、方案3(换水周期为96 h方案)即不同换水流量情况下的流场对比分析,计算结果以工况4、8、12为例,如图3所示。

对比分析方案2各工况可知,在总流量相同的情况下,湖泊中布置多进水口分流量进入能够促进水体的混掺,促进水体流动,有利于水体的充分扩散,对湖泊流态改善效果明显,消除了部分原来的“死角”区域。

同样,将方案3各工况进行对比可知,在湖泊中布置岛屿分流能够促进水体的混掺与扩散,促进水体流动,水体的流动性较好,有利于水体的充分扩散,消除了大部分原来的“死角”区域,流速分布较为均匀,大部分区域的水体能够进行良好的循环,增大水体复氧能力,对水质改善效果明显。即工况4、8、12是各方案中最有效的选择。

根据以上流场模拟分析的结果,湖泊中一小部分区域仍然存在流速不足的现象,对于这部分区域需要采取一些措施,例如:设置曝气复氧装置来增大水层、水域之间的交换循环与自净能力,提高湖泊水体中溶解氧的水平;在湖泊沿岸种植各种功能不同的植物,包括抗污、纳污、转化污染物质的水生植物;设置生态浮岛以削减污染物浓度等。这些措施不但有利于改善湖泊水体的流动性和提高水环境质量,同时也能满足景观需求[12]。

4 结论

城市人工湖泊有利于构建城市景观和改善城市生态环境,本文基于MIKE 21软件进行了西安市长乐湖的二维水动力的流场数学模拟,分析了12种不同进、出水口布置情况下,不同引、出水方案下的流场数值模拟,对比分析了改善城市湖泊水体的人工水循环模式。

(1) 通过对该人工湖的流场数值模拟,预测与分析了人工水循环过程中湖泊水体的流场分布情况,可知人工水循环措施是改善城市湖泊水体流态的一种有效的物理方法。

(2) 通过对不同工况下的流场数值模拟结果的对比分析,对于城市人工湖泊,可以通过人为的选择和设定不同的进出水口位置、组合以及换水周期,调节和改变换水量和换水时间,改善城市湖泊的水动力条件,改善水体流态及水体中污染物分布,从而改善湖泊水环境,以达到湖泊水体修复之目的。在相同水体流量下,增加进水口数量或者在湖泊中增设岛屿分流能够使流速场分布更趋均匀,水体流态状况得到了很大改善,湖中出现的“死角”区域现象消除明显,增强了水体的流动性。

(3) 利用MIKE 21软件对人工湖泊流场的数值模拟,是城市人工湖泊进行合理的生态环境设计的有效工具,能够作为以后的城市人工湖泊水环境治理的重要手段。

参考文献

[1]李世杰,窦鸿身,舒金华,等.我国湖泊水环境问题与水生态系统修复的探讨[J].中国水利,2006,(13):14-17.

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人工模拟 第7篇

关键词：园林工程,人工智能,模拟人工,思路构思

1 挖树机的种类

现有挖树机分类:按规格大不分大型挖树机、小型便携式挖树机;按动力提供方式分自行式挖树机、电、油锯型便携式挖树机;按工作部分功能分液压式、锯片式、链式、铲式;液压式又分四面弧形铲刀、半圆形单刀式。4YS10-60型林木移栽机28.8万元/台, 国外挖树机90多万元/台;4YS6-36型林木移栽机国内出厂价12.8万元/台, 国外日本产50多万元/台。大型挖树机机械化程度高, 省时省力, 效率高, 购机价格高, 只有在大规模、规范化的苗圃里才能发挥出高效优势。目前国内大部分苗圃生产都是散户经营, 圃地种植不规范、间作套种种植密度大, 成品苗以拔大苗为主, 大型挖树机设备价格高、工作条件要求高、一般苗农难以承受, 也不符合我国园林苗圃生产特点及国情;锯片式、铲式油锯型的便携式挖树机存在下部根不易切断, 吊机施工时有未断根易散土球, 对于大规格苗木需吊机配合, 没有吊机单一锯口苗木无法倒地外运, 该类机更适用苗圃地小规格土球起苗使用。

