DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 2013年中国流动人口的总量是2.45亿，超过总人口的六分之一，流动人口总的流向趋势并没有改变，特别是特大城市人口集聚态势还在加强(《中国流动人口发展报告》，2014)。现阶段我国约有2000万穆斯林，而流入城市的就高达300万(《中国宗教报告》，2009)。穆斯林由于具有民族特质与偏好，居住与就业有别于一般流动人口，就业与居住是其流入城市首先面临并急切需要解决的问题，研究流动穆斯林职住状况，不仅能够了解流动穆斯林在城市中的生存环境，也能为政府贯彻流动人口“以房管人、以业管人”服务管理模式提供参考。 中国流动人口居住特征，以租赁住房的方式居住在城市边缘的农村和城郊结合部，居住质量相对较差 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ；就业特征以务工经商为主要目的，以第三产业从业人员为主、第二产业从业人员为辅，职业分布集中，从事技术含量要求较低的工作 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。少数民族流动人口居住特征，在城市中居住相对分散，一般都以民族为单位居住在城乡结合部 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] ；少数民族流动人口就业特征，多从事民族特色产业，其他大多从事城市居民不愿意从事的非管理性与知识性的工作 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 。 流动穆斯林居住特征，以家庭为单位租房居住，住房租金低廉，居住条件简陋，中东部城市流动穆斯林大分散、小聚居在城市各处，西部城市流动穆斯林仍倾向于居住在清真寺周边和穆斯林聚集区。尤佳发现天津、上海、南京和深圳等四城市的流动穆斯林住房以租房为主，达67.9% [ 16 ] 。马青香等发现湖北省W市流动穆斯林以清真寺、业缘、血缘为依托，成内卷化的形式，大分散、小聚居在城市各处 [ 17 ] 。邢晶晶对郑州市流动穆斯林的调查发现有86%的受访者选择的是租房居住，住房质量不高，设备简陋 [ 18 ] 。马晨晨发现包头流动穆斯林出于经济考虑往往选择集中居住在租房费用低廉的棚户区 [ 19 ] 。白晓荣在兰州“东乡村”的调查发现东乡族流动人口居住形式似于“鸽子楼”，居住条件简陋 [ 20 ] 。侯海坤调查发现兰州市穆斯林流动人口在居住上倾向于清真寺周边和穆斯林聚集区，或处在城市边缘乡村和城市的缓冲地带的临时性简陋住所，低矮破败的平房 [ 21 ] 。 流动穆斯林就业特征，就业范围狭窄，集中从事清真餐饮、民族特产销售及建筑业，东西部城市流动穆斯林就业选择存在差异，西部城市流动穆斯林选择就业地点时会倾向于清真寺周边和穆斯林聚集区。李吉和等根据对武汉、广州、杭州、宁波4城市穆斯林流动人口的调查发现他们在城市只能局限于从事相近的职业，必然造成激烈的内部竞争，最具标志的是回族从事清真拉面和维吾尔族从事烧烤业 [ 22 ] 。李晓雨等发现西安流动穆斯林的职业转化途径相对多元化，打工并不是大部分人的唯一选择，约有1/3的流动穆斯林做小生意，而南京的流动穆斯林的职业选择就显得单一，超过八成的流动穆斯林选择打工 [ 23 ] 。马晨晨发现包头市流动穆斯林就业范围狭窄，主要就业于餐饮、服务和建筑业，选择从业地点会考虑是否有相应的清真餐饮和宗教活动场所，满足穆斯林的饮食习惯、丧葬习俗、日常的宗教生活方面的需求 [ 19 ] 。阿布都外力·依米提等发现乌鲁木齐维吾尔族流动人口由外出务工的主要从事小餐饮、小商业、销售新疆干果等行业 [ 24 ] 。王笳舟发现兰州市小西湖穆斯林社区的穆斯林流动人口主要从事一些小日杂商品或低端儿童玩具、儿童服装的批发与零售，经营清真小吃摊、小饭馆、从事牛羊肉屠宰加工，旧家电收售等小本生意 [ 25 ] 。侯海坤调查发现兰州市穆斯林流动人口主要集中在兰州市的次级劳动力市场，以清真餐饮、商品零售、批发、皮毛加工、牛羊屠宰、建筑维修等行业为主 [ 21 ] 。 甘肃省现共有少数民族流动人口36.98万人，流动人口主要来自临夏、甘南、张掖、天水等市州及青海、新疆、宁夏等周边省区(甘肃省民族事务委员会，2014)。兰州是西北地区重要的少数民族聚居城市之一，常住人口361.61万人，少数民族人口15.93万人，其中穆斯林人口12.79万人，占少数民族人口的80.22% (第六次全国人口查普数据，2010)。兰州市流动人口151.70万人(兰州市卫生和计划生育委员会，2015)，少数民族流动人口20余万人(兰州市民族宗教事务委员会，2015)。兰州市城区目前共有清真寺和拱北等宗教场所83处，其中66座主要分布在城关区和七里河区(兰州市伊斯兰教协会，2015)。
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user: 2. 调查区信息采集 2.1. 调查区 兰州市小西湖地区地理位置，不是严格意义上的行政区域，位于黄河以南，五星坪以北，华林山以西，骆驼巷以东，36˚3'~36˚4'N，103˚46'~103˚48'E之间。涉及兰州市七里河区西湖、西园两个街道，主要包括小西湖东街社区、骆驼巷社区、兰工坪北街社区、下西园社区、上西园社区、工林路社区、林家庄社区、西津东路社区、柏树巷社区、五星坪社区、华林山社区等11个社区，见图1。七里河区面积397.94平方公里，辖9个街道、4个镇、2个乡，居住着回族、蒙古族、藏族、东乡族、维吾尔族等44个少数民族，常住人口56.1万，其中穆斯林人口3.12万，回族2.4万人，东乡族0.7万人。西湖街道与西园街道均是现阶段兰州市穆斯林人口最多的街道，西园街道的上西园和下西园一带，西湖街道的骆驼巷、柏树巷等一带，均为历史上形成的典型穆斯林集聚区，目前仍是兰州市穆斯林人口最多的区域，吸引穆斯林人口不断向其集聚，人口密度持续攀升 [ 26 ] 。小西湖地区已建清真寺、道堂及拱北等伊斯兰教宗教场所15处，包括西津东路清真大寺、西湖清真大寺、上西园清真大寺、骆驼巷清真寺、工林路清真大柏树巷清真大寺及华林路清真寺。世居穆斯林长期在此生活，从而吸引众多具有共同信仰的流动穆斯林在居住与就业，选取小西湖地区来研究兰州市流动穆斯林居住与就业偏好具有典型性与代表性。 2.2. 