DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 随着我国高等教育国际化进程的不断深入，来华留学生医学教育在留学工作中的地位日益重要。我们以改革、创新，培养具有国际竞争力的“卓越医师”为目标，将基于微信的“微格教学”应用于留学生基础医学教学，组建微格教学团队，实行“专业导师制”、构建基于微信的微格教学平台、微信微格学习模式，推动留学生教学改革，大力提高留学生教学质量，加快医学教育国际化进程。 关键词 :微信微格，留学生，医学教育 Copyright © 2018 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 随着我国高等教育国际化进程的不断深入，境外留学生来我国求学的人数越来越多。2010年9月教育部发布了《留学中国计划》，确立了来华留学发展的战略目标，即到2020年，使我国成为亚洲最大的留学目的地国家，来华留学人员达到50万人次。其中，来华留学生医学教育规模位居专业第二，在留学工作中具有非常重要的地位 [ 1 ] 。在留学生医学教育的机遇和挑战中，如何更好的推动留学生教学改革，大力提高留学生教学质量，培养具有国际竞争力的“卓越医师”，显得尤为重要。 医学基础课程是医学院校课程体系中重要的组成部分，因其学科特点，实验学时较多，注重理论与实践的有机结合，这对提高学生发现问题、解决问题的能力及培养学生的团结协作精神等方面有重要意义 [ 2 ] 。因此，提高医学基础课程的教学实效，为留学生打下坚实的医学基础对留学生后续学习的顺利开展，留学生综合素质的全面提高有举足轻重的意义。
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user: 2. 目前留学生基础医学教学中存在的问题 目前我校留学生基础医学教育尚存在以下问题 [ 3 ] [ 4 ] ：教学资源方面：尽管学校对于留学生教学工作非常重视，投入了大量的人力、物力财力用于留学生教学资源建设，如提升了模拟教学设施和软件，创立了留学生专用的虚拟仿真模拟实验系统，但是相对于中国学生教学资源而言，还是比较匮乏，网络平台和题库建设等仍然处于起步阶段，从某种程度上阻碍了留学生高效学习的进程；留学生方面：一部分留学生学习主动性较差，将所有的时间押注在课堂内有限的学习时间内，缺乏必要的预习和复习，而选择考前三天到一周时间“冲刺”，即机械性记忆名词解释和简答题，导致掌握知识深度不够，对于知识的理解仅限于字面意义，知识点之间的融会贯通缺乏，到了专业课学习阶段很多知识难以理解，导致恶性循环；学习纪律较差，迟到早退现象比较严重，课堂上比较涣散，自主性较强，讲话睡觉现象较普遍，严重影响课堂教学效果；一部分留学生动手能力差，实践动手能力有待提高。教育部对本科教育提出的要求是“宽口径，厚基础”，加强基础理论知识的积累对地方院校留学生而言是非常重要的。因此，整体的培养计划中，公共基础课、专业基础课以及单门课程的理论与实践课时的比例并未大幅度改变，而是在课程的安排上进行调整，以优化理论与实践的结构。而大部分留学生以完成任务为基本目标，在有限的实验时间内，按部就班进行操作，甚至有部分留学生敷衍了事，实验过程中“偷工减料”，还有一些留学生以民族信仰为由，拒绝动物实验，这样，使得在有限的实验时间内，留学生的动手能力难以提高 [ 5 ] 。
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user: 3. 微格教学的提出 微格教学(Microteaching)起源于上世纪60年代的美国，是由斯坦福大学教育学博士Dwight W. Allen 教授及其同事提出。又称微型教学、微观教学、小型教学 [ 6 ] 。微格教学能使受培训者直接地、具体地观察到自己的形象和表现，并让教师和受培训者从不同角度进行分析和评价，最终达到最佳的教学效果。一般微格教学需要在微格教室内进行，教室还需配备专门录音、录像、电脑等设备，对硬件环境的要求比较高、操作方法复杂。笔者设计基于微信的微格教学应用于留学生基础医学教学，基于微信的简易微格教学训练方法，即借助微信公众平台，再利用互联网和带有摄像头的手机来实现微格教学训练的主要功能。随着微信的流行及带有摄像头手机的日益普及，构建这种基于微信的简易微格教学环境非常容易实现，同时微信在保持这些微格教学基本功能和微格教学可反复操作、反馈准确度高及可评价性等基本优势之外，还兼具网络教学效率高、灵活性强、操作便捷的优势。
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user: 4. 基于微信的微格教学构建与实践 4.1. 组建微格教学团队，实行“专业导师制” 组建固定的微格教学团队，以专业指导主要目标为原则，不涉及留学生的生活管理和思想教育，减轻导师制的专业教师工作量，集中力量和专业优势针对留学生专业学习进行有效的指导和培养。第一步进行双向选择，专业导师制确定以专业培养为主要目标开展实施，在充分考虑导师专业背景确定以系统器官为方向的专业组。开学初，进行导师和留学生的双向原则，每个导师带的留学生人数不得超过5个。留学生可以在学院网上查询到导师的基本信息和研究方向，导师则可以通过学院办公室查阅学习档案查阅留学生学习情况，留学生可以根据自己的特点选择导师，导师则可以根据项目需要选择留学生以及制定对留学生的专业培养实施方案。第二步制定专业培养方案，专业导师制的专业培养方案是专业导师制的核心内容，方案是在专业课程教学基础上形成的。专业制培养方案分为两个层面，第一层面为基本专业技能训练方案，即结合专业教学制定的统一方案，主要培养留学生基本专业技能；第二层面为学术培训方案，根据导师科研项目、留学生自身情况进行制定实施。第三步方案的实施，首先针对专业课特点以及培养目标，结合目前专业技术发展现状和发展趋势，设置基本专业技能训练培养方案，并将专业技能训练培养方案直接融入教学中，由专业任课老师布置相关的大设计或大作业，这些设计都以实体项目为背景，紧密的结合实际，布置后各个组在导师的指导下完成。 4.2. 基于微信的微格教学平台的构建和应用 数字化网络微格教学平台 [ 7 ] 集微格教学、多媒体存储、视频点播、数字化现场直播等为一体，采用计算机设备，通过交换机连接校园网或Internet，信息记录采用硬盘存贮，学习者登录本平台即可以进行点播、测评与观摩学习。本教学平台主要分为前台和后台两部分。前台主要为学习者及教师提供微格教学及学习的相关服务，训练者登录前台完成教师发布的训练任务并查看老师对自己训练的评价，同时可以申请训练任务，可以播放其他练习者的训练视频，可以下载学习相关资源，可以通过在线答疑向教师或学习伙伴提出疑难解答请求，可以通过论坛交流学习，还可以查看管理员发布的新闻。教师在前台除了拥有留学生相同的权限外，还可以向留学生发布训练任务，但要进入后台对任务进行审核、申请微格训练教室及分组和向组内添加学习成员等工作，教师在前台可以对留学生训练情况进行评价。后台主要是供管理员或教师微格教学管理使用。