2 专用模拟人工便携式多功能挖树、挖沟机设计原理

2.1 采用割煤机基本原理

新型挖树机采用割煤机基本原理, 采用小汽油机为动力, 用弧形导盘, 挂式链条在导板轨道上运行, 链条不同方向装有合金截齿、锯齿, 实现拨、切功能, 完成挖掘动做。

2.2 采用盾构机基本原理

新型挖树机采用盾构机基本原理, 采用小汽油机为动力, 在旋转圆盘上不同方向装有合金截齿、锯齿, 实现拨、切功能, 用离心原理, 向外抛土, 完成挖掘动做。

3 技术经济指标

动力形式:空冷两冲程, 单缸汽油机;额定功率:4.8Kw;转速:7500r/min;传动方式:自动离合器直接传动;排量:105.7ml;链锯尺寸960mm×310mm×330mm;导板全长/有效长600mm;切深:85cm;净重:14.6kg;油箱容量:2.0l;燃油混合比∶30∶1。单机结构组成及各组件的功能:该机包括机架、行走机构、设置在机架上动力机和动力机驱动的工作机;机架上有控制动力机和工作机上下左右移动的机构。在动力机的主轴上设置有主动链轮, 机架的后部向上弯曲成扶手。工作部分有导板, 导板下部成一定的弧形, 倒凸型锯卡、倒U型锯链、通过链条与主动链轮相连的是从动链轮。锯链上各个方向上分别固定有合金截齿和锯齿, 分别完成松土、拔动碎石和切断树根动作。拨出的碎土碎石, 通过离心力甩出地面, 集拢在树坑外围。

4 用途

便携式多功能挖树机可以取代了延续世代以来传统铁锹, 人工挖掘时代, 实现了轻便、快捷。解决了用工成本高、工作效率低, 采用本设备在相同的条件下可提高生产效率10~20倍, 采用配套的简易多功能运树机、索道技术、袋栽技术、微喷灌技术、可使苗木移植生产成本降低80%以上;同时应用该机, 调整不同角度, 可开挖多种尺寸的管沟线沟, 可以实现多种高效率的生产目的。多功能便携式挖树机有着“体积小、重量轻、强度高、油耗少、噪音低、易于携带、结构简单、操作方便、坚固耐用、造型美观、故障率低、易于维护、安全可靠、质优价廉”等特点, 加之人性化设计的操作系统更适应普通人的操作使用, 合理的减震装置能有效地克服机身工作时70%以上的反作用力, 使操作者能够在轻松的工作环境下进行有效地工作, 是一种符合我国园林生产特点及国情的现代化理想的工具设备。

本发明结构简单精巧, 降低人工使用成本, 扩大使用范围, 节省挖掘时间, 减少对树木根系破坏, 提高挖掘移植效率及树木存活率。该挖树机在整个工作过程中省工、省时, 可在任何复杂的地形作业, 特别是硬地冻层, 该挖树机具有很大的推广应用价值。该装置结构简单, 操作方便, 可降低劳动强度、提高工作效率。能适合不同的土壤作业, 主要用于自来水管道挖沟、通讯光缆挖沟、电缆挖沟, 效率高, 开沟深度、宽度可调。随着中国城乡经济建设的加速, 产销量渐趋火爆, 发展前景广阔。且由于产品质量可靠, 性价比突出, 产品畅销, 得到用户的极高赞赏。

