DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 5. 仿真及结果分析 5.1. 状态空间平均法的仿真 为了进一步验证上述非理想Buck分数阶建模与理论分析的正确性，根据Matlab/Simulimk软件以及薛定宇等人 [ 10 ] 提出的改进Oustaloup滤波器分数阶微分算法，分别建立电感电流连续模式下Buck变换器分数阶模型和分数阶平均状态的Simulimk仿真模型，Oustaloup滤波器的分数阶微积分算法三个主要参数 [ 11 ] ：拟合下限频率 ω b 、拟合上限频率 ω h 、滤波器阶数 2 N + 1 。在对实际分数阶系统进行仿真时，需根据系统的频率范围选择拟合频率段 ( ω b ， ω h ) 和 N 值，取 ω b ω h = 1 。选择电路参数当 α ， β = 0.9 时， R = 10   Ω ， v i n = 20   V ， L = 1   mH ， C = 47   μ F ， d = 0.5 ， f = 25   kHz ，且认为 〈 d 〉 = 0.5 ， 〈 v i n 〉 = 20   V 。此时电流 0.5 ∗ Δ i L ≺ I L 电路工作在电感电流连续的状态下。 图3中的Fractional Int s^(a)模块式分数阶积分单元，由于开关频率为 f = 25   kHz ，即相应的 ω = 2 π f ≈ 1.57 × 10 5   rad / s ，考虑到存在高于开关频率的高频谐波在，选择 ω h > 1.57 × 10 5   rad / s ，因此选 ω h = 5 × 10 5   rad / s ， ω b = 2 × 10 − 6   rad / s ， N = 8 。对采用分数阶和状态平均法得到的非理想Buck变换器数学模型公式(1)、(2)和(3)，应用Matlab/Simulink建立仿真模型，如图3(a)图3(b)所示。两种模型的仿真结果如图4(a)图4(b)所示。 图3. 非理想状态下Buck变换器电路的仿真模型。(a) Buck变换器分数阶模型；(b) Buck变换器分数阶状态平均模型 图4. Buck变换器电路的仿真波形。(a) Buck变换器整数阶仿真波形；(b) Buck变换器分数阶仿真波形 当系统运行达到稳态时，两种模型下的电感电流 i L 和输出电压 v 0 波形分别如图5(a)(b)所示。根据图5(a)知Buck变换器运行在电感电流连续的模式下， i L max = 1.332   A ， 〈 i L 〉 = 0.971 ；根据图5(b)可测量， v 0 max = 10.11   V ， 〈 v 0 〉 = 9.98   V 。由于电路交流分量远小于直流分量，因此 V 0 ≈ 9 .98   V ， I L ≈ 0.971   A 。同时根据公式分别计算出 V 0 = 9.797   V ， I L = 0.977   A 。由此可见，本文采用数值仿真的结果与理论计算结果基本一致，误差很小。证明在电感电流连续状态下，非理想Buck变换器的分数阶模型和理论是正确的。 5.2. Buck电路分数阶参数辨识算法及结果分析 在前面已对Buck电路非理想分数阶模型进行了理论分析与仿真实验，在此基础上对分数阶系统参数辨识进行验证，Buck变换器电路分数阶参数辨识的基本思路为：首先根据Buck电路小信号模型建立电路输出阻抗传递函数模型，其次，获取电路的单位阶跃响应的信号，通过仿真之后将输出小信号电流和输出小信号电压数据采集到Matlab的Workspace中，然后进行参数辨识可得到分数阶参数，仿真实验中器件的参数同上。同时与采用最小二乘法的辨识方法 [ 12 ] 进行对比，仿真结果如图6、图7所示。图中a表示电路的分数阶阶数，k表示分数阶模型的增益系数。 从图7中可以看到在本文预设的分数阶参数为 α ， β = 0.9 的情况下，运用两种方法对Buck分数阶参数进行辨识，在进化代数相同情况下，本文改进的方法得到结果为 α = 0.9 ， k = 1 ；传统的最小二乘法得到结果为 α = 0.8774 ， k = 0.9829 ，由此可见在近似的单分数阶参数辨识中，本文提出的分数阶参数辨识方法进行能够对电感电流连续状态下，Buck变换器分数阶阶数进行辨识。
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user: 6. 结束语 本文基于分数阶微积分理论，对非理想状态下的Buck变换器进行建模，分析了分数阶模型和分数阶平均状态模型与传统整数阶电路的区别，通过分析表明，Buck变换器在电感电流连续的状态下，其稳态直流分量与电容和电感的分数阶阶数无关，但在交流小信号分析中，纹波电压和纹波电流均与电感和电容的分数阶阶数有关，因此在考虑电感和电容是分数阶的本质前提下，建立电力电子变换器分数阶工作模型，显得尤为重要。最后设计了一种改进的随机数搜索法对分数阶系统阶数辨识进行了研究，结果表明该方法在一定程度上能够解决分数阶非线性算子的辨识问题。 图5. Buck分数阶电路仿真波形。(a) 电流仿真波形；(b) 电压仿真波形 图6. 改进的随机数辨识结果 图7. 最小二乘辨识结果 本文侧重于理论验证，下一步将通过实验平台对电力电子电路的分数阶特性进行分析，同时在系统结构不确定的情况下进行电路的分数阶模型参数辨识，还有待进一步的深入研究。
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user: 致 谢 本文的撰写是在我院电力系统教研室李孝全副教授指导下完成的，在此表示诚挚的谢意！
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user: 摘 要 稳态等离子体推进器工作过程中通道的等离子体环境参数会影响高能粒子束的分布，进而影响离子对壁面溅射的情况。本文就加入预电离腔及考虑电荷交换碰撞对壁面腐蚀的影响进行了研究。通过调整模型中预电离率参数，研究了预电离率大小对通道物理特性分布及对通道壁面常规腐蚀的影响。结果表明预电离不会影响通道内主要物理特性，但由预电离引入的额外等离子体会加剧壁面的常规腐蚀。通过加入蒙特卡洛碰撞模块得到了电荷交换碰撞对通道各项物理参数分布和壁面常规腐蚀的影响。结果表明当考虑电荷交换碰撞后，通道内高能离子密度减少，壁面常规腐蚀情况有所减缓。 关键词 :壁面腐蚀，预电离，电荷交换碰撞，稳态等离子体推进器 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着航天科技的不断发展及人类探索太空领域的不断深入，电推进系统作为一种为航天器提供动力的推进装置也在不断发展 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。电推进系统较传统化学推进系统具有更长的寿命、更大的比冲、更高的控制精度、能反复启动并且推力适当，以上种种优点使得电推进装置成为航天推进装置中的研究热点 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。 