教师登录后台后在自己权限范围内对平台作相应操作，管理员拥有管理整个平台的管理权限，且可以给不同类别的使用者分配权限。申请微信公众号建立微信手机客户端，申请微信公众平台账号建立微信电脑客户端，上述两个客户端能实现手机对手机，手机对电脑的信息互通。教师可以利用手机或电脑在线点评学生的理论及实验操作，而学生也可以通过手机或电脑进行互评。 4.3. 基于微信的微格教学课堂 教学前准备：包括两个方面：① 教师：对参与微格教学的教师进行手机和电脑客户端使用的相关培训，同时要求教师观摩标准实验示范视频，保证每位教师实验教学操作的一致性。② 学生：对参与微格教学的学生进行手机和电脑客户端使用的相关培训，指导学生手机摄录操作视频时的拍摄要点，同时对学生进行分组，保证3~4人为一个学习团队；教学实践：将教学内容分解，每部分内容由一教师进行在线指导和点评；学生登录微信下载视频，参照视频进行自学和团队学员间的讨论，之后再用手机记录下自己的学习总结或操作视频并上传至个人视频档案中；反馈和评价：教师从微信中调阅学生学习及操作视频，观看同时在微信客户端上进行点评，指出学生不足之处；学生也可通过视频回放，将自己的视频同标准示范视频比对，从中找到自己的问题；而其他学生也可在微信客户端上对该学生的视频提出建议；学生吸收三方评价的意见，再次进行学习总结和操作演练，并将纠正后的演练过程用手机留下视频，并上传至个人视频档案中以供最终考核评分。 将教学范围浓缩，以专题教学为模块，结合网络资源，开展微信微格，从训练空间方面看，基于计算机网络技术和移动通信技术的拓展，微格教学训练可以开放到更多的场所；从微格教学的训练时间方面看，基于信息技术的延伸以及开放的教学资源，微格教学训练也可以给予留学生更多自主学习的机会，是提高留学生基础医学教学质量行之有效的方法。
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user: 摘 要 射频层析成像(Radio Tomographic Imaging， RTI)技术作为免携带设备定位(Device-free localization， DFL)的主要方式之一，具有广泛的应用前景。本文针对现有RTI技术中椭圆权重模型的不足，基于菲涅耳衍射理论提出了新的权重模型：双层椭圆阴影权重模型，它提高了RTI成像质量，也提升了免携带设备定位的定位精度。室内外实验结果表明，该方法的成像质量和定位精度都要优于现有RTI方法。 关键词 :免携带设备定位，射频层析成像，菲涅耳衍射理论 Copyright © 2018 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 与传统定位方式要求定位目标必须携带与定位系统相匹配的定位设备(如GPS接收机、手机等)不同，免携带设备定位(Device-free localization， DFL)无需定位目标携带任何定位装置，也无需定位目标主动参与定位过程 [ 1 ] [ 2 ] ，因此DFL在人员搜救、非法入侵检测、特殊情况下的老人照料等传统定位方法无法实现的定位领域可以发挥重要作用。相比于现有的基于摄像头，超宽带雷达，红外和超声波等技术的免携带设备定位 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，基于无线传感器网络的DFL技术因其成本低、通用性好并能够穿透墙壁、烟雾进行定位等优点成为当前DFL领域的一个研究热点。同时，随着研究的深入，相关技术已经推广到了人体姿态识别和心率测量等 [ 6 ] 。因此，免携带设备定位技术及其衍生技术有着广阔的应用前景。 目前基于无线传感器网络的DFL方法大致可以分成3类，即指纹定位方法 [ 7 ] [ 8 ] 、射频层析成像方法(Radio Tomographic Imaging， RTI) [ 9 ] [ 10 ] 和几何定位方法 [ 11 ] [ 12 ] 等。其中RTI方法最早由犹他大学的Neal Patwari [ 9 ] [ 10 ] 等人提出，通过在目标区域的边缘布置若干收发节点，根据每个节点接收到的信号强度(Received signal strength， RSS)的变化来反映目标的影响，并借鉴医学CT思想用反演图像的方式呈现出定位结果，该方法由于其直观性强而受到较多关注。RTI方法的核心是通过一个阴影权重模型，构建RSS值变化与目标位置之间的关系，然后通过正则化方法反演出位置图像。因此，阴影权重模型成为决定RTI成像质量的关键因素之一，因而也成为RTI研究的重点之一。从最早Zhang等人提出的矩形模型开始到广泛应用的椭圆模型 [ 9 ] [ 10 ] ，都只单纯考虑了链路长度对于权重的影响，忽略了被定位目标与链路之间的距离关系。更为重要的是，这些模型认为椭圆内所有格点的权重相同，也不符合实际情况。为此，Hamilton等人提出了一种以包含目标的最小椭圆面积的倒数为权重值的IAEM模型 [ 13 ] ，一定程度上克服了原椭圆模型的缺点。最近菲涅耳衍射理论被越来越多地考虑，马鞍模型(SaS) [ 14 ] 和衍射模型 [ 15 ] [ 16 ] 中均将菲涅耳衍射理论作为建模依据。但这些模型给出的不再是单纯的权值，而是具体的RSS变化量，已无法直接用到现有RTI方法中。 因此本文针对上述问题，依据菲涅耳衍射理论提出了一个新的阴影权重模型：双层椭圆阴影权重模型。以此达到更精确描述RSS值变化与目标位置之间关系的目的，并将新模型运用到RTI中，改善成像质量，提高定位精度。
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user: 2. RTI基本原理 2.1. RTI原理简介 假设定位区域周围布置了L个无线节点，一共可以组成M = (L − 1)L/2条无线链路，并且将定位区域划分为N个网格，可以形象地将这些网格称为“像素”。相对于无目标时空区域，当待测目标进入定位区域时，会引起RSS值的变化： y = W x + n (1) 其中y表示目标进入定位区域前后RSS测量的差值，W是阴影权重矩阵，x是像素点上的信号衰落值，n为噪声。为了从测量数据中估计一个图像，通常需要在最小平方误差的情况下寻找最优解： x L S = arg min x ‖ W x − y ‖ 2 2 (2) 可以通过设置等于零的梯度来得到最小二乘解，结果是： x L S = ( W T W ) − 1 W T y (3) 在吉洪诺夫正则化中，将能量项加到最小二乘公式中，从而得到目标函数： f ( x ) = 1 2 ‖ W x − y ‖ 2 + α ‖ Q x ‖ 2 (4) 其中Q是吉洪诺夫矩阵，它使一个解具有一定的期望性质。 由于图像是二维的，所以正则化应该包括在垂直方向和水平方向上的分量。矩阵DX是水平方向的差分算子，DY是垂直方向的差分算子。正则化函数可以写成： f ( x ) = 1 2 ‖ W x − y ‖ 2 + α ( ‖ D X x ‖ 2 + ‖ D Y x ‖ 2 ) (5) 在求解过程中设置导数和等于零可得到结果： x = ( W T W + α ( D X T D X + D Y T D Y ) ) − 1 W T y (6) 2.2. 