信息采集 本文流动穆斯林是指在兰州市生活3个月以上，主要从农村、城镇流入兰州市且不改变户籍，通过从事各种经济活动，获得一定的收入为主要目的，作为伊斯兰教文化携带者存在的少数民族流动人口。课题组在研究区内采用简单随机抽样方法，对受访者进行当面访问的调查方式以及对部分受访者进行深度访谈，调查问卷涉及受访者基本情况、居住与支出情况、就业与收入情况、居住与就业匹配状况、适应与期望等5方面52个问题，提取信息丰富。课题组于2015年6月至7月穆斯林斋月期间、2016年1月在小西湖地区发放并回收调查问卷320份，从中筛选有效问卷300份。 图1. 调查区示意图 2.3. 样本基本情况 运用SPSS软件对有效问卷进行描述统计，可以看出，调查样本中以男性穆斯林为主，占样本总数的59.7%；样本年龄集中在50岁以下，20岁至40岁的人数占样本总数的68.3%；在民族构成方面，回族和东乡族占绝大多数，占样本总数的99.7%；学历以初中及以下为主，占样本总数的96.4%；被调查者大多数已婚，其中已婚者占82.7%；调查对象的户口性质以农村户口为主，占样本总数的82.7%；流动范围多是甘肃省内跨市流动；流动目的以务工经商为主，占样本总数的92.3%；月收入在3000元以下的样本数占78.7%。调查样本的总体特征可以概括为以回族和东乡族农村户口已婚男性青壮年劳动力为主，他们以务工经商为主要流动目的，文化程度较低，月收入较低。此调查结果与汤夺先2004年对西湖及西园街道少数民族流动人口 [ 27 ] 、良警宇等2005年对西园街道少数民族流动人口 [ 28 ] 的调查结果基本一致，说明2004~2015年之间兰州市流动穆斯林总体特征未发生较大变化。
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user: 4. 居住与就业选择偏好 经过流动穆斯林居住与就业选择偏好影响因素及倾向的分析，结合研究区域住房供给量、房租水平、交通便利程度、就业机会、宗教场所等基本信息来探究流动穆斯林居住与就业选择偏好是什么。 4.1. 居住选择偏好 居住是流动穆斯林进城之后首先需要面对的问题，少数民族流动人口由于自身经济承受能力较差，在居住场所的选择上则多以谋取经济利益、降低流动成本为目的，这就势必要求其在居住的选择上多受经济因素左右 [ 27 ] 。小西湖地区流动穆斯林具有选取住房面积较大房子的偏好，住房面积10平米以上的样本占75.9%，这与农村长期生活习惯有关，多居住面积较大的院落。人均面积10平米以下的样本占93.7%，这与流动穆斯林多是家庭式流动或者与老乡朋友合租房屋有关。房屋配套设施较差，77.7%的被调查者住处无取暖设施、厨房、洗澡间、卫生间，这与流动穆斯林多以进城务工为目的，本着能够满足基本居住要求，多选择房屋配套设施较差的房间居住有关。由于经济收入较低及户籍制度的限制，流动穆斯林不能在兰州市区拥有相对固定的住所，80.1%的流动穆斯林租住私房，月租金在200~400元之间的样本数占68.9%，10.7%的居住在就业场所，骆驼巷社区、柏树巷及上西园社区以自建房源充足，住房以平房及私建低层楼房为主，距离主要工作场所距离较近且交通便利。 马戎指出：“(人口迁移)一般会向自己所属族群人口较多、聚居程度较高的地点迁移，以求得族群和文化归属感和语言习俗方面的便利”。“迁移后会自发形成本族人相对聚居的小社区，使本族的生活习俗、宗教生活得以保持，生活上便于互助，也较易于集体争取自身合法权益” [ 31 ] 。调查样本中68.7%的为回族穆斯林，31%的为东乡族穆斯林，虽同信仰伊斯兰教，不同民族的流动穆斯林对居住选择有着不同偏好，同一民族的流动穆斯林多聚居在一个社区。调查样本中39%的流穆斯林选择穆斯林聚居社区，选择多民族杂居且以穆斯林为主的社区占50%，可见89%的流动穆斯林选择居住在穆斯林聚居、宗教设施完善的社区。流动穆斯林在一定程度上倾向于聚族而居、围寺而居的聚居形式 [ 27 ] 。骆驼巷社区、柏树巷及上西园社区是历史上形成的典型穆斯林聚居区，骆驼巷社区内有骆驼巷清真寺，柏树巷及上西园社区内有柏树巷清真寺与上西园清真大寺，从而能够符合流动穆斯林对社会关系及宗教设施的需求。 Table 3 Tendency type of housing and job preferenc 居住与就业选择偏好倾向类型 频数 比例(%) 居住与就业选择均无偏好倾向 47 15.67 居住选择有偏好倾向，就业选择无偏好倾向 104 34.67 居住选择无偏好倾向，就业选择有偏好倾向 83 27.67 居住与就业选择均有偏好倾向 66 22.00 总计 300 100 表3. 居住与就业选择偏好倾向类型 居住选择偏好影响因素依次为房屋设施、房租水平、民族、居住社区类型，分析可知流动穆斯林居住选择偏好是房屋面积较大，设施以满足基本生活需求，房租较便宜，以本民族流动穆斯林聚居、围寺而居的社区。 4.2. 就业选择偏好 波提斯指出，社会资本是个人依赖网络或更大的社会结构中相互调配稀缺资源的能力。这种能力不仅依赖于个人，而是依赖于个人和他人之间的关系 [ 24 ] 。就业途径调查发现75.3%的流动穆斯林是通过族内人员及家乡朋友，14.7的流动穆斯林通过自己寻找，仅有2.3%的流动穆斯林通过邻居及城市朋友。62%的调查样本的就业身份是雇员，35.7%的是商贩，2.3%的是雇主。现在职业是商贩(40.9%)，餐饮业从业人员(28.2%)，建筑业从业人员(17.4%)。可以看出流动穆斯林社会资本局限在族内人员与家乡朋友，进城之后社会资本未有明显扩展，多是雇员，从事餐饮业与建筑业，商贩多是小本经营，贩卖水果、民族小吃及牛羊肉。职业同质性较强，在城市中不可避免地产生竞争。一般来说，文化程度越高越能掌握先进技术，流动穆斯林文化程度较低，技术水平较低，在就业中处于劣势。结合流动穆斯林社会资本及技术水平，可以看出兰州市流动穆斯林多是社会底层劳动者。 习俗是一种包含习惯、情绪和认知要素的复合物，且不能被轻易的分解。在习惯、情绪、信仰和深思熟虑之间存在着强力的相互影响，彼此之间相辅相成，互为进退 [ 32 ] 。就业倾向中从事民族餐饮(31.5%)，民族食品制造(23.5%)，无所谓(39.6%)，大部分流动流动穆斯林从事民族餐饮与民族食品制作工作，义乌商贸城附近人口流量大，吸引流动穆斯林商贩在此摆摊销售商品，多是清真食品。义乌商贸城附近、硷沟沿与工林路交汇处东南侧清真餐厅较多，能够提供较多的工作岗位，吸引众多流动穆斯林从事餐饮工作。就业地多位于清真寺附近，这些样本就业选择与清真寺及清真餐饮业分布相关，兰州市主要清真寺与清真餐饮业聚集呈对应分布和正相关关系 [ 33 ] 。义乌商贸城附近有柏树巷清真寺与西湖清真寺，硷沟沿与工林路交汇处东南侧有上西园清真大寺与工林路清真寺。宗教信仰与月收入呈负相关，这与流动穆斯林为了在城市中保持虔诚的宗教信仰，多从事清真行业，可清真行业服务员收入水平较低，也有部分流动穆斯林为了较高的收入不得不忍受饮食困难与高强度的体力消耗。 就业选择偏好的影响因素依次为社会资本、宗教信仰、技术水平，流动穆斯林社会资本缺乏、宗教信仰的虔诚、技术水平较低，就业空间选择偏好是位于清真寺周边，职业选择偏好是从事清真行业的服务员及商贩，体力劳动的建筑工人。