稳态等离子推进器(Stationary Plasma Thruster， SPT)是基于霍尔效应的一类典型的电推进装置 [ 6 ] [ 7 ] ，其结构如图1所示。推进器工作时，位于通道外部的空心阴极发射大量电子，这些电子进入环形通道并在正交的电磁场 E × B 作用下形成周向的霍尔漂移。同时工质氙气从阳极喷入推进器通道，并在通道中与电子发生电离碰撞生成离子。理论上通道中电子会在正交的电磁场作用下作稳态的霍尔漂移，但是由于上述碰撞和其他传导机制使得电子不断向阳极迁移，进而在通道内实现了稳定的等离子放电过程。另一方面，离子被认为基本不受磁场影响只是被通道内的电场加速，并在通道出口与阴极发出的部分电子中和成高速的中性等离子体向外喷出，对推进器形成持续稳定的推力 [ 2 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。 图1. Aton型SPT推进器示意图 在SPT工作过程中，放电电流一直都维持着频率为几十kHz的低频振荡。这一现象对推进器的运行特性和电源处理单元的设计都有较大影响 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 。为了改善低频振荡现象，莫斯科学院设计研发了第二代Aton型SPT推进器 [ 14 ] [ 15 ] ，此种推进器在工质分配器和阳极之间加入了缓冲均化工质的缓冲腔，如图1所示阳极前段设置的空腔。 Morozov等人通过实验手段测量了缓冲腔内氙离子光谱和腔内的电势，数据表明在缓冲腔内一定数量的氙原子被电离为氙离子，并且在腔内有大约1V的电势降 [ 16 ] 。于达仁等人的研究则表明缓冲区内的预电离现象能减低低频振荡幅值，并且随着预电离率的增加，低频振荡幅值降低 [ 14 ] [ 17 ] 。以上对预电离的研究焦点都集中在预电离对低频振荡的影响方面，虽然预电离作用被证实能有效抑制低频振荡，使推进器获得更稳定的工作性能，但是缓冲腔及预电离的引入对推进器其他方面的影响，特别是壁面溅射腐蚀的影响至今还鲜有研究。 另一方面，SPT工作过程中粒子间会发生相互碰撞，进而影响通道放电参数分布，并进一步影响溅射壁面的离子分布。之前的模拟工作大多数集中在通道内部物理特性的模拟，只考虑了原子间的碰撞，电子与原子间的弹性碰撞、激发碰撞、一价电离碰撞，而忽略了离子与原子间的碰撞。通道中离子与原子间的碰撞最典型和最易发生的类型为电荷交换碰撞(Charge-Exchange (CEX) Collision) [ 18 ] 。CEX碰撞过程为高速的离子与低速的原子碰撞后将其所带电荷转移给原低速原子，自身变为电中性的高速原子，原低速原子变为低速离子： Xe slow + Xe fast + → Xe fast + Xe slow + 。由于此种碰撞能显著改变通道内溅射壁面的高能离子分布，所以CEX碰撞对推进器寿命的影响是不可忽略的。
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user: 3. 仿真结果及讨论 3.1. 预电离对SPT推进器壁面腐蚀的影响 图3(a)和3(b)是五组不同的预电离率对应的通道中心线上电势和电子温度的分布。当预电离率变化时，电势和电子温度的变化并不明显，而电子温度的分布直接反映通道里的电离过程，电子温度基本不变说明了通道内由电离产生的等离子体初始的状态和密度基本不变，电势变化不大则说明等离子体后续运动状态变化不大。由以上结果和分析可以认为预电离的引入对通道内各项物理特性的影响不大。 图4是SPT推进器工作500小时后五组不同的预电离率对应的内壁面的腐蚀形貌。虽然预电离对电势和电子温度的影响不大，但是随着预电离率的增加，通道壁面的腐蚀程度有明显的增加趋势。为了明确腐蚀程度增加的原因，图5(a)和5(b)给出了五组不同的预电离率对应的内壁面上溅射离子的角度和数目分布。结果表明预电离对离子溅射角度的影响很小，这也与图3(a)的结果相呼应，当通道电势分布基本不变时，离子束的发散情况也基本保持一致，故溅射到壁面的离子角度分布也基本保持不变。而对应不同预电离率下的溅射数目则有较大区别，随着预电离率的增加，溅射壁面的离子数目也在不断增加。从没有预电离率到预电离率增加至1.5%的过程中，溅射离子数目增加幅度超过40%。 图3. 不同预电离率下物理特性沿通道中心线的分布。(a) 电势分布；(b) 电子温度分布 图4.不同预电离率下内壁面的腐蚀形貌 图5. 不同预电离率对应的内壁面上溅射参数分布。(a) 溅射角度分布；(b) 溅射数目分布 综合以上结果，我们可以认为预电离率的增加虽然不改变通道内原有的物理特性，如电势分布，电子温度分布甚至是离子发散角等，但是预电离带来的额外等离子体会导致更多的离子溅射到壁面上，增加壁面通道的腐蚀。因此，缓冲腔伴随的预电离效应虽然能够有效的抑制低频振荡，保证SPT推进器的稳定运行，但是预电离却能显著的增加壁面腐蚀程度，进而降低推进器的工作寿命。因此在实际工程应用上，通过增加预电离率来减小电流低频振荡的做法还需进一步斟酌。 3.2. CEX碰撞对SPT推进器壁面腐蚀的影响 图6是考虑CEX碰撞后，CEX离子密度与束流离子密度的比率( n c e x / n i )在整个模拟区域内的分布结果，可以看到在通道出口处两者的比值接近10%，这个结果也与Yokota等人得到的结果 [ 31 ] 一致。可以设想在靠近通道出口处数密度约为10 16 m -3 量级的慢速CEX离子，在通道电场和最高能达到几十伏的壁面鞘层作用下，其对壁面的溅射腐蚀效果是不可忽视的。本节我们将以此结果为依据讨论CEX离子对通道壁面腐蚀的影响。 本节模拟分析了考虑CEX碰撞和不考虑CEX碰撞两种情况下的通道物理特性的变化，图7(a)和7(b)是两种情况下的通道中心线上电势和等离子体密度分布对比结果。从图中可以看到考虑CEX碰撞后通道内的电势降更大，但是等离子体密度整体都有所下降，并且等离子体密度峰值向阳极移动。这是因为在电离区离子密度最高的地方，原子密度也接近最大，大部分的CEX碰撞都发生在这一区域，同时考虑CEX碰撞后通道内离子的速度降低，即有更多的低速离子滞留在通道内，故原电离区的电离率降低，等离子体密度峰值降低，整体密度分布向阳极移动。 图8是考虑CEX碰撞和不考虑CEX碰撞两种情况下，SPT推进器工作200小时后内壁面的腐蚀形貌。由图可知当通道内存在CEX碰撞后，壁面腐蚀形貌与不发生CEX碰撞相似，但是腐蚀程度有所减轻。这是因为存在CEX碰撞之后，通道内离子密度减小，并且离子能量也有所减小，因此溅射壁面的离子能量和流量都将减小，故工作相同时间后存在CEX碰撞时通道壁面的溅射腐蚀程度更轻。