现有椭圆模型的不足 现有的椭圆阴影权重模型是以一对收发节点为焦点构成一个椭圆，椭圆外部的像素点权值设为0，椭圆内部的像素点权值依据下式计算得到： W i j = { 1 d     i f     d i j ( 1 ) + d i j ( 2 ) < d i + λ 0                     o t h e r w i s e (7) 其中d i 表示第i条链路长度，d ij (1)，d ij (2)分别为像素点到两节点的距离，λ为椭圆短轴长度，i为链路序号，j为像素点序号。 该权值的计算依据在于：链路越长，当该条链路与其它链路相交时的权重就应该越低。一般来说，目标遮挡一条短链路对RSS值产生的影响要大于遮挡一条长链路产生的影响 [ 9 ] ，因此有一定的合理性。但是，许多实验表明仅仅依靠链路的长短来确定权值是不够的。由于人距离收发节点的远近不同会导致对链路不同的影响，因此对于同一条链路，将椭圆内所有像素设为同样的权值是不符合实际情况的，也会导致定位效果的变差。
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user: 3. 双层椭圆阴影权重模型 菲涅耳衍射理论认为空间任意一点处的辐射场，是包围波源的任意封闭面上产生的所有次波在该点所产生场叠加结果 [ 17 ] [ 18 ] 。通过菲涅耳半波带法可以将链路周围的区域划分为若干个菲涅耳区，这些菲涅耳区是以收发节点为焦点的旋转椭球。若某点到收发节点的距离之和与链路长度相差n个半波长，则该点为第n菲涅耳区的边缘，而该椭球的短半轴长称为最大第n菲涅耳半径，如图1所示。 通过菲涅耳半波带法可以论证：某点的场主要取决于第一菲涅耳半波带，90%的能量都在第一菲涅耳区内传播 [ 17 ] [ 18 ] 。因此，可以认为当目标遮挡住链路的第一菲涅耳区时，视为有效遮挡。而当目标处在第一菲涅耳区外部时，可以认为对链路测量值的影响很小，此时权值和椭圆模型一样均设为0。下面重点分析像素在第一菲涅耳区内的权值设定。 首先，对于同一条链路，在距离收发节点距离不同的位置对于RSS值影响是不同的。当人遮挡的面积占第一菲涅耳区某截面的百分比越大时，对RSS值的影响也越大。故下文讨论对于同一条链路，人在不同位置遮挡住的面积占第一菲涅耳区在该处的截面面积的百分比的变化情况，如图2。 根据上图可以计算人遮挡住的面积占第一菲涅耳区在该处的截面面积的百分比P： P = r 1 2 − ( h 2 ) 2 * h + 4 π r 1 2 * arcsin h 2 r 1 360 π r 1 2 (8) 图1. 菲涅耳区示意图。S，R表示收发节点 图2. 将人近似视为圆柱体站在链路中，椭圆为第一菲涅耳区，人的体宽设为h，截面图中o为圆心，r 1 为第一菲涅耳半径 以下文使用的实验场景为例，链路最短大约是2 m，最长大约是72 m，与此对应的最大第一菲涅耳半径为0.21 m到0.556 m。若把人的体宽取为0.3 m，则P关于r1的函数图像如图3，可见在此范围内，函数是单调下降的。 对于一条链路，收发节点处对应的第一菲涅耳半径最小，逐渐扩大到链路中点对应的最大菲涅耳半径，根据上图可知，随着第一菲涅耳半径的扩大，P越来越小，因此对RRS值的影响也越小，故可将像素点权值的大小设为该点对应的第一菲涅耳半径的平方成反比。同时，考虑到对于同一条链路某位置的一个横截面，当人偏离链路时，遮挡的面积占截面百分比比人恰好在链路上时更小，对信号传播的影响也越小。因此，结合菲涅耳半波带法不难发现，越远离链路的位置传输的能量越小，对信号传播的影响也越小。综合这两点：在同一截面，越靠近链路的位置对RSS值影响越大，应赋予更高的权值。由此引入传播主区的概念，对第一菲涅尔区靠近链路和远离链路的区域的权值进行划分。传播主区是指第一菲涅耳区中面积占三分之一的空间区域，又称最小菲涅耳区，它对电波传播起主要作用。因此通过赋予传播主区区域内的像素更大的权值来对第一菲涅耳区内的像素进一步划分，按照第一菲涅耳区域内权重的赋值方法，得到了新的权重模型： W i j = { 1 r 0 2 * d i 1 r 1 2 * d i 0 i f D ≤ r 0 i f r 0 < D ≤ r 1 o t h e r w i s e (9) 其中，r 0 为第i条链路对应的最小菲涅耳半径，r 1 为第i条链路对应的第一菲涅耳半径，D为该像素点到链路的投影距离。菲涅耳半径的计算可参考文献 [ 18 ] 中的已有公式。 图3. 图为百分比P的函数图像，横坐标为第一菲涅耳半径，从0.21 m到0.556 m
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user: 4. 实验结果 为全面衡量本文方法的有效性，本文同时用室外和室内的实验数据对不同模型进行了对比研究。其中，室外数据选取犹他大学实验组的实测数据(数据来源：http://span .ece.utah.edu/rti-data-set)，在6.4*6.4 (米)区域的网络周围均匀布置28个节点测量得到的，通信频率为2.4 GHz。室内数据是在南京师范大学行健楼大厅测得，使用TI公司的CC2530模块组建定位网络，通信频率也为2.4 GHz，实验范围为5*5 m的区域，在周围均匀布置20个收发节点。图4为实验环境图片。 4.1. 定位效果图的比较 首先通过RTI成像图直观地感受三种模型的定位效果。图5的(a) (c) (e)分别是室外环境中椭圆模型、马鞍模型、双层椭圆模型在(0.91， 2.74)位置的定位图(单位：米)，(b) (d) (f)是室内环境中椭圆模型、马鞍模型、双层椭圆模型在(1，2)位置的定位图(单位：米)。 由上图比较可以发现，在室外定位情况下，双层椭圆模型相较于椭圆模型，定位目标被框定在更小的范围内，相较于马鞍模型，背景较为清晰。在室内定位情况下，由于墙壁的反射等原因，背景相较于室外更为复杂，但双层椭圆模型依然能成功实现定位，且效果良好。 4.2. 室外定位数据结果比较 为了更全面反映定位性能，本小节给出不同模型经过多次实验后的统计结果。通过选取若干个位置作为样本，每个位置选取50组测量数据，每一组数据都用RTI成像，把亮度值最高的像素点所在位置作为定位目标位置，再计算与真实位置之间的距离作为误差，对于同一样本的50组数据的误差取平均作为样本的误差。 室外数据随机选取了14组样本，在定位过程中，椭圆模型和马鞍模型都存在因为伪目标亮度高于目标而出现定位失败的情况，表1中的数据是在除去这些定位误差较大的位置之后计算所得，数据都是用样本的误差进行计算的。由此看出双层椭圆模型在直接取最亮点定位时效果较好，优于马鞍模型，且相比椭圆模型精度提高明显。这是因为利用本文提出的模型进行反演，所得成像结果的背景较为简单，伪目标较少，而椭圆模型和马鞍模型的背景较为复杂，可能会有一些伪目标的亮度值过高，导致定位失败。 