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user: 5. 结论 第一，兰州市小西湖地区流动穆斯林居住地与就业地之间距离较短，职住空间匹配程度较高。第二，流动穆斯林居住与就业选择偏好具有一定倾向，居住选择偏好影响因素依次为房屋设施、房租水平、民族、居住社区类型，分析可知流动穆斯林居住选择偏好是房屋面积较大，设施以满足基本生活需求，房租较便宜，以本民族流动穆斯林聚居、围寺而居的社区。就业选择偏好影响因素依次为社会资本、宗教信仰、技术水平，流动穆斯林社会资本缺乏、宗教信仰的虔诚、技术水平较低，就业空间选择偏好是位于清真寺周边，职业选择偏好是从事清真行业的服务员及商贩，体力劳动的建筑工人与运输工人。第三，流动穆斯林集中居住的区域处在城市新一轮改造的范围内，城市相关部门应当充分关注其“围寺而居”的居住诉求，引导其妥善解决居住困难，避免出现不稳定的局面。政府应加大对流动穆斯林职业培训力度，使其具有一技之长能够在城市中就业，支持清真餐饮业发展，并逐步完善社会保障制度。通过改善其居住状况与就业环境，以期让流动穆斯林更好地实现城市适应。 论文不足在于仅对本阶段流动穆斯林进行研究，补充对流动穆斯林持续跟踪调查能够丰富结论。
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user: 摘 要 针对传统柴油机热力系统建模过程中模块化、可重用性、可扩展性和参数化方面的相对欠缺，从基本物理规律出发详细分析了柴油机各部件数学模型，采用面对对象的陈述式建模语言Modelica，以图形化和模块化的方式在Dymola仿真平台上建立了柴油机各主要部件的模型库，使模型具有很好的扩展性和可重用性。通过对模型进行仿真分析并与实测数据进行对比，结果表明：模型具有较高的精度，基于该模型对柴油机进行性能分析可信度较强。最后，在模型的基础上，分析了不同压缩比和供油提前角对柴油机标定工况下主要性能参数的影响，所得结论具有一定理论和工程实用价值。 关键词 :船用柴油机，面向对象，建模，性能分析
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user: 1. 引言 柴油机是柴油机动力装置最重要的组成部分，是一个复杂的、强非线性的系统，系统内部包含多个子系统，且各子系统间相互耦合并涉及到多个学科理论知识。柴油机的工作状态直接关系到整个动力装置运行的安全性、稳定性和经济性。因此，采用合适的方法对其工作过程进行较为精确的数值模拟非常重要，可以应用于柴油机的设计、优化和故障诊断等多方面，从而达到缩短研发周期，降低成本及市场风险的目的。 近年来，国内外针对柴油机建模的研究很多，其模型多可分为容积法模型和平均值模型。容积法模型将柴油机划分为控制容积和节流部件，通过工质的流动和能量传递将它们串联起来，例如，为预测柴油机稳态和动态性能，采用容积法对RT-flex60C电控柴油机进行建模仿真 [ 1 ] ；通过容积法输出图谱，建立主要输入与输出参数间的关系，并将性能参数图谱应用于推进系统动态性能的分析上 [ 2 ] 。平均值模型不研究缸内工质热力参数随曲轴转角的循环波动，重在描述柴油机状态参数的循环平均值随时间的变化 [ 3 ] [ 4 ] 。以上文献的模型都与某些具体型号的柴油机进行了对比试验，证明了其合理性及精确度，但模型在模块化、可重用性、可扩展性和参数化方面相对欠缺，其模型不具有较宽的适用范围。 本文采用面对对象的建模语言Modelica在Dymola平台上建立了柴油机热力系统的陈述式动态模型。Modelica一种基于方程的陈述式多领域统一建模语言，具有面对对象和模块化建模的特点，使系统模块即可以独立建立，又可以快速组装，其建模思想在很大程度上顺应了知识的可累积、可重用和可重构的指导原则 [ 5 ] 。Dymola (Dynamic Modeling Language)是一种基于Modelica语言的复杂多领域建模仿真平台。本文首先从原理上分析并给出了柴油机各组成部件的数学模型，在此基础上利用Modelica语言建立各组件的模块化、参数化模型，利用连接机制将各组件模型组装成柴油机热力系统。
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user: 2. 柴油机数学模型 本文以某型舰用四冲程柴油机为研究对象，对其内部发生的一系列热功转换过程进行建模分析，并将系统部件分为：进排气阀、喷油管、膨胀气缸、气缸壁、活塞、曲柄连杆系统等。图1所示为其结构和工作原理示意图。 在建模过程中，采用了如下假设： 图1. 四冲程柴油机工作原理示意图 (1) 工质的热力学状态参数仅随时间(曲轴转角)变化，并认为工质在缸内各处的状态是均匀分布的，即处于瞬时热力平衡状态 [ 6 ] ；(2) 工质为理想气体，其比热、焓值等参数仅与气体温度和成分有关；(3) 忽略进、排气管内工质的流动过程中所携带的动能，并视为绝热；(4) 喷油燃烧过程遵循双韦伯曲线燃烧放热规律。 2.1. 气缸模型 气缸是柴油机最主要的部件，四冲程柴油机内部进行的过程分别是进气、压缩、膨胀做功和排气，产生的能量再以压力的形式驱动活塞做功。考虑工质在容器内的累积效应，采用容积法进行建模。由质量守恒、能量守恒和理想气体状态方程一起构成缸内工质状态方程组 [ 7 ] ： (1) (2) (3) 式中： 、 、 、 分别为气缸内工质质量、体积、比内能和气体常数； 为进气质量； 为排气质量； 为燃油质量； 为燃油放热量； 为进气比焓； 为排气比焓； 为气缸壁散热量。 式(2)中： (4) 式中： 为工质比定容热容(随工质温度变化)， 、 分别为气缸内工质初始参考温度及比内能。 