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user: 4. 结论 本文在建立SPT推进器主束流方向上的二维轴对称全粒子模型的基础上，引入了预电离和电荷交换碰撞仿真模块，增加了壁面腐蚀预测过程，分析了预电离和电荷交换碰撞对推进器通道壁面溅射情况的影响。 图6. CEX离子密度与束流离子密度的比率( ( n c e x / n i ) 分布 图7. 考虑CEX碰撞和不考虑CEX碰撞的稳态结果。(a) 电势沿轴向中心线分布 (b) 等离子密度沿轴向中心线分布 图8. 考虑CEX碰撞和不考虑CEX碰撞的内壁面腐蚀结果 首先，本文分析了预电离过程对SPT推进器通道主要物理参数的影响，特别是预电离的引入对壁面常规腐蚀的影响。结果表明引入预电离对通道内的电势和电子温度分布影响很小，也没有明显改变离子束流的发散角，但是预电离的引入会增加通道内等离子体的密度，因此由离子溅射引起的壁面腐蚀程度也将更显著。 其次，本文就电荷交换碰撞对SPT推进器通道内物理特性分布的影响进行了对比研究，结果表明通道内CEX离子占束流离子的比率在出口区接近10%，通道内部最高达到20%。考虑电荷交换碰撞后推力器内电势降略有上升，但是等离子体密度整体下降且峰值向阳极移动，综合可知CEX碰撞对等离子体分布的影响是两方面的：降低通道等离子体密度，降低离子速度。对壁面常规腐蚀的研究结果表明CEX碰撞的存在能够减轻常规腐蚀。
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user: 摘 要 通过CAE工具NX Nastran对某型号星载相控阵天线结构创建有限元模型，并对其进行模态分析，在此基础上进行随机振动仿真分析。通过仿真分析，可以在设计阶段预测产品的疲劳寿命，及时掌握产品的薄弱环节，评估产品的环境适应性，为产品的结构优化提供设计方向。 关键词 :NX Nastran，相控阵天线，随机振动，疲劳分析 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 星载相控阵天线在制造、运输、发射等阶段都经历着不同的振动环境，尤其在可靠性试验验证阶段，该产品结构需经受最为严酷的鉴定级随机振动试验环境，为保证该产品的高可靠性，可应用有限元仿真手段在产品设计阶段对其结构进行设计验证 [ 1 ] [ 2 ] 。 利用计算机软件平台对产品进行仿真分析一直是不可或缺的途径，它在缩短开发周期、提高产品质量、节约研发经费等方面发挥了巨大作用。随着计算机技术的发展，在产品的设计过程中通过计算机软件对设计方案进行仿真分析的需求越来越大。相对于直接将产品放振动台上做振动试验获取响应结果，通过计算机进行随机振动仿真分析具有以下优势 [ 3 ] [ 4 ] ： 1) 产品在设计阶段即可进行计算机仿真分析，分析结果对设计改进具有指导意义； 2) 只需建立产品的有限元模型，即可进行不同条件的随机振动仿真分析； 3) 在给定的随机振动条件下可提取产品任意位置的响应加速度和应力、应变、位移等情况； 4) 可随意更改产品的结构、印制板厚度、元器件安装高度、随机振动试验条件等，并很方便对各种条件下产品的随机振动响应结果进行对比分析； 5) 分析结果可查看产品模型上任意位置的动态过程信息； 6) 节约产品测试成本，节省人力物力，缩短产品设计周期。 产品随机振动仿真分析过程见图1所示 [ 5 ] 。
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user: 2. 星载相控阵天线有限元建模 星载相控阵天线由T/R组件、天线阵面、结构框架等组成。其结构形式如图2所示。 图2中，结构框架作为主要承力部件，通过若干螺钉连接成四方形闭合结构，具有较高的刚度；其内部通过楔形锁紧机构将各T/R组件锁紧在导向板上；其上支撑着天线阵面的结构件，呈帽状，支撑着天线阵面。其中，结构框架材料为铝合金2A12，PCB为覆铜环氧玻璃布板，天线阵面等效为复合材料。各材料力学性能如表1所示。 考虑到解的精度和计算量，对三维模型进行一定简化，去除不影响结构的倒角和小安装孔等细小特征，对模型的各个部分分别划分网格，其中，不规则结构选用10节点CTETRA单元，采用自动划分法划分网格，规则结构选用8节点CHEXA单元，采用3D扫掠网格，共划分了507684个单元。划分网格后的相控阵天线结构有限元模型如图3所示。计算坐标系为模型上显示的坐标系。 整个相控阵天线结构在使用和环境试验中，通过底板14个螺钉孔与整星仓板连接，激励输入处即为 图1. 随机振动分析流程 图2. 相控阵天线结构模型 Table 1 Mechanical properties of material 材料 密度 (kg/m³) 弹性模量 (MPa) 泊松比 铝合金2A12 2794 73，119 0.33 覆铜环氧玻璃布板 3000 22，000 0.28 复合材料 2500 16，000 0.28 表1. 材料力学性能参数 14个固定螺钉孔处，为减少响应仿真过程中的约束情况，在模型底部空间创建一个节点，将该节点作为激励输入源节点，通过创建MPC连接与14个固定螺钉孔相连。各零件间通过螺钉紧固连接，在有限元模型中零件间螺钉连接区域简化为单元间面对面粘连，楔形锁紧面简化为单元面间面对面粘连。
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user: 3. 模态分析及随机振动分析 模态分析是随机振动仿真分析的基础，可用于确定结构的固有振动特性，获取结构的固有频率和模态振型。利用UG10.0对有限元模型进行模态分析，获得结构的基频为284 Hz，见图4。由于相控阵天线结构的随机振动频率范围为20 Hz~2000 Hz，为了保证随机振动分析精度，模态分析频率超过2000 Hz。 新建响应仿真解算过程，设置结构阻尼系数为0.04，查看响应仿真局部放大图，确保产品响应仿真各向有效质量大于85%，见图5。 对相控阵天线结构进行随机振动仿真分析，其鉴定级随机振动工况见表2。 输入表2中的加速度功率谱，对结构进行随机振动响应仿真分析得到三个方向的最大均方根应力图，见图6。 图3 相控阵天线有限元模型 图4. 结构第一阶模态振型图 图5. 响应仿真有效质量查看 Table 2 Qualification conditions for random vibration tes 参数值 频率范围/Hz 20~100 100~600 600~2000 功率谱密度 +3 dB/oct 0.16 g 2 /Hz −9 dB/oct 总均方根加速度值 11.46 grms 加载方向 时间 三个轴向 每向各2 min 表2. 随机振动试验鉴定级条件 从图6(a)-(c)可以看出，X、Y、Z三个方向的均方根应力分别为45.44 Mpa，48.03 Mpa和57.73 Mpa，最大应力处均在铝合金框架上。根据随机振动的概率统计，三个方向振动时的最大应力有可能是均方根应力的3倍，但其概率也只有0.26%，其值为173.19 MPa，小于铝合金的屈服极限275 Mpa。最大应力处主要出现在底板螺钉连接凸台的根部，根据圣维南原理，底板螺钉连接凸台的根部为应力集中区域，该处的应力计算值比实际应力值偏大，实际应力值会小于计算值。由此可以判定Z向随机振动时相控阵天线结构随机振动比较剧烈，但不会因此对结构造成破坏。如果设备中有均方根响应加速度较大的元器件，应根据其可用工艺采取加固措施(四周点胶或四角点胶)。