4.3. 室内定位数据结果比较 室内实验中随机选取了13个样本，用三种不同的模型进行定位。表2展示了三种模型的定位误差。 从这些结果可以看出，在室内复杂环境下，本文提出的双层椭圆模型依然可以成功实现定位，并且相较于其他模型，在定位精度上具有较明显的优势。 图4. 单人测量图 图5. 三种模型在室内室外环境的定位图比较 Table 1 Comparison of three model positioning errors of outdoor dat 均值 中值 最大值 标准差 椭圆 0.23 m 0.24 m 0.35 m 0.09 m 马鞍 0.21 m 0.16 m 0.43 m 0.09 m 双层椭圆 0.19 m 0.17 m 0.43 m 0.08 m 表1. 室外数据三种模型定位误差比较 Table 2 Comparison of three model positioning errors in indoor dat 均值 中值 最大值 标准差 椭圆 1.81 m 1.12 m 4.09 m 1.49 m 马鞍 1.20 m 0.57 m 4.36 m 1.42 m 双层椭圆 0.90 m 0.28 m 3.04 m 1.05 m 表2. 室内数据三种模型定位误差比较
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user: 5. 结论 本文针对现有RTI方法中权重模型的不足，提出了基于菲涅耳衍射理论的双层椭圆权重模型。通过对第一菲涅耳区和第零菲涅耳区内的像素点赋予不同权重，以及对距离收发节点远近不同的像素点赋予不同的权重，来提高RTI的成像质量和定位性能。室内外实验结果表明，该方法的成像质量和定位精度都要优于现有RTI方法。
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user: 摘 要 本文研究了用紫外荧光法测定石油产品中硫含量的准确度与精密度。硫含量范围在1~10 mg/kg和10~100 mg/kg的浓度范围内线性关系均良好，r = 1。对50批次汽油、柴油、航煤进行硫含量测定，紫外荧光法的相对误差有45批次在±3.8%以内，而能量色散X射线荧光光谱法的相对误差是紫外法的几倍甚至几十倍，准确度低，紫外法的精密度低于3.44%。结果表明，紫外荧光测硫仪测石油产品中的硫含量具有较高的准确度和精密度。 关键词 :紫外荧光法，石油产品，硫含量，对比分析 Copyright © 2018 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 随着我国经济的快速发展，石油产品的消耗量也在逐渐增加，目前石油产品主要有汽油，柴油，航空煤油(以下简称航煤)、石脑油等。为了保护环境空气质量，降低大气污染，2018年1月1日起，全国范围内实施国五排放标准 [ 1 ] ，降低石油产品中的硫含量。石油产品中的硫主要以硫化合物存在，不仅影响着石油产品的质量，也影响运输、腐蚀设备，因此硫作为石油产品检验的一项重要指标 [ 2 ] [ 3 ] 。传统的测硫方法有管式炉法 [ 4 ] 和微库仑法 [ 5 ] ，虽然准确度较高，但是操作起来麻烦。目前实验室常用的测石油产品中的硫含量的方法主要有能量色散X射线荧光光谱法、波长色散X射线荧光光谱法和紫外荧光法。能量色散X射线荧光光谱法操作简单，但测试成本较高，并且多用于测试硫含量较高的油品；波长色散X射线荧光光谱法分析速度快，操作简便，但仪器设备昂贵，而紫外荧光法精密度高，灵敏度高，有较好的选择范围并且也是进出口检验仲裁的方法 [ 6 ] [ 7 ] 。本论文主要研究用紫外荧光测硫仪测定石油产品中的硫含量的准确度与精密度。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验原理 紫外荧光法测定硫含量采用标准ASTM D5453-16 [ 8 ] 。在氧气充足的条件下，样品在1050℃的温度下完全氧化，样品中的硫转化成SO 2 ，SO 2 在特定波长的紫外线照射下变为激发态，当激发态的SO 2 跃迁到基态时释放出光量子，发射出的光信号由光电倍增管按特征波长检测，发射出来的荧光强度与样品中的硫呈线性相关关系 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 。反应式如下： S + O 2 = SO 2 SO 2 + hv → SO 2 * SO 2 * → SO 2 + hv 2.2. 仪器与实验操作条件 实验仪器与操作条件见表1。 2.3. 绘制标准曲线 用紫外荧光法测定石油产品中的硫含量，此方法检测分析前需要根据标准样建立标准曲线，本实验选取了1 mg/kg，3 mg/kg，5 mg/kg，7 mg/kg，10 mg/kg，30 mg/kg，50 mg/kg，70 mg/kg，100 mg/kg硫含量的标准溶液建立标准曲线，分析数据并由系统软件自动处理建立曲线。进行样品分析时仪器自动将样品数据与标准曲线比较，由此确定样品中硫的含量。1~10 mg/kg硫标准曲线如图1所示，10~100 mg/kg硫标准曲线如图2所示。 2.3.1. 标准曲线方程 1~10 mg/kg和10~100 mg/kg标准曲线方程以及曲线的相关系数如表2所示，曲线的线性相关系数为r = 1，曲线的线性相关良好。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 不同测试方法测硫结果与厂检结果 用紫外荧光测硫仪和能量色散X射线荧光光谱仪分别对进口的50批次石油产品进行硫含量的测定，其中汽油32批次，柴油13批次，航煤5批次，每个样品测两遍，取平均值，将测定结果与厂检结果进行比对，相对误差1为紫外法与厂检的相对误差，相对误差2为X-荧光法与厂检的相对误差，结果如表3所示。 3.2. 紫外荧光法的准确度分析 以厂检结果为参考值，紫外荧光测硫仪测得的结果和能量色散X射线荧光光谱仪测得的结果为实测 Table 1 Instrument and experimental operating condition 仪器 裂解温度 氩气 氧气 进样量 紫外荧光测硫仪 (Antek 9000 s) 1050℃ 纯度：99.99% 流量：50~200 mL/min 纯度99.75% 流量400~650 mL/min 5 μL 10 μL 表1. 仪器与实验操作条件 图1. 1~10 mg/kg硫标准曲线 图2. 1~10 mg/kg硫标准曲线 Table 2 Standard curves of different concentration 浓度范围(mg/kg) 曲线方程 相关系数 1~10 y = 1219x + 1601.7 r = 1 10~100 y = 145.03x − 242.32 r = 1 表2. 