将式(4)代入式(2)中可求得 ，故气缸内工质温度为： (5) 联合求解式(1)~(5)，即可确定气缸内工质状态参数随时间的变化规律。 2.2. 进、排气阀模型 进排气阀模块模拟了空气在气缸内的流入和流出的过程，计算了进排气阀前后的压力、流量和空气焓值。气缸内进、排气过程相当于空气流经一个面积随时间变化的孔板，并假定该过程为一维等熵绝热流动，进、排气阀几何开启有效截面积可按以下公式计算 [ 8 ] ： (6) 式中： 为气门升程， 为气阀座锥角， 为气阀座喉口直径。 进、排气过程中实际流量与理论流量存在一定差异，这些差异可归结到流量系数 中，可以采用以下经验公式计算： (7) 2.2.1. 进气阀模型 进气阀前后空气的流动均属于亚声速流动，其进气流量变化率为： (8) 式中： 为进气流量系数， 为进气有效截面积， 、 分别进气压力和温度， 为绝热指数。 2.2.2. 排气阀模型 排气可分为两个阶段，初期由于缸内与外界压差较大，可能出现超声速流动，随着压差减小，则转为亚声速流动。 当 时，为超声速流动，排气流量变化率为： (9) 当 时，为亚声速流动，排气流量变化率为： (10) 式中： 排气流量系数， 排气有效截面积， 为排气管压力。 2.3. 气缸壁散热模型 气缸内燃烧产生的一部分热量通过气缸壁与外界的传热而耗散流失。假定燃烧过程中气缸壁温度恒定，则气缸壁传热量为： (11) 式中： 为缸壁传热系数； 缸壁外表面积； 缸壁温度。 缸壁传热系数 的计算采用Hohenberg教授根据内燃机试验所得的有关数据，经整理得到的如下经验公式 [ 9 ] ： (12) 式中： 为活塞平均速度。 2.4. 曲柄连杆系统 曲柄连杆系统的机构如图2所示，根据图中的几何关系可知： (13) (14) 式中： 为活塞速度； 、 分别为曲柄长度和连杆长度； 为曲柄转角； 为曲柄转速； 、 分别为连杆与活塞对称轴形成的角度及其随时间的变化率。 2.5. 活塞 活塞两端分别承受气缸内的压力以及连杆的推力，其所受压力大小为： (15) 式中： 为活塞直径； 为活塞所受压力。 气缸容积大小为： (16) 式中： 为余隙容积； 为上止点高度。 将式(16)两端对时间进行求导，即可得气缸容积随时间变化规律： (17) 其中： 为活塞速度。 2.6. 曲柄箱 曲柄箱内的大气压力对活塞的运动有阻力作用，其大小为： (18) 式中， 为大气压力。 因此，可得连杆作用在活塞上的力的大小为： (19) 图2. 曲柄连杆系统 2.7. 摩擦损失 参考文献 [ 6 ] 通过对多种转速条件下所测得的平均摩擦扭矩值进行线性插值，给出了计算平均摩擦扭矩的经验公式： (20) 式中： 为转速。因此，可知作用在曲轴上的扭矩： (21) 2.8. 燃烧放热模型 气缸内燃油燃烧放热规律按下式确定 [ 10 ] ： (22) 式中， 为每缸循环喷油量， 为燃油燃烧低热值， 为已燃烧燃油质量与每缸循环喷油量之比。 与燃烧的物理、化学过程，发动机结构参数、运行状况等诸多因素相关，很难进行精确描述，本文采用双韦伯函数进行半经验公式模拟，将燃烧过程分为预混合燃烧和扩散燃烧两部分，即 (23) 式中： 、 分别表示预混合和扩散燃烧的燃料分数，并有： (24) (25) 式中： 为预混合燃烧品质指数； 为扩散燃烧品质指数； 为燃烧始点； 为燃烧终点； 为预混合燃烧领先角； 为扩散燃烧燃料分数。
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user: 3. 面向对象的冷凝器系统模型的建立 Modelica是面向对象、陈述式的建模仿真语言，可处理大型、复杂多领域的物理问题。陈述式是指模型在描述的过程中不需要人为指定方程的求解顺序，只要系统方程满足封闭条件，即方程数与变量数相同，系统将自动求解计算所有的变量值 [ 11 ] 。Modelica采用模块化建模，各部件的数学模型重用性强，减少了大型复杂物理模型的建模难度，部件之间靠接口进行连接，接口中定义了各部件之间进行联系的公用变量。为了实现这一方式，Modelica中定义了如表1所示的八种类：class、package、connector、block、function等。建模过程中，首先根据系统工作原理将研究对象拆分成多个相对简单，贴近物理现实的部件对象，再分别建立各个部件的数学模型并对其数据、特性和结构等进行封装以方便后期进行参数化调用。最后利用Modelica的连接机制，建立整个系统的仿真模型。 3.1. 接口的建立 根据冷凝器系统的特性，建立了几类接口，如用来传递进、排气的质量流量、比焓、温度和压力的接口FlowPort，其在Modelica中的定义如下： connector FlowPort Modelica.SIunits.Pressure p； flow Modelica.SIunits.MassFlowRate m_flow； Modelica.SIunits.SpecificEnthalpy h； Modelica.SIunits.Temperature T； end FlowPort; Modelica中变量的定义分为势变量和流变量两种，其中势变量表示，流变量是一种“穿过”型变量，表示某种能量流，用关键词flow限定，如FlowPort中的质量流量m_flow。势变量是一种“跨越”型变量，如FlowPort中的压力p、温度T等。 如图3所示，简单来说，势变量和流变量在接口中公式定义有如下区别： (26) 3.2. 组部件的建立 在建立好接口后，根据各部件的具体情况，分别定义接口、变量、参数以及方程式等，即建立各部件的数学模型并最后将模型进行封装。以气缸模型为例，其模型定义如下： 该模型中定义了两个接口，分别用来接收和传递气缸内压力信号和气缸内体积变化速率以及活塞行 Table 1 Classes of Modelic 名称 含义 作用 class 类 通用类 package 命名空间 模型和库的层次结构组织 connector 端口 组件之间的连接接口 block 框图 兼容基于框图的因果建模 function 函数 过程式模型 type 类型 类型别名 record 记录 数据结构 model 模型 陈述式模型 表1. Modelica类 图3. 接口连接示意图 程变化速率和活塞作用力。接下来进行参数以及变量的声明，参数声明使用关键词parameter。equation区域用来描述模型的行为。最后对模型进行封装和图形化处理，在之后的建模过程中即可对其进行调用，Dymola平台会根据关键词parameter自动生成该模型的参数列表，在随后的调用过程中对不同型号的部件只需在参数列表上对相应参数进行更改即可，不用反复编写其数字方程。依照相同的方法及流程，分别建立了组成柴油机热力系统的参数化、图形化和模块化部件，如图4所示。 3.3. 柴油机热力系统模型构建 在Dymola平台上建立各部件的模型后，根据柴油机结构及工作原理，利用Modelica中接口的连接机制，将各部件组成连接，建立了柴油机热力系统模型，如图5所示。针对不同型号的柴油机，可对各部件参数进行更改，设定相应的工作环境及工况，实现仿真分析。