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user: 4. 疲劳寿命分析 参考文献 [ 2 ] 和 [ 6 ] ，应用Miner疲劳损伤累计理论及三带宽技术的疲劳破坏率计算方法对结构随机振动疲劳寿命进行估算可得： N 1 σ = 1000 × ( 275 1 × 57.73 ) 6.4 = 21815204 N 2 σ = 1000 × ( 275 2 × 57.73 ) 6.4 = 258326 N 3 σ = 1000 × ( 275 3 × 57.73 ) 6.4 = 19283 n 1 σ = 284   Hz × 60 × 6   min × 0.683 = 69830 n 2 σ = 284   Hz × 60 × 6   min × 0.271 = 27707 n 3 σ = 284   Hz × 60 × 6   min × 0.0433 = 4427 图6. 结构三个方向均方根应力响应图。(a) X向均方根应力响应云图；(b) Y向均方根应力响应云图；(c) Z向均方根应力响应云图 相控阵天线结构的破坏率R R = n 1 σ N 1 σ + n 2 σ N 2 σ + n 3 σ N 3 σ = 0.34 < 1 ， 可知6分钟随机振动仅消耗其疲劳寿命的1/3，说明该结构形式的疲劳安全裕度足够，该产品已顺利通过试验验证。
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user: 5. 结论 文章简要介绍了产品随机振动仿真分析的流程，详细介绍了产品有限元建模和仿真过程。通过试验验证了文中随机振动疲劳分析过程的可行性，其计算结果可作为判断设计方案是否合格及优化设计方案的参考依据，一般电子设备可参考论文中的仿真分析过程进行随机振动仿真和疲劳分析。
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user: 摘 要 《饥饿游戏》三部曲中的女主人公凯特妮斯·艾薇丁成功地使“烈焰女孩”成为理想的现代女性的符号。按照符号学者皮尔斯的符号意指三分法，“烈焰女孩”是符号，凯特妮斯·艾薇丁是对象，符号所引发的思想则是解释项，共同构成一个符号表意过程。本文首先从女性主义角度陈述“烈焰女孩”传达的现代女性的品质，之后探讨它作为符号其本身所承载的悖论，这一符号的内涵意义因此被拓展到整个人类关于生存、不屈和希望的永恒主题。 关键词 :饥饿游戏，烈焰女孩，女性主义，符号学分析 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 序言 现代符号学奠基人皮尔斯(Charles Sanders Peirce)认为，所谓符号是相对于某人，在某个方面，能代替(代表、表现)他物的某种东西。这一定义涉及到符号、不同于符号的他物(客体对象)、主体人对符号所作的感知、解释或认知(解释项)这三个方面 [ 1 ] 。皮尔斯把对象和解释项划分开：所说的对象相当于符号的直接指称，即外延；解释项则相当于意义可以无限延伸的内涵。皮尔斯指出符号“面对另一个人，也就是说，在这个人心中创造一个相应的，或进一步发展的符号”，赵毅衡先生解释说此处说明符号必须有接受者，在接受者心里，每个解释项都可以变成一个新的“再现体”，构成一系列相继的解释项 [ 2 ] 。因此这个无限延伸呈现的方式并非横向的无限并列，而是纵向的无限衍生。按照这一理论，如果说“烈焰女孩”是符号，那么女孩凯特妮斯·艾薇丁是对象(object)，符号所引发的思想则是解释项(interpretant)，共同构成一个符号表意过程。因此，小说中“烈焰女孩”这一符号的表意过程，是通过现实中的人物凯特妮斯以及符号接收者——各区民众，共同实现的。本文力图从女性主义角度描述主人公凯特妮斯的“烈焰女孩”品质，继而分析该符号如何在意义不在场的情况下通过民众阐释而具有更深层次的内涵，即关于人类生存、不屈和希望的永恒主题。
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user: 3. “烈焰女孩”符号的意义不在场 在小说开始，以往的73届“饥饿游戏”按照施惠国统治者设定的规则举办，幸存下来的“英雄”大多因为曾经的杀戮噩梦连连，除了身体上的伤疤，心理上亦难逃阴影，像是第4区的冠军选手安娜在“饥饿游戏”里幸存下来，却因目睹其他选手的死亡而精神崩溃，第12区的冠军黑密斯用酗酒的方式摆脱死亡记忆等等。强权统治使12区民众心中的愤怒和仇恨转化为恐惧和服从。统治与被统治者的两极分化使得时间和空间愈向前发展愈变得压抑和阴暗。“烈焰女孩”符号的出现，先在地具有符号表意的意义不在场悖论和解释意义不必与发送意愿相符和的悖论。在解释项中，“烈焰女孩”符号的意义悖论恰恰突出了人类关于生存和不屈的永恒主题。 首先，“烈焰女孩”的意义缺场是意义过程的前提。由于压迫日深，代表反抗和希望的符号又始终不在场，因此12个社区民众呼唤这样的角色出现。所以“烈焰女孩”表意符号在当下的意义不在场是意义过程的前提。随后，由于凯特妮斯被设计成身披火焰乘战车出场，“施惠国”的主持人以及时髦观众们给予凯特妮斯“烈焰女孩”的昵称。它代表炫目的美和勃勃生机与力量。然而，对于凯特妮斯来说，一旦“烈焰女孩”进入丛林，火和裙装所代表的压倒性的攻击力或激发某种浪漫想象的功能消失了。凯特妮斯成为丛林中一名与其他竞赛者无异的生死角逐者。她浑身污垢、表情疲惫。她时时面临来自他人的杀戮，有时甚至是幕后游戏操纵者即兴设计的攻击。她不得不忍受朋友死亡带来的悲痛、绝望中痛苦的煎熬，甚至战友与自己两者活一的选择。这一切时刻提醒观众，“烈焰女孩”这个看似美丽的能指事实上在真实残酷的场景中是缺场的。尽管如此，这种能指的缺场使凯特妮斯因为贴近真实而更加令人信服、更加感人至深。凯特妮斯的最终胜出使她与“烈焰女孩”合二为一，在“施惠国”和劳作区两极力量的夹缝中，同时赢得好感，获得支持。 其次，民众对“烈焰女孩”的新解释赋予其积极意义。对于被勒令站在大屏幕前观看的劳作区民众来讲，不管是“烈焰女孩”还是凯特妮斯无疑是缺场的。那么民众对“烈焰女孩”这个所指如何做出解释呢？显然，民众的解释并不符合“施惠国”主持人和时髦观众们最初赋予这个称呼的意义。游戏节目对于民众来说并非简单的消遣娱乐，而是要面对失去亲人和朋友的伤痛，哪怕是因本区出现胜出者而带来一年的食粮。在大屏幕前，当凯特妮斯在丛林杀戮中展现出了相反于杀戮本身的品质——即对朋友的真诚友谊和对极权的奋起反抗时，所有那些身处劳作区而饱受压抑的民众与之产生了共鸣，一时间人们默默地而又无畏惧地跟随着凯特妮斯举起象征性的手势。虽然“烈焰女孩”和劳作区民众所身处的场景完全不同，但是正因为民众在内心中通过不同场景的平行类比做出了自己当下的解释，因此才会呼应缺场的“烈焰女孩”的感召。“烈焰女孩”通过民众无声的解释被赋予了一层崭新意义：她的愤然反抗给他们心中久积的愤懑提供了宣泄的出口，其不屈精神为遭受压迫的民众指向生存和希望的可能性。“烈焰女孩”增加了愤怒和不屈的积极意义。