不同浓度的标准曲线 Table 3 The result of Sulfur Measurement with different test methods and the result of factory inspectio 编号 样品 紫外法(mg/kg) 厂检(mg/kg) X-荧光法(mg/kg) 相对误差1 (%) 相对误差2 (%) 1 汽油 13.66 13.2 46.8 3.5 2.54 2 汽油 13.49 13.5 40.9 −0.074 2.03 3 汽油 3.00 3.0 11.5 0 4.25 4 汽油 5.70 5.7 64.0 0 10.23 5 汽油 7.30 7.3 74.0 0 9.14 6 汽油 10.22 10.4 57.4 −1.7 4.52 7 汽油 18.71 19 82.8 −1.5 3.36 8 汽油 8.95 8.8 42.4 1.7 3.82 9 汽油 8.93 8.8 41.2 1.5 3.68 10 汽油 8.95 8.8 42.0 1.7 3.77 11 汽油 8.91 8.8 42.4 1.2 3.82 12 汽油 8.93 8.8 41.9 1.5 3.76 13 汽油 8.96 8.8 41.8 1.8 3.75 14 汽油 8.94 8.8 41.6 1.6 3.73 15 汽油 8.95 8.8 43.4 1.7 3.93 16 汽油 8.99 8.8 42.0 2.2 3.77 17 汽油 8.95 8.8 41.8 1.7 3.75 18 汽油 6.20 5.9 46.1 5.1 6.81 19 汽油 8.94 8.8 41.9 1.6 3.76 20 汽油 15.10 15.8 56.7 −4.4 2.59 21 汽油 10.31 10.4 57.4 −0.86 4.52 22 汽油 6.23 6.6 40.9 −5.6 5.20 23 汽油 12.80 13.7 42.4 −6.6 2.09 24 汽油 9.44 9.5 49.3 −0.63 4.19 25 汽油 7.52 7.8 38.9 −3.6 3.99 26 汽油 38.09 38.1 91.2 −0.26 1.39 27 汽油 9.78 9.8 44.0 −0.20 3.49 28 汽油 3.36 3.4 30.7 −1.2 8.03 29 汽油 9.59 9.8 51.0 −2.1 4.20 30 汽油 32.49 32.3 68.9 0.59 1.13 31 汽油 8.66 8.5 36.8 1.9 3.33 32 汽油 7.52 7.8 38.9 −3.6 3.99 33 柴油 6.36 6.5 38.2 −2.2 4.88 34 柴油 4.20 4.0 13.8 5.0 2.45 35 柴油 8.67 8.6 17.5 0.81 1.03 36 柴油 33.51 33.5 81.8 0.030 1.44 37 柴油 7.57 7.5 31.1 0.93 3.15 38 柴油 6.70 6.7 56.6 0 7.45 39 柴油 5.23 5.2 38.0 0.58 6.31 40 柴油 7.61 7.91 51.4 −3.8 5.50 41 柴油 3.42 3.6 30.9 −5.0 7.58 42 柴油 36.20 35.9 41.7 0.84 0.16 43 柴油 8.30 8.6 17.5 −3.5 1.03 44 柴油 6.21 6.2 13.9 0.16 1.24 45 柴油 5.50 6.1 12.4 −9.8 1.03 46 航煤 40.81 40.9 102.8 −0.22 1.51 47 航煤 30.50 29.6 77.6 3.0 1.62 48 航煤 40.36 40.1 96.2 0.65 2.30 49 航煤 9.13 9.2 59.4 −0.76 5.46 50 航煤 66.70 66.3 125.2 0.60 0.89 表3. 不同测试方法测硫结果与厂检结果 Table 4 Precision analysis of different sample 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5 1 4.92 6.13 36.14 48.77 9.12 2 4.48 6.18 36.26 46.60 9.47 3 4.56 6.20 36.21 48.06 9.30 4 4.68 6.15 36.20 48.15 9.25 5 4.46 6.18 36.16 49.43 9.19 6 4.52 6.17 36.23 47.98 9.33 RSD (%) 3.44 0.37 0.11 1.79 1.19 表4. 不同样品的精密度分析 值，通过计算得出两种方法每个样品测定的相对误差，结果如表2所示，在50批次的石油产品中，只有5批次石油产品的相对误差大于±4.4%，剩下45批次石油产品的相对误差均在±3.8%范围内，具有较高的准确度。而在50批次的石油产品中，用能量色散X射线荧光光谱法测得结果与相对误差比较，相对误差均很大，是紫外法的几倍甚至几十倍，由此可以看出紫外荧光法测石油产品中的硫含量具有较高的准确度。 3.3. 方法的精密度分析 选取实验室五种石油产品，用紫外荧光法测定硫含量，每个样品测定个六次，精密度分析结果见表4。 如表3所示，每种石油产品测定六次的结果都很接近，样品1的相对标准偏差为3.44%，样品2的相对标准偏差为0.37%，样品3的相对标准偏差为0.11%，样品4的相对标准偏差为1.79%，样品5的相对标准偏差为1.19%，五种石油产品的硫含量结果的相对标准偏差均小于3.44%，可以说明紫外荧光法具有良好的精密度。
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user: 4. 结论 从分析结果中我们可以看出，在50批次的汽油、柴油、航煤石油产品中，用紫外荧光法测定结果与厂检的结果相对误差最小，有45批次结果在±3.8%范围内，具有很好的准确性，而能量色散X射线荧光光谱法测得的硫含量与厂检结果相差较大。选取五种石油产品分别测定六次，从结果中看出五种石油产品的硫含量结果的相对标准偏差均小于3.44%。实验结果表明，紫外荧光法测定石油产品的硫含量具有较高的准确度和精密度，符合进出口检验要求，而能量色散X射线荧光光谱法不适用于低硫含量的石油产品检测。
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user: 摘 要 高古陶瓷通常是指明清以前的瓷器。碗类是陶瓷历史发展过程中最重要的器型，对其研究具有十分重要的意义。本文按照不同时期碗类的发展历史，梳理了碗类器型的历史演变过程；详细探讨了不同时期的主要器型及主要特征；碗类器型从陶器向瓷器的转变过程中呈现出了结构更复杂、难度更高、加工技术水平更高的器型发展特点，并伴随着装饰、纹饰技术和理念而发展。 关键词 :高古陶瓷，陶瓷碗，器型分析 Copyright © 2018 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 高古陶瓷从商周时期萌芽，历经春秋至两晋南北朝的原始期，直至隋、唐、宋、元的成熟期，有2000多年的历史。从中国陶瓷发展史上看，高古陶瓷占据很重要的地位。与明清瓷器追逐工艺的革新、纹饰的亮丽不同。高古陶瓷以素雅为主，且文化价值极高，向来是以器型、釉色取胜。高古陶瓷不像明清官窑一般，在形制、釉色、纹饰发展源流有绪。高古陶瓷多为民窑，在烧制过程中没有规范的流程，多以食用器皿为主。不仅如此，高古陶瓷还具有极强的地域性特征。每个窑口都受当地风土人情的影响，即产生不同的艺术风格。从唐代开始直至南宋，高古陶瓷始终与帝王、宫廷息息相关。它的魅力与价值已经渗入到国家层面的礼器和贵族日常生活中。