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user: 4. 仿真结果与分析 本文以某型舰用四冲程柴油机为研究对象，表2所列为该型柴油机的基本参数。 4.1. 模型验证 为验证模型的准确性，根据图5所示的模型及各部件状态方程，利用柴油机推进特性试验提供的进、排气管压力和温度参数作为模型计算的边界条件进行仿真试验，利用Dymola仿真平台分别对柴油机在25%、50%、75%、85%、100%负荷进行了仿真试验，各主要性能参数与实测值的对比情况如表2所示。表中： 为有效功率； 为转速； 为油耗； 为最大爆发压力； 为排气温度。 图6所示为在Dymola平台上计算出的模型在标定工况下缸内压力与曲轴转角的示功图。由表3可 图4. 柴油机系统模型库 图5. 柴油机系统模型 图6. 标定工况下示功图 Table 2 Engine specification 参数 参数 标定功率/kW 5184 标定转速/r∙min −1 1050 缸数 16 缸径/mm 280 行程/mm 290 压缩比 11.7 曲柄连杆比 0.254 燃油消耗率/g∙(kW∙h) −1 207 进气门座锥角/˚ 30 排气门座锥角/˚ 45 进气提前角/˚CA 56 进气晚关角/˚CA 32 排气提前角/˚CA 71 排气晚关角/˚CA 120 供油提前角/˚CA −23 表2. 仿真基本参数表 知，模型计算的柴油机各项主要性能参数与实测数据基本吻合，证明模型具有较高的计算精度，基于该模型对柴油机进行性能分析可信度较强。 4.2. 供油提前角对柴油机主要性能参数的影响 以模型为基础进行仿真研究的目的之一，是利用模型高效、经济、数据完善、模拟精度高的特点，对仿真对象进行性能分析 [ 12 ] 。本文分别以供油提前角为例，利用模型进行性能仿真，分析该项参数对柴油机性能的影响。 Table 3 Comparison of simulation and experimental data of engine performanc 负荷/% 25 计算值 1299.1 660 229.1 6.72 514 实测值 1296 660 228.7 6.78 518 50 计算值 2598.6 830 222.7 9.44 530 实测值 2592 830 225.6 9.53 524 75 计算值 3895.3 950 218.0 12.41 542 实测值 3888 950 218.2 12.37 538 85 计算值 4413.8 990 220.7 13.18 577 实测值 4406 990 219.1 13.07 565 100 计算值 5192.4 1050 221.4 14.16 605 实测值 5184 1050 221.5 14.24 594 表3. 多种工况下主要性能参数仿真值与实测值对比 图7. 柴油机性能参数随供油提前角的变化 供油提前角指的是喷油泵柱塞向高压油管开始供油的时刻，关系到整个燃烧过程的完善程度。以活塞在上止点的时刻对应0˚曲轴转角，计算了供油提前角分别为−26˚、−24.5˚、−23˚、−21.5˚、−20˚、−18.5˚、−17˚、−15.5˚和−14˚时的柴油机主要性能参数变化，其它参数保持不变，结果如图7所示。 从图7中可以看出，随着供油提前角的减小， 和 逐渐增大，而 与 则随之减小。其主要原因为：供油时间推迟使得主要燃烧阶段后移，燃料燃烧不完全，降低了最大爆发压力，增加了耗油量，排气温度也随之增高，从而导致功率下降。例如，当供油提前角为−14˚时，功率比标定工况下降了5.43%。但是，供油提前角过大又会导致柴油机不易启动、工作粗暴等问题。因此，选择好适当的供油提前角后，需要对其进行定期检查、调整。
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user: 5. 结论 本文以某型舰用四冲程柴油机为研究对象，从基本物理规律出发，采用陈述式建模语言Modelica在Dymola平台上实现了模型的建立及运算，并利用实测数据对模型进行了验证，最后分析了压缩比、供油提前角对柴油机标定工况下主要性能参数的影响。仿真结果表明： (1) 与传统的过程式建模相比，采用Modelica语言建模具有良好的开放性和可扩展性。其图形化、模块化建模过程使系统各部件之间关系清晰明了，模型易于理解，并具有很好的通用性和可扩展性； (2) 通过与实测数据相比，证明了所建立的柴油机模型具有较高的精度，可用于分析多项参数对柴油机主要性能的影响，从而为柴油机性能分析和优化提供参考，所得结论具有一定理论和工程实用价值。
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user: 摘 要 本文提出了一个集成了OTN/WDM且低复杂度的交换架构。首先将OTN与WDM集成在一个交换架构中，通过减少其中的OTN交换器数量以降低该架构的复杂度。为缓解因减少交换器数量导致的拥塞上升，需合理配置OTN交换器，本文使用整数线性规划建模，证明该问题为NP-hard，然后使用一种启发法分析其拥塞表现并求解其近似最优解。实验结果表明，合理地分配OTN交换器可以有效的在降低架构复杂度的同时保证合适的拥塞率，从而达到优化OTN传输网络交换结点的目的。 关键词 :OTN交换架构，拥塞率，架构复杂度