5 便携式挖树机的应用前景

多功能挖树机的出现, 可以实现苗木生产管理、园林工程施工机械化、规模化和统一化。这种新型挖树机体积小, 可适应多种现场空间;操作灵活简便, 大大节省了时间和劳力, 效率倍增;作业范围广, 适用大规格苗木土球挖掘;苗盘定位准确, 可最大程度保留苗木的根系及土球, 不伤根系。市面现有挖树机挖出的土球大多为圆锥型、四棱锥形, 而该新型挖树机挖出的土球完全模拟人工, 比人工土球更规范, 优点主要为根系多、不散土、成活率高, 林、苗圃机械化作业是提高育苗生产效率、降低苗木成本。不管是平原还是山地, 不管是南方还是北方, 不管是冬天还是夏天, 都能用这款机器轻松地挖掘苗木, 而且土球大小可自行决定, 极大的保证了苗木移植的成活率, 可以有效地降低工程的施工成本。在园林绿化行业的发展进程中, 园林机械的应用必将全面普及, 新型“多功能挖树机”, 将成为广大苗农及苗企的首选设备。

参考文献

[1]迟颖.园林工程树木栽培技术要点研究[J].建材与装饰, 2016 (4)

人工模拟 第8篇

随着社会经济发展,环境中氮磷污染一直备受关注。90%的氮以NH4+形式被氧化成NO3-和NO2-,增加了流动性进入到水体中[7,8]。人工湿地系统对于污染水体中氮的去除途径包括过滤、沉淀、离子交换、吸附以及硝化与反硝化作用等[9]。研究者通过设计功能化植物、吸附生物膜[10]、连续曝气与间接生物曝气反应器增加供氧等方式提高氮素去除效果[11]。其中,硝化与反硝化反应是湿地系统去除氮素的重要途径[12],人工湿地对氮素的去除主要影响过程之一是反硝化过程[13—15]。碳氮比的高低直接影响反硝化反应进程,大多数研究以投加碳源形式提高碳氮比[16]。有研究表明,通过投加不同形态的碳源如固态、液态及有机态等到上流式厌氧反应器、序批式厌氧生物膜反应器以及SBR等中可以有效提高去除氮素的效果[17,18]。其投加碳源的方式大多为直接在进水中投加,多使用甲醇、葡萄糖、醋酸钠等液态有机碳[19],由于液态有机碳反应速度快,容易在湿地上层发生好氧分解导致碳源的浪费,因此开展添加位置、添加方式以及添加量的研究是一种有益的尝试[20]。已有研究发现,向微污染人工湿地中添加碳源可提高系统反硝化脱氮效能[21]。随着人工湿地广泛使用及研究逐渐深入,湿地系统在复杂条件(如高低温、酸碱环境、高低污染负荷)下对污染物的去除机理研究,进而在极端环境下提高去除效果研究具有意义。近期有部分研究针对北方地区温度为5℃以下,提到了海洋、自然湿地中氨氧化微生物AOPs以及复合菌剂等应用提高了湿地脱氮效果[22,23]。而南方自然湿地类型丰富、分布广且人工湿地越来越多,针对南方冬季温度在0~10℃的低温环境下,人工湿地系统去除氮素的效果值得探讨。

实验利用垂直流人工湿地装置,开展低温(<10℃)条件下,在潜行流底层添加不同数量的葡萄糖时,系统去除微污染水中氮素的效果,并初步探讨其去除机理。

1 材料与方法

1.1 试验装置设计

垂直流人工湿地装置由采用有机玻璃焊接而成的原水箱、下行潜流箱和上行潜流箱构成。原水箱包括进水槽、溢流堰和穿孔整流板,尺寸为1.5 m×1.0 m×1.0 m(长×宽×高),主要功能是储水,同时起到稳定水流和促进悬浮物沉淀的作用,装置结构如图1所示。下行流箱和上行流箱尺寸均为1.0 m×0.5 m×1.5 m。箱体中填料高度均为1.0m,自上而下分别填充0.5、1.0、2.0 cm粒径的砂砾、2cm粒径的陶粒和4.0 cm粒径的砾石。下行流箱体采用布水管进水,进水流量由安装于原水箱与下行流箱之间的水表控制。取样孔分别布置在上、下潜行流箱底向上0、0.2、0.7和1.1 m处。上行流箱体1.3 m高处设置排水孔。下行流箱和上行流箱通过箱体底部直径2.0 cm的水管连通,装置结构如图2所示。