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user: 3. 高古陶瓷碗类特征分析 1) 口沿 口沿是碗的结构中倾倒所盛饮食及与口唇接触的部分，也是碗的造型中一个突出的特征，可以单独作为一种碗命名的依据。根据口的造型基本可分为圆口、花口(见表5、表6)，根据弧度曲线主要可以分为敞口、撇口、敛口、直口、唇口、束口、子母口等。 碗的口沿横向截面以圆形最为常见，碗口沿部分的功能决定了以圆形为主的造型。其主要原因为：碗的主要功能是进食，圆口没有棱角，与人的口唇接触时的舒适度高；圆形不容易磕碰能够延长其使用寿命；占据空间基本相同的情况下，圆形的容积要大于方形，较为实用。 花口碗口沿刻四曲，曲较浅，四等分，后曲口加深，演变成葵口，形似花瓣。西方花口器比较盛行，本是中国器皿的造型样式系统中所少见的，至唐代在金银器影响下，才逐渐成为各种材质器皿热衷采用的造型样式，至南宋已经大为减少，但元明清三代仍有一定数量。花口器比以往平滑圆口曲线丰富的多，给人带来不同的视觉感受，对单调的碗类器皿口沿的造型是一个很好的补充。 2) 低足 在碗的造型上，底足是碗与承托面的接触部分，起到支撑作用，其特征在外形的视觉感受上是比较突出的。在碗形器近万年的发展过程中，出现了圜底、圈足、平底、三足、假圈足、玉璧底、饼形足、卧足、高足等多种样式(见表7~表9)。圜底的底足与接触面相接部分变为平面，从而分化为圈足、三足、凹底、平底等形式。后来三足钵异化为钵形鼎，凹底变化出卧足，平底变化出玉璧底。圈足为后来碗的器足的主要形式，不仅分为假圈足、高足、饼形足等类别，且圈足碗本身的高低、斜直等等也产生了非常丰富的样式。 Table 4 The main type of the bowl in the Yuan Dynast 年代 朝代 典型器 名称 典型特征 约公元1271年 元朝 高足碗 造型为口微撇，近底处丰满，下承高足，造型与高足杯颇为相似。 约公元1271年 元朝 折腹碗 腹壁曲线出现转折点，敞口、浅腹、典型折腹碗口与底之间 呈内弧形，底与圈足之间呈外弧形，两圆弧之间有一明显折角。 表4. 元代碗类主要器型 Table 5 Circula 朝代 典型器 名称 典型特征 新石器时代 圆口 碗体为旋转体，口沿为圆形 无棱角，方便进食容量大，不容易磕碰 表5. 圆口 Table 6 The shape of the flowe 朝代 典型器 名称 典型特征 唐朝 花口 口沿刻四曲，曲较浅，四等分， 后曲口加深，演变成葵口，形似花瓣。 表6. 花口 Table 7 Round botto 朝代 典型器 名称 典型特征 公元前5000年 圜底 底部造型为圆弧形，有器壁至底面做圆弧形过渡， 底面与腹壁转折分化不明显。 表7. 圜底 Table 8 Fla 朝代 典型器 名称 典型特征 新石器时代 平底 整个底面比较平坦，无明显起伏。有轻微弧凹的底形也属平底范畴。 表8. 平底 Table 9 Foot Circl 朝代 典型器 名称 典型特征 唐代 圈足 呈平置的圆圈状。圈足形态有高低深浅之分； 足壁有薄厚之别。其成型方法有镶接和旋削两种。 表9. 圈足 圜底碗是特定历史时期的产物，与当时人们的制作工艺、生活环境、使用方式等多种因素相关。制作工艺方面，模具敷泥法受到模具的限制，尽管用模具敷泥法能够制作平底直筒罐、平底壶等器皿，但已经用陶器作为内模，并非陶器制作的初始阶段。在最初原始先民使用自然物如葫芦、果壳做模具的时期，显然自然界中的果壳以圆形为多。即使模具敷泥法成熟以后，制作造型简单的圜底钵仍具有容易脱模等诸多优势。圜底器浑圆的造型，是泥条盘筑或手捏法难以制作的，轮制则更为困难，所以圜底器随着泥条盘筑和轮制这些先进工艺的出现和普及也就相应萎缩。 平底器的出现和普及，同样与制陶工艺和房屋基址面两大因素密切相关。仰韶文化特别是中期以后用各种方法处理居住面使之平整，此时的平底器迅速增多并从数量上在许多遗址中占据绝对优势。并且，陶器烧制的方法，很长时间都是平地堆烧和平放在穴窑中烧制，随着需求量的增加，为了增加产量采用明火逐层叠烧的方法，而碗的器足部分作为承重点，在胎体较厚、自身较重的情况下，用厚实的平底是较为稳妥的办法。 圈足取代平底成为碗类器型，最为普遍的造型样式之前，已经存在了很长时间。圈足自原始社会产生后流传至今，几乎贯穿整个碗形器发展的始终，是中国古代碗类器型最为常见且最为重要的一种底足形式，在晚唐以后成为绝大多数碗的底足形式，样式变化也极为丰富。圈足碗的出现有其必然性，圜底碗放在平面上容易倾覆，为此采取各种方法把圜底碗支稳在另一平面上，除了挖坑、垫石块、垫土块等方法外，一个简单且可以长久有效的方法是用草或树枝编成一个圆圈来垫底，比碎石块或土块支撑更稳当，后来就出现了陶圈架子，用作安放圜底的容器，这是圈足出现的一种最为重要的可能。 3) 腹壁 腹部是碗中部主要的盛储空间，也是碗的主体部位，在其整体结构当中所占体积最大。而碗的腹壁曲线，是其造型样式中最显著的一部分。碗的腹壁依照线形主要分为弧腹、直腹、折腹、曲腹几大类，其中弧腹又按照其弧线的形态，可以分为鼓腹、敞口曲腹、喇叭曲腹；直腹则为直腹、斜直腹和筒腹；折腹则分为折边、折肩、折腰，其中折腰又分为内折和外折，其中占据主流的是弧腹。 在碗的腹壁造型样式中影响最大的两大因素——成型和装烧两大工艺中，因碗类器皿结构相对简单，所以成型技术的影响并不是太大。只是在制作折腹的碗时轮制拉坯可以不用拼接，相对泥片贴敷和泥条盘筑要简单很多，这也是轮制发达的龙山文化不少碗类器腹壁折棱的原因之一 [ 4 ]。
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user: 4. 结论 高古陶瓷是中国陶瓷发展历史上的早期阶段。碗类各种造型的器型绝大多数都起源于这个时期。虽然碗的总体造型变化不大，但随着社会的发展，以及时代的影响，人民生活水平的提高，饮食文化内涵的扩充，人们对碗的造型不断地探索和改进，造型样式在时代变迁中，具有了较强的时代和地域特色。碗类艺术品的出现也是器型变化的主要原因。此外，陶瓷的器型变化还受到制作形成，烧制过程等方面因素的影响。 结合当今市场，凡是具有极高艺术价值和市场价值的碗类艺术品，一定是符合科学的审美比例的，这需要我们在未来的研究过程中，运用数字化手段，例如“切片法”进行具体的数据比对，进一步探讨其中的艺术价值。