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user: 1.背景介绍 近年来，在通信行业中光传送网(Optical Transmission Net， OTN)迅猛发展，它首先继承了传统密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing， DWDM)技术优点，并借用了同步数字序列(Synchronous Digital Hierarchy， SDH)的帧封装方式，增添了电路调度和组网的灵活性，是SDH和DWDM的综合体，能够实现多种业务信号透明传输和封装，支持大颗粒的带宽复用以及交叉和配置 [ 1 ] 。目前OTN技术已经在公网中得到广泛应用，如电信、广电等；同时，在电力系统中的应用也逐渐增多，目前已有山东、山西、辽宁、四川、浙江等省电力公司相继开始采用OTN搭建电力通信网 [ 2 ] ，但由于运维模式、业务流向等与公网相差比较大，因此所选用的OTN设备类型、网络结构等方面与公网差别较大；为了更加有效解决光纤资源、网络带宽、网络安全、网络结构以及业务维护等方面的问题，应该根据电力系统通信本身的特点，选择适宜的OTN引入策略 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。 本文所介绍的集成OTN/WDM的交换架构是由集成了WDM接口与具有传统交换器电层交换功能的OTN交换器组成，该结构将WDM和OTN交换功能集成在一个系统中，避免了WDM和OTN分离系统中的互联，减少了设备数量和跳纤，减少了装机位置和功耗。为了降低该交换结构的复杂度，提出了一种可扩展的交换结构，该结构由容量为120 Gbs的12 × 12 OTN交换器和一个大容量的空间交换结构组成，其中OTN交换器的容量为120 Gbs，规模为12 × 12，而空间交换结构由容量为1.44 Tbs的144 × 144交叉点构成。为了降低拥塞，本文将介绍一个集成OTN/WDM的交换架构，并在此架构中引入空间加速比的概念，随着加速比的增加，交换器的复杂度显然会增加，因此目标是在降低拥塞和架构复杂度之间进行合理得权衡，使得该架构可以减少OTN交换器的个数以及OTN交换资源和空间交换结构的复杂度。为研究因减少OTN交换器所造成的拥塞影响，本文针对路由和交换资源分配问题展开研究，可证明此问题为NP-hard问题，因此将介绍一种启发式方法以评价网络的拥塞情况，同时将研究OTN交换资源和空间交换结构的复杂度。本文首先提出了一种集成OTN/WDM交换架构，接着分析了交换资源分配和路由问题，设计了最小OTN交换资源启发式方法。
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user: 2. 一种集成OTN/WDM交换结构 本文设计了一种集成OTN/WDM的交换节点，此节点有四条来自网状光网络光纤连接，四条光纤分别称作东向、南向、西向、北向光纤。在每条光纤中有48条复用波长信道。光信号由多频道12 × 10 Gbps的PIC聚集接收以降低光接口的能量等开销。在节点的输入和输出处有4块复用和解复用器来进行信号的复用和解复用。在这种数字光子节点中，所有即将到达的通信量，无论是本节点即将接收的流量或是将要被转发的通信量，皆会被PIC进行转化。携带着亚波长信号的波长信号进入交换核心进行OTN/WDM交换。即将被接收的通信量会向高密度N × 10 Gbps收发机分组客户端接口路由；来自同一个方向并且将要继续转发的通信量，经过PIC的光到电转化以及交换核心的交换后便被路由到另外一个PIC进行电到光的转化，然后在网络中继续传播。 本文将转换核心内部分成两层OTN传播架构，此架构可以传递两种光数据单元(ODU)，分别是高阶ODU(H-ODU)和低阶ODU(L-ODU)，分别用f H 和f L 表示H-ODU和L-ODU的比特率。在此引入复用率F，即H-ODU比L-ODU的比值。假设任何一个输入/输出的波长容量是C，与f H 相等，该波长可以携带一个H-ODU或至多F个L-ODU。如果一个H-ODU只需空间交换，则该交换称为直接H-ODU(DH-ODU)，相反若其携带的L-ODU需要时间交换则称作交换H-ODU(SH-ODU)。 在此定义交换核心内的各个参数。其中，N代表进出光纤的数量，W代表每条光纤内携带波长的数量。交换部件由三部分组成，第一和第三部分是K × K OTN交换模型，可以执行空间和时间交换，而中间部分只能进行空间交换，并且只能执行H-ODU的交换。N条进出光纤中的每一条分别包含R个OTN交换器，同时在Q个波长中有Y个波长不经过OTN交换器。假设第一和第三部分的OTN交换用作交换输入/输出的L-ODU和H-ODU。该交换核心内还包含由OTN交换模型构成的ADD和DROP部分，此二部分可扩展或删除架构的通道数目。当 时，此时为一般情况。在最大幅度降低交换开销时，并不能保证交换核心架构的拥塞会降低，根据相关文献的研究，在这种配置下的某些情况里，拥塞概率反而会提高。为了缓和拥塞提高，引入一个空间加速比 ，即OTN交换器的规模与OTN交换器的输入(输出)的数目的比。显而易见，当S大于1时候，OTN交换器的复杂度将会上升，同时也会降低拥塞概率。
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user: 3. 交换资源分配以及路由问题 本章将介绍交换资源的路由及分配问题(Switch Resource Routing and Assignment， SRRA)，首先介绍相关参数： Ø G = (V， E)：该图表示网络的物理拓扑，其中V代表结点，E代表连线；该结点与集成OTN/WDM的交换结点一一对应，而连线与连接两个节点的光纤一一对应；假设结点vÎV，度是 ，与交换结点有 个输入/输出结点一一对应；每个结点配备了K × K OTN交换器，其加速比是S。 Ø U：每个结点的ADD/DROP OTN交换器数目 Ø W：每条光纤承载的波长信道的数目，其中每个信道的容量可以承载一个H-ODU或至多F个L-ODU。 Ø Y：每条光纤中携带的不需要经过OTN交换器的波长信道的数目 Ø ， ： 和 分别代表 ，和 两个结点之间传递的DH-ODU和L-ODU的数目。 本文目标是确定已接收的H-ODU和L-ODU在OTN/WDM网路中如何路由，以及在空间交换中的输入和输出接口选择。同时，需做到在总接收带宽流量需求归一化为一个L-ODU所需的带宽 时，吞吐量达到最大。需要特别注意的是，接收一个DH-ODU和或接收一个L-ODU会分别占用F个和1个总接收带宽流量需求。 为了规范ILP的表达，引入无连接图 ，如图1，其中V * 和E * 分别表示结点和连接。