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user: 4. 结尾 凯特妮斯在饥饿游戏中存活下来，她从心理挣扎逐步转向了公然反抗残暴的权力中心和等级制度。她带有女性光辉的气质——温情智慧，也兼具理性刚毅的男性优势。这位“烈焰女孩”在游戏中所表现出来的团结协作、不畏强权、追求独立的精神，使她一次又一次地消解了权力中心，成为民众心目中的精神领袖。本文认为作家柯林斯在该人物塑造上，甚至超越了女性主义批评转向重建女性世界和女性体验的阶段，也超越了玛丽·戴莉关于妇女生态的观点，从而树立起一个理想的现代女性形象，这一形象承载了人类普遍的、关于生存、不屈和希望的理想。 从皮尔斯符号学理论分析，“烈焰女孩”作为符号在意义过程中整合了先在的两条悖论：这个表意符号的意义不在场使它具有意义；同时民众对“烈焰女孩”的新解释看似偏离原来意旨，然而却赋予它新的含义。在另一层面上，“烈焰女孩”作为所指指向具体对象凯特妮斯以及解释项，它是凯特妮斯为代表的一系列概念的集合。它具备炫目的美、勃勃生机与力量，也代表愤怒与反抗，更是智慧与理性、温情与刚毅的综合，承载了人类关于生存、不屈和希望的永恒主题。
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user: 摘 要 随着信息通信技术及互联网技术在企业经营实践中的广泛应用和高度渗透，互联网与传统实体经济融合形成了一种新的互联网经济生态。这种新的经济生态不仅改变了企业的交易运作流程，而且对企业的组织结构产生着深远的影响。本文在梳理相关文献的基础上，认为互联网环境使得企业组织结构扁平化、组织形式虚拟化和组织边界模糊化，提出组织结构将朝着“以优化用户体验为前提、以激活员工能力为目标、以内部创业为创新机制”的趋势演化。 关键词 :互联网生态，组织结构，演化趋势 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 企业的组织结构是指为了实现组织的战略目标而采取的一种分工协作体系。在组织理论指导下，组织内部各个部门、各个层次之间经过组织设计会形成固定的排列方式。科学、合理的组织结构对企业的生存发展至关重要。我国原有的企业组织结构模式包括直线制、直线职能制、职能制、矩阵制和事业部制，绝大多数形似“金字塔”，具有职能分工细、管理层级多的特点。在互联网环境下，采用传统科层制组织结构的企业纷纷出现内部消耗严重，协同效率低下，市场反应迟缓现象。对于大多数企业而言，如何设计更为高效、灵活、极具创新性和自我修复能力的组织架构，以优化组织反应速度、激活员工工作热情，从而实现企业的良性循环，在激烈的市场竞争中稳定地生存和发展，已成为亟待解决的问题。
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user: 2. 理论回顾 本关于组织结构的研究始于组织理论的兴起，20世纪初，科学管理之父Frederick Taylor首次提出在组织中专门设置计划部门。以Frederick Taylor、Henry Fayol和Max Weber等为代表的古典组织结构理论派认为所有的组织都共同拥有一种最好的组织模式能使所有组织都实现效率最大化并致力于寻找一种最有效的结构。被管理学界称为“组织理论之父”的Max Weber认为这种组织应该是“科层结构”，这种金字塔形的结构一直被广泛采用。然而随着互联网时代的到来，外部环境和用户需求变化莫测，信息流巨大，应用于传统稳定外界环境下的传统金字塔型结构弊大于利。20世纪60年代末70年代初，权变理论在经验主义学派基础上发展起来。与古典组织结构理论相比，权变理论更强调组织结构的“适应”性。1988年，Peter F Drucker发表在《哈佛商业评论》上的《新型组织的出现》一文指出：20年后的典型大企业，其管理层将不及今天的一半，管理人员也不及今天的1/3。在组织结构、管理对象和控制范围上，这些企业将和50年代以后崛起的、今天仍被教科书奉为经典的大制造业公司没有丝毫相似之处，而更接近于那些被现在的经理人员和管理学家所忽略的组织 [ 1 ] 。Tom J Peters也在论著中表达了他对德鲁克的柔性组织理论的支持，他将阶层制、职能化和科层制视为被组织或他组织的代表，他在1992年出版的《管理的解放》一书中预言说，科层制必将走向灭亡 [ 2 ] 。 国内对企业组织结构的研究相对滞后。赵文(2001)认为，互联网信息技术的应用将促使未来的企业组织弱化甚至取消中间层次，中层管理人员和职能管理部门人员将大量减少，严格的层级概念也渐淡薄，从而形成一种“扁平化”的网络组织 [ 3 ] 。芮明杰(2005)对组织转型和重组方面做了大量的研究，提出以流程小组为主的组织变革的观点 [ 4 ] 。金光熙(2002)在《管理变革》一书中提出组织环境的变化，必将引起组织结构的调整以及两者之间的内在联系 [ 5 ] 。杨蕙馨、刘明宇(2002)等从技术角度研究了技术变迁与企业组织演进的关系，认为企业的组织结构必须符合企业的技术特点 [ 6 ] 。综上所述，完善的组织结构必然随着企业运行过程中内外部环境和条件的变化不断地进行适应性调整，只有这样，企业的组织结构才能历久弥新，支持企业稳健的成长和发展，避免老化与衰亡的命运。
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user: 3. 互联网对组织结构的影响 互联网时代使得企业所处的内外部环境发生了重大的变化。市场变化莫测，信息流巨大，商业流加速，机遇转瞬即逝。企业的活动量显著增加，活动范围明显扩大。企业要适应多变的市场，就要对组织结构进行变革，让每个部门小巧且灵活，使组织结构趋于扁平化，组织形式虚拟化，组织边界模糊化。企业的信息资源能被充分有效地利用，从而降低运行成本，提高运行效率。 3.1. 组织结构扁平化 3.1.1. 管理层级减少 传统的组织结构是自上而下、递阶控制的金字塔式结构，庞大的中间管理层在其中起“上传下达”信息的作用。这种组织结构运作模式一方面占用资源和时间效率低下，另一方面中间管理着对所传递的信息拥有解释和筛选权，可能导致顶层无法全面了解企业面临的问题，从而无法做出有效决策 [ 7 ] 。随着互联网的广泛应用，信息系统逐渐取代了中层管理人员这一“传声筒”的作用，企业需要的员工人数相应减少。而随着企业信息网络和自动化管理系统以及专家系统的逐步建立与完备打破了传统的纵向层级结构，横向的信息交流得到了加强。从高层管理者到低层一线员工的信息沟通更为方便直接，决策和指挥更为迅速而敏捷。随着员工受教育程度不断提高，其社会化的行为规范程度也越来越高，因此管理人员的管理跨度扩大，组织的管理层级将减少。 3.1.2. 管理幅度增加 互联网使管理幅度大大增加。管理幅度是管理人员能够直接、有效地管理下属的人数。由于互联网信息技术的改进，组织中中层管理人员上通下达高层领导意图的“放大器”功能和收集加工大量底层信息的“过滤器”功能，在很大程度上可以被现代信息技术所提供的大容量通讯技术所替代 [ 8 ] 。