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user: 摘 要 仿人手五指机械手在残疾人假肢、远程手术操作、精细微操作等方向上有着广泛的应用前景。为仿人手五指机械手的设计提供依据和参考，设计出合适的仿人手五指机械手，本文按驱动方式的不同，分别介绍了绳索驱动型、连杆驱动型、气压驱动型和关节电机驱动型等种类的五指机械手的工作原理和典型代表。最后，分析各种仿人手五指机械手的优缺点，并给出了其各自的应用方向。 关键词 :仿生，机器人，五指机械手，自由度，气动肌肉 Copyright © 2018 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 机械手是一种能模仿人手和手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动化操作装置 [ 1 ] 。为降低成本、节省劳动力、增加效率、保障产品质量减少恶劣环境下人工作业，其被大量采用。按外观结构形式，机械手主要可分为两大类：一类是为高效地完成特定动作而设计的机械手，这种机械手的机械结构简单，自由度较少，主要用在工厂自动化中。另一类是完全按照人手形状设计成的拥有五根手指的灵巧型机械手，这类机械手自由度较多，更灵巧，更接近人手可以协助人完成更复杂的工作。如用于外科手术的感应型仿生机械手臂，可以进行远程控制完成手术，作为残疾人和瘫痪人员的假肢，帮助病人生活自理 [ 2 ] [ 3 ] 。因此，仿人手五指机械手用途广、意义重大，一直是仿生机器人研究的重点。 目前，国内外学者设计出了绳索驱动型、液压型、气压型、电机驱动等多种仿人手五指机器人。为了更好地设计和研究仿人手五指机械手，本文将依据驱动形式对目前的几类仿人手五指机械手进行介绍，为仿人手五指机械手的设计提供思路。
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user: 2. 仿人手五指机械手 2.1. 绳索驱动型 绳索驱动型仿人手五指机械手的五指运动通过绳索拉动关节运动实现 [ 4 ] 。图1所示为InMooV五指仿人手机械手，其五根手指采用3D打印而成，其大拇指由2个关节，其余四根手指由3个关节。每根手指上有两根线绳索，用于弯曲和伸直手指。绳索穿过手指各节与手指第一节连接，绳索末端通过手心与腕部的绕线轮相连。绕线轮与舵机相连，其运动由舵机控制，如图2所示。每个绕线轮可以控制手指弯曲和伸直的两根绳索，绕线轮旋转时两根绳索，一根释放，另外一根缠绕，使两绳索一直处于绷紧状态，实现手指的有效控制。当对舵机施加控制信号，使舵机旋转，带动绕线轮旋转，使得绳索拉动关节运动，手指即可弯曲或者伸直。由于舵机可以旋转不同角度，且各手指驱动独立，因此，此绳索驱动型仿人手五指机械手可以实现五根手指独立运动，且能够弯曲不同的角度。 2.2. 连杆驱动型 连杆驱动型仿人手五指机械手，其五指运动通过刚性连杆带动，每个连杆采用一个电机控制 [ 5 ] 。图3所示为一种通过连杆机构驱动的仿人手五指机械手，其机械手采用亚克力板材料切割而成，如同真人手大小。如图4所示，不同人手，其五根手指均由3个关节，各关节由铰链相连接，可以绕铰链运动。第一个指节末端与第三个指节头部通过连杆相连，构成杠杠机构。第二个指节末端与支架通过连杆相连。 第三个指节中部固定在支架上，末端通过球头拉杆与舵机相连。五个球头拉杆由五个金属数字舵机控制，当舵机逆时针旋转时，舵机带动球头拉杆下拉，拉杆带动第三个指节绕支架旋转，第三个指节拉动第一个指节绕第二个指节旋转，造成三个指节间夹角加大，手指处于伸展状态。同理，当舵机顺时针旋转时，舵机带动球头拉杆上升，拉杆带动第三个指节绕支架旋转，第三个指节拉动第一个指节绕第二个指节旋转，造成三个指节间夹角减少，手指处于握的状态。控制舵机角度，就能够控制五根手指的弯曲程度。 图1. 绳索驱动仿人手五指机械手 图2. 绳索驱动仿人手五指机械手舵机 图3. 连杆驱动型的五指机械手 图4. 手指各指节间的连接 2.3. 气压驱动型 气压驱动型仿人手五指机械手是采用气压驱动指关节运动仿人手五指机械手。图5所示为德国Festo公司设计的拥有人工骨骼和气动肌肉的双臂机器人 [ 6 ] 。其手指运动采用由高弹性的芳酰胺纤维管子构成的气动肌肉实现。当管子内充满压缩空气时，其管子直径增大，产生形变推动手指运动。当气体释放后，管子直径减小，变形恢复。这种人造肌肉具有巨大的启动能力，它的动态行为类似于人类肌肉。其最大优点时无需再提供任何能量，就能把举起的重物保持在任何位置。 图6为Festo公司设计的一款集控制和传感高度集成化的气动肌肉驱动型仿人手五指机械手。其控制和传感由72个压电比例阀与压力传感器和功率电子器件构成八个阀模块实现。八个阀模块装在靠近肌肉的位置，各个肌肉的拉力和收缩可以通过压力和长度传感器测量。通过调节系统内的压力分布，其运动 图5. 气动肌肉驱动五指机械手 图6. 高度集成化的气压驱动五指机械手 接近人体肌肉的动作，在运动学、快速性、力方面比人体肌肉更加精细化。 2.4. 关节电机驱动型 关节电机驱动型仿人手五指机械手采用关节电机驱动指关节运动。图7为雄克的由关节电机驱动的五指机械手，其五根手指关节处均采用关节电机驱动，具有较高的自由度，灵巧型较高，可以执行不同的抓取动作。该机械手的整套电子装置集成在腕关节中，供电电源采用24 V DC电池，手指上使用的触觉传感器，用于抓取不规则物体或在不可预见的环境下执行抓取任务时提供必要的灵敏度，而弹性手指表面确保安全可靠的夹持物体。因此此机械手无论是尺寸、外形还是移动性，都实现了与人类手型的高度吻合。 图8为博美德的仿人手五指机械手，该机械手由5个模块化设计的机器人手指组成。其所有执行器，电子，多感官系统，机械传动系统是完全集成在单独的手指中。每个手指包含3个驱动的自由度和一种 耦合接头，可提供15种自由度和20个关节的驱动，关节的总数和它们的运动范围，以及大小和外形，都很接近人手。 图9为英国斯迪博假肢矫形器公司开发的最新一代bebionic智能仿生肌电手，其每个手指皆由单独的电机驱动，使其能以自然而协调的方式实现各种动作和抓握，这同样提供了可以贴合外形复杂物体的抓握能力。此智能仿人手五指机械手可以通过软件进行监控、设置和无线编程，使其适应每个使用者的需要。
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user: 3. 结论 为给仿人手五指机械手的设计提供依据和参考，本文依据驱动方式的不同，介绍了绳索驱动、连杆驱动、气压驱动和关节电机驱动等仿人手五指机械手。由前文介绍可知，目前绳索驱动和连杆驱动型五 图7. 关节电机驱动型五指机械手 图8. 多自由度关节电机驱动型仿人手五指机械手 图9. 智能肌电仿人手五指机械手 指机械手研究处于初步，集成度不高，自由度不高、承载能力低、灵巧型较低。气动型机械手承载能力大、响应快、功率重量比大、其驱动原理更接近真实人手。关节电机型驱动五指机械手，自由度较高，灵巧度较高，可以实现各种动作和抓握，更适合应用在假肢和微精细操作中。