V * 就是包括图中所有的黑色结点，OTN交换器、空间交换器输入和输出端口，以及ADD/DROP端口。而E * 就是图中所有连线的集合。 在此使用整数线性规划，为配备该交换器网络中的路由和交换资源分配问题建模。由于本文篇幅有限以及该问题参数过多，因此此处只是简要介绍建立该线性规划所需的问题约束。 图1. 交换架构示意图 1) 首先需要建立一个保证任意一个空间交换器的输入输出口之间仅仅被激活一条级间连接的约束。相反，对于ADD/DROP部分，可以激活至多KU个级间连接。 2) 对于s， v Î V之间的c-th j-ODU ( ; )，为结点内部的每一个小结点引入流保护约束。该限制不仅仅针对ADD和DROP结点，当j-ODU成功传递的时候，总流等于1或者−1，否则总流等于0。 3) 进一步建立约束保证流量在交换节点内的某些小结点(如交换核心内的OTN交换器，空间交换器的输入输出口)小于或等于链路归一化为一个L-ODU的 传输容量。对于内部相连接的某些特定小结点，此处包括OTN交换器的输出端和空间交换器的输入端间的连接，空间交换器的输出端和OTN交换器的输入端的连接，以及v Î V结点中非OTN交换器的出线与u Î V节点中不经过OTN交换器的空间交换器的入线之间的连接，其容量为F；而对于v Î V结点中OTN交换器的出线与u Î V节点中OTN交换器 的入线的连接，其容量等于连接它们的波长信道提供的容量综合，即 。 4) 最后需添加一个使得任意激活级联的归一化容量为F的约束。 本文目标是使得在总接收带宽流量需求归一化为一个L-ODU所需的带宽 时，吞吐量达到最大，如公式1所示： (1) 其中， ，当s，d两个结点间所要传递的单元都成功传递时候，该值为1，否则为0。 若假设网络中只有DH-ODU，在严格意义上不使用会出现拥塞的交换节点，那么本文所研究的SRRA问题将会变成路由与波长分配(RWA)优化问题。众所周知，RWA问题是NP-c问题 [ 6 ] ，所以很自然能得出SRRA问题也是NP-c问题。在下一章节，将提出一种启发法去评价大型网络在低计算时间情况下的表现。
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user: 4. 基于启发式算法的最小OTN交换资源分配 在配备最小数目OTN交换器的集成OTN/WDM交换架构中，利用OTN交换器不支持的波长十分重要，可以把一个DH-ODU或个L-ODU分配给这样的波长，在下文中统一用最普通的“H-ODU”指代这些波长。最小OTN交换资源启发法的算法如图2，在第一个阶段，通过给每个网络中结点传递一个H-ODU，该算法试图将通信量在网络中最短的路径中传输，在这些可用的最短路径中，再选择使用OTN交换器数量最少的路径。如果最短路径没有足够的容量传输通信量，最小OTN交换资源启发法将会在阶段2中通过可替代的路径传输剩余的通信量。在阶段1执行之前，有一个并未在算法中描述的初始化阶段，在该阶段中，将会建立 ，其中 ，而 除了包括E * 中所有的元素，还包括在任意交换结点中连接输入表达、添加接口与输出表达以及删除接口的连接。其中， 存储着降序排列的的归一化总带宽通信量需求 。在阶段1每次重复执行的过程中，最小OTN交换资源启发法尽量将一个DH-ODU或是F个L-ODU在 之间的最短路径中路由，后续更高的归一化总带宽通信量需求 也将在这条路径中被路由。同时，算法将选择拥有最少OTN交换器的最短路径。当最短路径不可用或其值小于F时，便不再继续向 插入 。 为空的情况能保证阶段1的结束。如图3，在阶段2的起始，未在第一阶段被路由的DH-ODU和L-ODU的通信量需求将被分别降序存储在链表 和 ，最小OTN交换资源启发法尽可能使用最少跳数的路径传输更高的通信量需求。算法将选择使用最少OTN交换器的可替代路径，如果此操作成功执行，那么将更新图和参数。当 ( )全都为空时，阶段二结束。 图2. 阶段1算法流程图 图3. 阶段2算法流程图
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user: 5. 实例分析 本章将把上文提到的启发法应用到某仿真城域电力网中，在此城域网中结点数M = 36，光纤连接数L = 114，每条光纤携带复用W=48条波长。其中 ， ，可得F = 8，并且每个节点配备12 × 12OTN交换器。结点之间将传递DH-ODU和L-ODU，通信量模型参数为 ，该参数由总接收带宽流量需求归一化的 所定义。同时定义u为L-ODU占所有传输单元的比例。 用P来描述被拒绝的接收带宽流量需求，以此来描述网络拥塞的情况，取表1的参数进行仿真： 其中M为结点总数，L为光纤总数，每条光纤内携带的波长数为W，OTN交换器的规模为K，复用率为F，加速比为S，通信量模型参数为 。 经过仿真可得，当L-ODU占有比例较大时，R越大，即OTN交换器越多，产生拥塞的概率越小(因为L-ODU的交换需要使用OTN交换器)。根据交换器规模K和加速比S的数值，以及波长数目M，可以计算出R的最大值，即R = 6，此时所有经过PIC解复用的波长都会经过，将会使用到大量的OTN交换器，根据前文叙述，需在OTN数目和拥塞概率之间做一权衡，保证OTN总数较小，同时拥塞概率较低。因此，当提高u数值的时候，为了保证拥塞概率尽量接近R = 6情况下的概率，就要适当的提高R的数值，因此只需求得一个合适的u的数值以及其所匹配的最小的R的数值，即可得出最小的拥塞概率，在这种情况下，节省的OTN数目的比例以及空间交换器接口的比例最大。 经过实际仿真模拟实验，发现当u = 0.2时，每条光纤后只需使用一半的OTN交换器(R = 6)即可保证拥塞概率几乎和R = 6时一样，可以节约50%的OTN交换器，以及15.59%的空间交换器的交叉结点。 Table 1 Parameter values of instanc 参数 M L W K 值 36个 114条 48条 12 参数 F S R 值 8 1.5 7500 1~6 表1. 实例所采用的参数值