管理人员可以更多地应用电子邮件、互联网在线会议、视频会议等形式来支持组织成员之间、各部门之间或各组织之间的信息传递和意见交流。在这种情况下，许多原来由大量中层管理人员逐级去执行的任务，交给了各种互联网技术工具，比如企业内部网、微信公众号、企业微博等，以及企业信息系统去完成。高层管理者和一线员工可借助互联网直接传递信息进行沟通。因此，借助互联网和信息系统应用，使得管理者的管理幅度得以大大增加。 3.1.3. 员工能力激活 组织扁平化使得管理幅度增加，管理者无法具体而细微地对基层员工进行深入指导，此种情况必然导致各层管理权限的下沉，员工拥有更多自主权和决策权，工作的主动性和积极性在极大程度上得到提升。扁平化的组织结构让员工不在拘泥于部门的限制，不再受限于多层的管理层级，而是以群体的协作及知识资源的共享作为企业新的劳动分工思想，让系统和协作观念贯穿在组织结构建设和运作中。组织结构将更富有弹性和灵活性。扁平化所带来的为基层员工股赋能能在极大程度上减少决策和行动之间的时间延迟，加快对市场和竞争动态变化的反应，从而降低投资过程中的风险成本，提高企业组织结构的柔性。 3.2. 组织形式虚拟化 3.2.1. 快速整合优质资源 互联网技术促进了新的组织形式出现，如虚拟组织。斯蒂芬·P·罗宾斯对虚拟组织定义为：虚拟组织是一种小型的核心组织，通过外部资源提供主要的企业功能，而且虚拟组织是一种规模不大，决策集中化程度却很高的企业形态。虚拟组织的管理相对的灵活、松散，主要通过网络平台和信息工具进行交流和沟通，协商内部事务 [ 9 ] 。目前，企业常见的虚拟组织有两种合作形式。一是企业为满足新的市场需求，往往会构建虚拟组织在一个特定的项目内进行临时性的合作经营，还有一些企业会把虚拟组织作为永久性组织形式进行管理，成员公司加入到一个灵活的网络中，建立生产某种产品和服务的永久关系，但其成员公司在虚拟组织之外仍然保持着独立性，并进行自主经营。虚拟组织的出现，反映了在信息技术条件下企业组织的法定界限已被打破，传统的组织概念也开始发生彻底性变化。 随着信息技术的不断发展和渗透，企业组织结构由过去的封闭型日益转向开放的网络型。通过互联网，企业可以将组织成员联系起来成为一个整体，创造出仅仅依靠各独立成员难以达到的组织整合力量，大幅度降低各企业组织之间的交易成本和协调成本，从而最大限度地利用外部资源，提高企业的应变能力。 3.2.2. 跨区域合作成为可能 互联网技术的运用提高了个人和组织的信息处理能力，加强了组织机构间、组织机构和个人间的互动联系，无论在横向和纵向上将企业组织内部的层级机构密切地联系在一起，而且也加强了企业组织本身同外部机构和个人间的联系。处于纵横交错的密集信息网络中的人、组织机构和组织本身，虽然有责、权、利的划分，但其工作都已通过互联网的信息网络技术互相交织在一起，打破地域限制，拓展了合作边界。本企业的员工可以实现跨国家地区工作，如一家企业的分公司员工可以通过互联网建立虚拟团队合作完成工作任务。 3.3. 组织边界模糊化 3.3.1. 弱化职能部门界限 在互联网背景下，企业各部门的职能和界定依然存在，但部门间的边界却打破了过去的僵硬界限，组织作为一个整体其功能大大增强，已经远远超过各个部门功能的总和。组织边界趋向模糊化，各种边界更易于扩散和渗透，部门之间的沟通障碍减少，更有利于信息在各部门的传递和对称分布，便于各项工作在组织中顺利开展 [ 10 ] 。企业为增强自身的竞争力，会与其供应商、经销商等建立各种战略伙伴关系，形成多种形式的组织结构，企业可根据环境的变化不断调整经营业务及其组合，各种职能部门边界的严格划分已逐渐失去其原有的意义。加之随着信息系统应用的深入，组织内部职能部门间的界线、组织间的界线也将由于信息畅通而淡化。 3.3.2. 加速人力资源流通 互联网时代信息更加公开透明，本企业的员工可以自由向外流动，员工不再忠诚于企业而是忠诚于自己的客户和职业，员工的知识具有流动性，可以在能力范围内同时选择其他适合的企业工作。互联网信息技术的应用要求企业员工比过去具备更多的专业知识和技术特长，根据企业的需要随时组成特定项目的团队，各种岗位之间的界限逐渐变得模糊。在这种组织情境下，员工的主动性和创造性被大大激活，利用互联网自主选择一家或多家企业发挥所长。员工的自由流动一方面激活企业活力另一方面减少企业的雇员人数，提高组织的运作效率。 3.3.3. 改变组织规模大小 互联网对组织规模的影响体现在两个方面。一方面，互联网的广泛应用打破了地域空间的界限和约束，降低企业对信息的搜索成本，缓解交易双方信息不对称的问题，从而使交易透明化，减少了企业之间活动的不确定性，提高交易频率，降低外部交易费用，导致组织规模的减小。布莱·杰夫逊等人针对此问题进行实证分析得出信息技术的应用导致了公司规模下降的结论，主要原因是随着信息技术的应用，市场交易成本降低，即信息技术缩减了组织规模。以苹果公司为例，苹果公司利用无边界化，创新自己的组织，将设计和研发作为自己的核心业务，并从外部选择可靠的生产商，与之建立战略伙伴关系，由此节约了信息成本，缩小组织规模。另一方面，从企业生产运营的角度看，互联网的应用解决了传统企业多层次组织结构所引发的信息不流畅、机会损失等问题。在很大程度上缓解了企业内部信息流动的问题，在某种程度上缩小组织层级，缩短信息传递时间，达到提高企业运作效率的目的。而精简组织结构带来的直接好处是组织内部的协调费用以及管理费用大幅削减，组织管理者通过互联网管理的组织规模扩大。
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user: 4. 互联网背景下企业组织结构演化趋势 4.1. 以优化用户体验为前提 根据美国著名企业管理大师迈克尔·汉默先生提出BPR理论，企业必须充分掌握客户信息，准确把握客户需求，在了解客户价值驱动因素的基础上，分析企业的各项活动是否具有价值，并进一步判断各项价值活动给企业所带来的利润。以往，企业只需要研发生产出质量好的产品并将它卖给顾客，就可以完成交易获得可观的利润，而现在的交易模式已经从B2C转变成了C2B。互联网重新定义了顾客与消费者之间的关系，顾客需求驱动决定着企业的产品及服务，在此前提下，顾客需求信息的传递流程必须简短快捷，各部门也需要快速协作实现顾客的需求 [ 11 ] 。企业应只有改造对象和中心、以关心客户的需求和满意度为目标，进行业务流程再造，快速响应用户的个性化需要，以优化用户体验为前提设置组织结构，才能建立长久的竞争优势。 互联网的发展使得企业有机会通过各种社交渠道和用户建立强关系，组织要实现和用户零距离，主动与用户产生互动从而精准的把握用户的兴趣点，深度挖掘用户需求，进而产生交易行为。以海尔为例，与传统的企业组织结构相比，海尔集团的“倒金字塔”企业组织结构模式改变了“由上至下”的管控模式。以覆盖全球各区域、各部门海尔供应链高效、完善的信息网络为基础，构建并完善了从客户 → 企业 → 一线员工 → 中层管理者 → 高层管理者的“倒金字塔”结构。海尔围绕终端用户的需求将一线员工组建为一个个“自主经营体”，一线经营体根据用户需求发送指令，倒逼二级资源平台和三级级战略经营体提供资源、资金以及专业支持 [ 12 ] 。