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user: 摘 要 为了研究高速列车受电弓平台对受电弓系统的气动阻力影响，本文设计了六种不同形式的受电弓平台，采用计算流体力学中IDDES (improved delayed detached eddy simulation)方法研究了受电弓系统区域的流动特性、气动阻力特性。研究结果表明：高速列车受电弓区域存在强烈的旋涡运动；外置式无下沉结构的受电弓平台导致整个受电弓系统的气动力增大；在下沉高度确定的条件下，下沉式平台的拓扑形式对于气动力的影响很小。研究结果为高速列车受电弓平台的选型与设计提供了依据。 关键词 :高速列车，受电弓平台，下沉式，气动力 Copyright © 2018 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 高速铁路是交通系统中的重要组成部分，高速列车相对于汽车、飞机等交通工具，具有能耗小的特点 [ 1 ] [ 2 ] ，高速列车的空气阻力与列车的运行速度成平方关系，随着列车运行速度的提高，空气阻力占总阻力的比例越来越高，根据相关文献 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ，对于流线型非常好的高速列车，列车运行速度达到300 km/h时，空气阻力可以占到总阻力的75%以上。高速列车运行时所受的空气阻力包括压差阻力和表面摩擦阻力，摩擦阻力主要与列车的表面面积有关，而压差阻力与列车的头型、列车表面的凸起物形状(如受电弓、空调整流罩、受电弓整流罩)、列车底部结构形状、风挡形式等有关，Raghuathan等的研究指出 [ 6 ] ：对于流线型较好的高速列车，压差阻力可以占总阻力的60%。因此，优化列车表面凸起物的形状对于减小高速列车的空气阻力有重要意义。受电弓是一个位于高速列车车顶的重要附属装置，目前，由于受到结构、线路条件的限制，受电弓必须裸露于车顶，造成了高速列车一个较大的阻力源。王洪娇 [ 7 ] 、张雪 [ 8 ] 研究了列车运行时受电弓的受力状态，发现受电弓后部存在强烈的漩涡。郭迪龙研究了高速列车受电弓气动力的非定常特性 [ 9 ] ，得到了受电弓气动力的振荡频率、振幅等。姚拴宝等人的研究表明 [ 10 ] ：对于8编组高速列车，受电弓系统的空气阻力占总空气阻力的12%。可见，虽然受电弓系统的体积较小，但对于整车的阻力有较大的影响。受电弓系统包括绝缘子、受电弓、受电弓平台等，受电弓平台支撑着受电弓立于车顶之上，不同的平台拓扑结构将会直接影响受电弓的受力特性。目前高速列车受电弓平台主要有外置式和下沉式两种，外置式将受电弓直接置于车厢上表面，受电弓受到气流的直接作用承受较大的阻力，如CRH380AL高速列车；下沉式平台将受电弓置于车厢上表面的凹腔内，如CRH380BL高速列车。对于具有凹腔的受电弓平台，气流经过时会形成凹腔流动，不同的凹腔结构会影响气流的流动特性，进而影响受电弓系统的受力情况，因而需要合理设计平台的结构，使之既能有效降低受电弓承受的阻力，又不会增加平台带来的额外阻力。本文通过比较不同受电弓的拓扑，分析受电弓系统的受力，得到高速列车受电弓平台的合理形式。
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user: 2. 受电弓平台的模型及拓扑 根据高速列车车顶的约束，本文设计了6种形式的受电弓平台，如图1所示，图中Model-1为五边形造型，Model-2为外置式无下沉结构，Model-3为椭圆形，Model-4为梯形，Model-5为水滴形，Model-6为矩形。所有下沉式平台深度均为450 mm，相邻面连接处均做倒角处理。在评估时，需要考虑受电弓系统的受力(包括受电弓平台、受电弓)，因此，在计算模型中增加了受电弓装置，同时，为了模拟头型和边界层对受电弓区域的影响，采用了8编组的简化高速列车外形，升弓安装于第3车，降弓安装于6车，受电弓平台、受电弓的安装位置如图2所示。
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user: 3. 网格划分及计算方法 在本文中，采用大型流体计算软件STAR-CCM+对流场进行计算，该软件集成了网格生成、求解器及后处理等功能，本研究中采用切割网格方法对整个计算区域进行网格划分，为了模拟边界层的影响，在壁面附近生成10层边界层网格，总厚度为0.02 m，边界层网格法向的增长比为1.2，这样，第一层的网格高度约为8 × 10 −4 m，这样能保证壁面Y + 在在30~100的范围内。整车的长度为200 m，以列车的高度作为特征长度，简称为H，计算域中气流的入口位于列车头部前30 H，气流出口位于列车尾车鼻锥的60 H，左右两侧及高度方向位于30H。为了能够更精确模拟受电弓区域的流动，在受电弓区域和列车区域进行了加密，采用两个加密区，最内层的网格尺度为0.08 m，外层为0.64 m，整个计算域的网格量约为4000万。图3给出了受电弓平台分析的计算网格。 高速列车受电弓区域的流动呈现出强烈的非定常特性，需要采用非定常方法进行计算，计算中来流的速度为97.22 m/s (350 km/h)，马赫数为0.2859，气流达到了可压缩的范围，因此选用可压缩的求解器， 图1. 16种不同受电弓平台设计方案 图2. 受电弓平台的计算模型示意图 时间项离散采用二阶欧拉方法，物理时间步为0.001 s，内迭代步为20步。为了精确模拟受电弓区域的非定常流动，根据上节中第一层网格高度的设计，湍流模拟采用改进的延迟脱体涡方法(IDDES)结合壁面函数进行模拟。边界条件包括：计算域的四周采用自由来流条件，地面采用运动地面，地面的运动速度与列车运动速度一致，保证地面与列车无相对运动，列车壁面采用绝热无滑移壁面边界条件。
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user: 4. 计算方法的验证 为了验证计算方法和计算网格的正确性，采用具有详细试验数据的3编组，1/8比例的CRH380A风洞模型进行对比，该试验在同济大学的汽车风洞进行。3编组模型包括头车、中间车和尾车，风洞的试验速度为60 m/s，计算网格的划分策略及计算方法的选取与上文中保持一致。图4为风洞的试验模型及网格划分示意图，图5为模型的测压点在车身上的分布。图6为试验数据与计算结果的对比。 图3. 16种不同受电弓平台设计方案 图4. 风洞试验模型及其网格划分 图5. 风洞试验模型的测点 图6. 计算结果与风洞试验结果的对比 计算结果与试验结果处理时，取测压点压力值稳定后1秒内数值进行统计平均，得到该点的压力值，从图6中可以看出：在图中峰值部分(驻点区域)，试验值和计算值符合很好，在车身的平直段和流线型部分，试验结果与计算结果都能符合得很好，这证明了本文中所用计算方法及网格策略划分的正确性。