1.2 试验材料

填料:长沙市砂砾石,经过筛分为0.5、1.0、2.0、4.0 cm粒径。陶粒为长沙陶粒加工厂生产的生物陶粒,粒径2.0cm。

碳源:葡萄糖,购买自长沙市西湖路,固态。分别取50 g和100 g葡萄糖,溶解于50 L自来水中。

1.3 系统运行条件

垂直流人工湿地装置构建于长沙理工大学云塘校区北侧山前湖泊一岸,原水引自该湖泊水,进水方式为蠕动泵连续进水,进水流量为12 L/h,水力负荷为380 mm/d,水力停留时间为126 h。系统建成之后稳定约2个月开始实验,取样测试时间为2015年11月至2016年2月,气温低于10℃。

1.4 试验

第一次试验,未加碳源的情况;第二次,取50 g葡萄糖,溶解于50 L自来水中,投加方式为取水前12 h持续投加,投加时间为1 h通过注水管在下行流底部连续缓慢注入葡萄糖溶液。第三次,加100 g碳源,同样溶解于50 L自来水中,投加方式同第二次试验。

1.5 取样和测试

实验均在进水采样孔与水平处出水孔采样,采样频率为试验开始第一周每天定时取样一次,第8天至第22天每2 d一次,之后每3 d一次。温度、p H采用温度计与p H计测定,ORP采用氧化反应电位笔测定,DO采用碘量法,CODCr采用重铬酸钾滴定法,TN采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法,硝态氮采用酚二磺酸分光光度法,亚硝态氮采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法。实验仪器:紫外分光光度计为德国进口哈希DR5000;可见光分光光度计为WFJ7200型;ORP负电位检测笔SIN-ORP986;微波闭式消解仪为WMX-3-A型。实验数据采用SPSS20.0软件进行主成分方差分析。

2 结果与分析

2.1 未加碳源脱氮效果

试验在2015年11月至12月间进行。分别在上行流、下行流装置8个取样孔取样分析。持续一个月内系统对TN、硝态氮的去除效率见图3所示,进出水各指标浓度对比如表1所示。进水COD为87.00~128.00 mg/L,TN浓度在10.13~19.08 mg/L,硝态氮浓度为1.01~1.58 mg/L,亚硝酸盐氮浓度为0.08~0.14 mg/L。系统运行一个月后,对污水中TN最佳去除率为21.12%,对硝态氮最佳去除率为20.09%。TN、硝态氮平均污染负荷分别为13.30和1.25 mg/L。可见在低温和污染负荷不高的情况下,垂直流人工湿地系统对TN、硝酸盐氮去除率较小;第10次系统出水样COD明显降低,之后COD变化趋于平缓,出水COD浓度在60.00mg/L左右。

2.2 加碳源脱氮效果

不同碳源投加量的试验分别在12月至1月和1月至2月完成。系统对TN、硝态氮的去除效率见图4所示;COD去除率见图5。进水TN浓度在10.05~15.0 mg/L,硝态氮浓度为1.01~1.58 mg/L,亚硝酸盐氮浓度为0.08~0.14 mg/L。经过取水前12 h持续投加,投加时间为1 h,添加了50 g(12—1月期间添加取样)、100 g(1—2月添加取样)葡萄糖两次,TN最佳去除率为30.11%,硝态氮最佳去除为32%,TN平均污染负荷为11.5 mg/L,硝态氮平均污染负荷为1.2 mg/L。投加50g葡萄糖后出水水质TN最低浓度减少至7.63 mg/L,硝态氮最低浓度减至0.728 mg/L。加入50g葡萄糖之后出水COD浓度41~58 mg/L之间,C/N为5.5左右。提前投加碳源到垂直流系统,可以增加碳源与系统中微生物的接触时间,所以出水COD降低。

100 g葡萄糖投加量时对TN、硝态氮去除率都为28.0%,TN平均污染负荷为10.3 mg/L,硝态氮平均污染负荷为1.1 mg/L。加入100 g葡萄糖之后出水COD浓度75~110 mg/L之间,C/N为7.5左右。投加100 g葡萄糖影响到出水的COD变化不明显,垂直流人工湿地系统不能完全吸收。