并且，海尔通过激励机制将员工的个人利益直接与市场用户的最终利益相互绑定，以客户的满意度作为企业运行的测度，从而成功实现组织与客户的无缝对接，促进了企业资源的高效配置。 4.2. 以激活员工能力为目标 组织结构趋于扁平化以后，组织层级减少。组织管理者的管理幅度增大，负荷重，精力分散，难以对下级进行深入具体地管理，这时候就需要将权力下放到基层。赋能授权理论是罗莎贝斯·莫斯·坎特在1983年所著《变革大师》当中提出的概念，她认为赋能授权包括某人向另外一个人指派一项特定的任务或项目，被指派者对于完成该任务或项目做出承诺，管理者对具备资格的员工职责授权。通过授权将使管理者拥有更多的时间和精力集中在需要发挥自身专业能力和制定部门计划当中，而员工能够更多地参与企业经营。随着互联网的纵深发展，劳动分工必然也会产生新概念从而打破原有的岗位职责概念，让员工不再拘泥于部门的限制，不再受限于多层的管理层级，逐渐形成以群体的协作及知识资源的共享作为企业新的劳动分工思想，让系统和协作观念贯穿在组织结构建设和运作中 [ 13 ] 。在企业为员工赋能授权的过程中，员工的工作积极性也会被充分挖掘和调动，从而唤醒主人翁意识，主动参与决策管理。 扁平化组织结构的一个显著特征是企业资源和权力侧重于基层。权力地位不再取决于某职位，而是在于他们拥有的不同知识和信息。Jensen和Meckling (1992)在论述组织结构时提出专有知识的概念，专有知识是指在不同成员之间转换需要支付高成本，而且在这一过程中容易“失真”的知识 [ 14 ] 。它往往表现为只有当事人才能完全获得和理解，而局外人很难获得和理解的信息，或者说局外人获得信息的成本很高。这部分知识很难数字化，大都属于非结构化或半结构化的信息。“只可意会，不可言传”，形容的就是专有知识的特点。对于基层员工来说，它一般包括产品质量和技术改进的知识、员工操作和实践知识、与特定企业和岗位相关联的经验知识等等。这部分专有信息无论信息技术如何发达，也无法完整无误的传达给管理者，因此，企业的组织结构设计需要以激活员工能力为目标，将决策权下放，为员工赋能。 4.3. 以内部创业为创新机制 新生代员工是在互联网环境下成长起来的。对于新生代员工来说，相较于物质回报，他们更看重的是成就感、地位、实现理想和创意的机会以及自主使用资源的权力。在激烈变革的市场竞争环境下，许多大型企业经济效益低下，发展过程中遇到了瓶颈，“大企业病”现象严重。为解决这一困境，许多企业纷纷采取“内部创业”的创新机制，提出“员工即创业者”的口号，在企业内部鼓励创新创业 [ 15 ] 。内部创业不仅能够帮助大型企业留住核心员工，防止人才流失和客源流失，还能帮助企业克服“大企业病”，解决企业后劲乏力的问题，是培育企业核心竞争力和动态能力的重要途径。 互联网环境下，为适应经济发展和社会需要，组织结构只有不断创新，才能最大程度激活组织能力，使企业稳健发展。内部创业正是互联网时代组织结构设计面临的良好选择。企业可以利用自身积累的实力为员工构建一系列的技术知识共享网络，以搭建一个创新创业平台，引导员工主动创业。企业主动进行一系列的资源整合并制定相关的资源配置原则和政策，向创业个体提供制造设备、供货商网络、技术资源、人才资源、营销资源以及企业品牌等资源，使得创业个体可以把主要精力投入到解决最终用户的痛点问题。若通过此机制，产品成功上市，员工与用户成为企业的口碑营销者，帮助企业拓展市场，成为企业新的利润增长点。企业则实现了产品创新、与创业个体互惠共赢的局面，为企业的成长奠定了基础。
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user: 5. 结论 随着信息技术的发展，互联网已经成为整个社会不可或缺的部分，悄无声息的影响着人们的生产协作方式。互联网的发展激化外部环境高速变化的同时也将企业的资金流、物流、智力流汇集成的信息通过各种信息网络系统快速加工生成新的信息资源，提供给企业各层级管理者，指导企业的经营和决策，从而优化生产要素，有效配置资源，这使得企业管理幅度大大增加。为了适应互联网浪潮的冲击，组织结构也要把握组织结构变化趋势重新升级，本文在梳理了组织结构相关理论之后，总结出互联网环境对企业组织结构影响主要体现在以下三个方面：组织结构扁平化，组织形式虚拟化，组织边界模糊化。面对变化莫测的市场环境，组织结构将朝着“以优化用户体验为前提、以激活员工能力为目标、以内部创业为创新机制”的趋势演化。
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user: 摘 要 本文以混合熔盐HITEC为研究对象，在内置圆形加热棒的封闭方腔内，考虑液相自然对流的情况下，建立熔盐熔化传热的数学模型。FLUENT软件被用来模拟传热过程。考虑不同功率、不同加热棒尺寸对熔盐进行加热，分别获得不同情况下熔盐熔化需要的时间。并分析在某一加热功率下，方腔内温度分布。数值模拟结果表明，自然对流不能忽视，它促进方腔上部的传热，缩短了熔盐熔化需要的时间。随着液相区不断扩大，涡流的影响范围也不断扩大。熔盐熔化过程经过三个阶段：纯导热阶段，相变阶段，自然对流主导阶段，不同阶段方腔内的温度分布差别明显。另一方面，随着加热功率增大，或者增大加热棒尺寸，液相比愈来愈呈现随时间非线性变化的规律。 关键词 :熔盐，自然对流，相变，传热，数值模拟 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 由于化石燃料等不可再生资源的短缺，人们日益重视能源的使用朝多元化、清洁化、可持续的方向发展。根据国际能源署(IEA)发布的2016年世界能源展望，未来20多年里世界能源需求预期增长30% [ 1 ] 。当前我国实现全面建成小康社会和现代化目标，能源消费将持续增长。人类面临能源革命机遇，掀起了一系列的创新的技术，其中储能技术在能源的供应和能源可持续发展中发挥重要作用，普遍应用于太阳能高温储能、电力负荷转移、工业余热回收。发展高效储能技术，有利于提高能源的使用效率 [ 2 ] [ 3 ] 。 在储能技术发展中，熔盐作为高温载热蓄热流体在冶金领域、化学产业和金属处理行业已有一定的应用。从20世纪80年代，随着太阳能热发电技术的不断发展，熔盐蓄热储能的研究不断获得进展 [ 4 ] 。优化换热单元的几何结构是一种提高蓄热系统传热性能的重要改进方式，文献 [ 5 ] 认为，矩形结构材料熔化时间少于圆形结构的时间。 同时蓄热材料的自然对流对蓄热的影响也不容忽视。文献 [ 6 ] 给出自然对流的存在加强方腔蓄热装置相变材料的内部传热，因此促进材料熔化。文献 [ 7 ] 分析在充满空气的方腔内置圆柱均匀加热对自然对流的影响。不同相变材料由于物理性质不同，相变熔化过程也不同。文献 [ 8 ] 、 [ 9 ] 分别研究多孔介质、纯金属镓在封闭方腔内相变熔化蓄热过程。方腔壁面初始条件和方腔内部热源的有无、分布、大小等都会对自然对流造成影响 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 。但是文献 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 只研究了空气的自然对流过程，没有涉及方腔内相变材料的固液相转变的熔化过程。综上文献所述，前人研究相变蓄热材料没有涉及在矩形结构中熔盐材料熔化蓄热问题，更没有考虑熔盐熔化过程中液相的自然对流对蓄热过程的影响。 本文的研究对象是一种以混合熔盐HITEC作为相变蓄热材料的方腔式蓄热结构，在方腔内布置加热源，且四周绝热。利用FLUENT软件，研究相变材料从固相到液相的熔化相变传热过程，液相的自然对流对相变蓄热过程温度变化的影响，以及考虑内置热源功率的变化和加热棒尺寸的变化等因素对熔盐相变过程的影响。采用FLUENT软件求解封闭方腔内自然对流问题在文献 [ 13 ] 中已有报道。