2.3 对比分析

与未加碳源对比,投加碳源增加了对氮素的去除效果,且50 g葡萄糖的投加量对总氮、硝酸盐氮的去除率优于100 g投加量。表2看出向垂直流人工湿地系统中未加碳源、加入50 g葡萄糖、100 g葡萄糖对TN去除效率最明显的是加入50g葡萄糖,能充分地补充反硝化过程中所需的碳源,然而当加入100 g碳源引起COD明显的增加,可见系统并没有完全利用所加的碳源,导致碳源的浪费。不同情况下出水COD去除效率比较见图5。所以,针对不同的人工湿地系统加入不同的碳源量,对不同人工湿地的碳源量的研究可在很大程度上节约碳源成本。

经过SPSS主成分因子分析,比对3个不同时期的TN与硝酸盐氮的污染负荷,在未加碳源与加入碳源两个时期的硝酸盐氮污染负荷存在着明显差异P=0.013,TN负荷显著性差异P=0.017。在两个时期加入不同量的葡萄糖到系统硝态氮具有显著性差异P=0.012,TN负荷同时存在显著性差异P=0.016。加入50g葡萄糖硝氮负荷增加了15%,TN负荷增加了20%,可以有效提高系统的脱氮效果。

3 讨论

3.1 碳氮比对脱氮影响

碳源为反硝化菌提供能量来源,投加量及有效吸收是影响反硝化进程的主要影响因素之一。朱文玲等[24]研究在碳氮比为1∶1、3∶1、5∶1情况下,5∶1碳氮比时,反硝化效率达到最大值。Zhao等[25]研究垂直流人工湿地在进水碳氮比为2.5∶1与5∶1对TN去除效率均高于碳氮比为10∶1的去除效率。而Xia S等[26]研究碳氮比为3∶1、5∶1、10∶1对比对总氮的去除效果,当进水碳氮比为为10∶1时呈现最佳去除效率。本文研究当碳氮比从5.5∶1提高到7.5∶1时,TN去除效果下降,说明垂直流人工湿地合适的碳含量有利于系统硝化-反硝化进程脱氮效果。目前研究者普遍采用甲醇、葡萄糖、醋酸钠等液态有机碳作为碳源,由于便于处理从而用于湿地脱氮处理[19],然而研究热点逐渐采用纤维类天然固体有机物代替传统碳源[27]。

3.2 温度对脱氮影响

温度是影响微生物反应速率的重要因素之一。邹雨璇在温度变化下人工湿地微生物对脱氮效果研究中温度降低,脱氮效率降低[22]。张彩莹等研究3~4℃、8~16℃、21~27℃3类气温段对脱氮影响,气温对TN、硝酸盐氮的去除相关系数都在0.95以上,是影响脱氮效果的最主要影响因素,在3~4℃低温情况下对TN去除率为23%[28]。本文研究在低温条件下(<10℃),对TN去除率为21%,在增加50g葡萄糖碳源之后,去除率增加到30%。因此在低温条件下人工湿地需增设保温措施[28],或者如本文投加碳源,提高湿地脱氮效果。

4 结论

(1)低温下垂直流人工湿地对TN和硝酸盐氮去除率较低,尤其对于微污染水体,进水COD为87.00~128.00 mg/L,温度<10℃,总氮和硝酸氮的去除效果分别为21%和20%。

(2)投加碳源能够提高系统脱氮效果,对TN去除率相对于未加碳源提高50%,对硝酸盐氮去除率提高60%。

(3)葡萄糖通过注水管直接加到潜行流低层,在复合垂直流人工湿地补充反硝化所需碳源,不同投加量脱氮效果影响大小:50 g葡萄糖>100 g葡萄糖。碳源会显著性提高系统硝态氮负荷(P=0.017)与总氮负荷(P=0.013)。