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user: 2. 物理模型 图1所示，在正方形方腔内有三元混合熔盐HITEC，金属棒作电加热元件对熔盐进行加热，方腔四周绝热的条件下，用数值模拟的方法研究熔盐熔化过程的变化情况。方腔的边长a = 30 cm，金属棒直径d = 10 cm。熔盐的初始温度为25℃(298 K)，金属棒的电加热功率为q = 500~3000 W/m 2 。 从传热学方面看，熔盐熔化过程固液相问题的实质是相变的传热问题，又被称作斯蒂芬(Stefan)问题 [ 14 ] ，对于混合熔盐相变材料，在固、液共存的两相间有一个分界面，它是具有一定宽度的两相糊状区，相界面随着熔盐熔化或凝固的进行，伴有潜热吸收或者释放。熔盐相变时液相会产生自然对流，这是因为温度变化造成的。 为了分析方便，对物理模型作以下假设： 1) 熔盐不可压缩，各向同性，与外界环境不发生任何物质交换； 2) 在材料熔化区间，熔盐的物性参数采用温度的函数，其具体形式在下文叙述； 3) 液相的流动为层流； 4) 熔盐内部初始温度分布均匀。
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user: 3. 数值模型 FLUENT软件中凝固熔化模型(Solidification/Melting Model)是由Voller和Prakash等提出，它被称为“计算材料凝固熔化的焓–多孔法” [ 15 ] [ 16 ] 。在该方法中，熔融界面并不被跟踪，而是在数值分析相变时，计算区域采用材料的多孔性进行表征，其特征在于引入液相系数β，其定义为 β = { 0       T < T s T − T s T l − T s T s < T < T l 1       T l < T (1) 图1. 问题的方腔模型示意图 其中，T s 为固相熔化温度，T l 为液相凝固温度。 3.1. 数学描述 1) 连续性方程 ∂ ρ ∂ t + ∇ ⋅ ( ρ V ) = 0 (2) 其中，ρ为密度， V 为流体速度。 2) 动量方程 ∂ ( ρ u ) ∂ t + ∇ ⋅ ( ρ u V ) = ∇ ⋅ ( μ ∇ u ) + S u (3) ∂ ( ρ v ) ∂ t + ∇ ⋅ ( ρ v V ) = ∇ ⋅ ( μ ∇ v ) + S v (4) 其中，u、v分别为速度 V 在x、y方向上的速度分量；S u 、S v 分别为 V 取u、v时动量方程源项，它们与液相系数β有关。 由于在相变过程中只有液态熔盐才可以流动，根据焓–多孔理论，动量的损失是因为两相区孔隙率减少形成的，则x方向动量方程源项为： S u = ( 1 − β ) 2 β 3 + ε A m u s h u − ∂ p ∂ x (5) 其中，β液相系数，ε为小于0.001的一个常数，避免被0除。A mush 为糊状区的一个连续数，通常取到10 5 。 在计算浮升力引起的流动时，采用Boussinesq假设，则y方向动量方程源项为： S v = ( 1 − β ) 2 β 3 + ε A m u s h v − ∂ p ∂ y − ρ r e f g [ 1 − α ( T − T r e f ) ] (6) 其中，T ref 表示参考温度，ρ ref 为参考温度时的密度，α为体膨胀系数，g为重力加速度。 3) 能量方程 凝固熔化问题能量方程可表示为： ∂ ∂ t ( ρ H ) + ∇ ⋅ ( ρ V H ) = ∇ ⋅ ( k ∇ T ) (7) 其中，H为物质的焓，由材料的显热h和潜热ΔH组成： H = h + Δ H (8) h = h r e f + ∫ T r e f T C p d T (9) 其中，h ref 为参考焓，T ref 表示参考温度，C p 表示等压比热容。潜热部分可从材料的熔化潜热值L求得： Δ H = β L (10) 3.2. 初始条件与边界条件 本研究的计算区域为金属棒外壁与方腔之间的夹层部分，并不包括金属棒本身。为了便于计算，本文简化了模型的初始条件与边界条件。整个区域由圆形金属棒加热。 初始条件： t = 0 ， u = v = 0 ， T = 298   K ； 边界条件： x = ± 0.15   m ， ∂ T ∂ x = 0 ； y = ± 0.15   m ， ∂ T ∂ y = 0 ； r = 0.0 5m 的圆表面上， − k ∂ T ∂ r = q (11) 其中，q为电加热棒功率。 3.3. 熔盐HITEC的物性参数 混合硝酸盐是一种低熔点的水溶无机盐混合物，它是由硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾按照质量比7:40:53配制而成。它的熔点415 K，沸点953 K。 熔盐处于液态时物性参数拟合公式 [ 17 ] 密度 ρ /(kg/m 3 )： ρ = 2287.7993 − 0.748 T (12) 定压比热容C p /(J/( kg·K))： C p = 1507 − 0.1 T (13) 导热系数l /(W/( m·K))： λ = 0.8099 − 7.827 × 10 − 4 T + 1.043 × 10 − 7 T 2 (14) 动力粘度 η/(Pa·s)： η = 0.06248 − 2.253 × 10 − 4 T + 2.7903 × 10 − 7 T 2 − 1.1738 × 10 − 10 T 3 (15) 根据熔盐的凝固温度和熔化温度，确定 T s = 415   K ， T l = 416   K ，熔化潜热 L = 8 0   kJ / kg 。 3.4. 网格划分 利用FLUENT前处理软件GAMBIT划分网格。正式计算之前，考虑网格尺寸和时间步长的无关性验证。为保证收敛效果，采用时间步长为1 s。然后，针对不同数量的网格9061、13，034及20，433，取某一点在某时刻的温度为参考变量进行比较。选取点T (0.05 m，0.05 m)，在加热功率q = 3000 W/m 2 的情况下加热到10 4 s时，记录该点的温度，三种网格下分别为399.444 K、399.635 K、399.826 K，三种网格数下温度相对误差为0.048%，相差非常小。所以最终网格数量确定取13，034。典型的网格划分见图2。