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user: 6. OTN未来发展趋势 当下社会需要传递的信息量大幅度增大，本文做出的传输优化只能在一定意义上缓解爆发的信息洪流，在线路传输速率向400 Gbit/s跃迁，提升频谱的利用率以及合理利用网络资源去提升网络效率就显得十分重要 [ 7 ] 。与此同时OTN也存在着一定局限性，传统OTN的特点是刚性带宽管道，固定速率接口。这一特点与目前很多IP化业务的带宽动态变化、流量突发模式并不匹配。“刚性”特征不够灵活，不能根据业务流量适时进行带宽资源的动态调整 [ 8 ] 。因此，未来需要更灵活、动态、开放的网络架构 [ 9 ] 为实现网络的适时调整和按需分配。软件定义网络(Software Defined Network， SDN)，是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能 [ 10 ] 。 SDN是一种新型的网络架构，它有三个特点，第一个特点是它的控制与转发分离，第二是在逻辑层面上能做到集中控制，第三点是十分重要的一点，就是开放API，使得用户能够通过自由的编程实现自己希望实现的功能。传送层的可编程特征和能力是以组件可编程能力为基础得，因而使得结点设备具有灵活的可编程特性，同时将这些可编程能力对上层开放，从而使得整个OTN网络具备更强的软件定义特征，提升光网络资源利用率以及其整体性能，支持更多光网络应用。 基于SDN的OTN，能够实现任意粒度交换、任意带宽传输，能够实时根据业务的需求、集中统一的网络管理同控制，和全局网络的视图，对网络资源进行优化和配置，以实现传输设备对传输介质和通道的最大利用率，降低网络建设的成本。 基于SDN的OTN，不再局限于文中对OTN交换设备的优化，而是可以通过软件灵活地配置硬件，综合考虑各种因素从而选择出最优传输方案，减少了单板类型，从而大幅度降低硬件成本，也降低了工程和维护人员的技术壁垒，使得维护人员更加容易操控网络，对业务的快速开通、部署以及后续的维护大有裨益。
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user: 7. 结论 本文提出了一种低拥塞低复杂度的集成OTN/WDM架构，然后提出了一种基于启发式算法的最小OTN交换资源分配方法，评价在静态通信量场景下的该交换架构的表现，最后在36个结点的仿真城域电力网中实验了该架构和方法，由上文分析可知，当L-ODU占所需带宽的40%时，可以节省约50% OTN交换器的数量，由此可知该架构在一定程度上可以在保证低拥塞率的情况下保证较低的复杂度。在未来的工作里我们将试图将SDN和OTN进行融合，提出更具效率的传输架构。
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user: 摘 要 光子有没有静止质量是物理学的一个基本问题。爱因斯坦将普朗克常数h作为光子的能量常数，表明光子没有静止质量。本文对吸收光谱、普朗克黑体辐射公式和爱因斯坦光电效应理论与实验进行分析研究，结果表明普朗克常数h不是光子的能量常数，而是原子核外轨道电子或金属导带自由电子的能量常数，并提出了光子静止质量常数h m 假设。以光子静止质量常数和普朗克常数同时解释吸收光谱、黑体辐射和光电效应以及其他相关物理实验更具有合理性。本文对普朗克常数h与光子静止质量常数h m 的论证，为物理学相关理论与实验的发展提出了新的思路。 关键词 :光子静止质量常数，普朗克常数，吸收光谱，黑体辐射，光电效应
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user: 1. 引言 光子有没有静止质量是物理学的一个基本问题。研究光子的静止质量及其静止质量常数，对于物理学理论的发展具有极其重要的意义，对于物理学实验与应用的发展具有极其重要的价值。 19世纪Maxwell创立电磁理论，1900年普朗克提出h常数假设，1905年爱因斯坦建立光量子理论、光电效应理论和狭义相对论，对物理学特别是量子物理学的发展起到了巨大的作用。但是，上述理论的一个前提条件是，光子的静止质量必须为零。 随着物理学的发展，光子是否具有静止质量的问题，曾引起很多物理学家的关注。1930年，Proca A [ 1 ] 用重电磁场理论研究光子的非零静止质量问题。1940年，德布罗意(de Broglie) [ 2 ] 提出用测量双星发射不同频率的光波到达地球的时间之差来确立光子静止质量的方法，给出光子静止质量的上限值为0.8 × 10 −39 g。1943年，薛定谔(Schrödinger) [ 3 ] 提出用更大尺度的磁场确立光子静止质量，他用地磁数据给出光子静止质量的上限值为2 × 10 −47 g。2006年，涂良成 [ 4 ] 通过扭秤实验，给出光子静止质量的上限为1.5 × 10 −52 g。许多物理学家运用Proca重电磁方程、Coulomb反平方定律实验、Ampère环路定律实验、“Schrödinger外来场”方法、星际磁流体力学方法、引力偏折方法，以及扭称实验等，对光子的静止质量进行检验，给出了一系列光子静止质量上限。2010年，Alfred Scharff Goldhaber和Michael Martin Nieto [ 5 ] 对光子静止质量实验和数据进行了综述。2014年国际粒子数据组 [ 6 ] 介绍了一组光子静止质量上限的数据，并推荐光子静止质量值小于1 × 10 −18 eV，约等于1.783 × 10 −51 g。到目前为止，人们通过相关实验寻找光子静止质量上限，但没有深入研究光子的静止质量与波长之间的关系。 本文基于对吸收光谱、普朗克黑体辐射公式和爱因斯坦光电效应理论与实验进行分析研究，发现普朗克常数h不是光子的能量常数，而是原子核外轨道电子或金属导带自由电子的能量常数，并提出了光子(或基本粒子)静止质量常数h m 假设，主要研究光子、电子的静止质量及其静止质量与波长的关系，研究光子与电子之间的相互作用。运用光子静止质量常数可以更加科学、精确地分析各种相关物理实验和物理现象，从而促进物理学理论与实验的发展。下面主要通过“吸收光谱”、黑体辐射和光电效应实验对光子静止质量常数予以解释和检验。
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user: 2. 光子静止质量常数假设 1905年，Einstein [ 7 ] 研究认为，如果用光的能量在空间中不是连续分布在越来越大的空间之中，而是由个数有限的、局限在空间各点的能量子所组成，这些能量子能够运动，但不能再分割，而只能整个地被吸收和产生出来。 光子、电子等基本粒子具有同样的物理属性，即“波粒二象性”。基本粒子的粒子属性反映其静止属性(静止是相对的)，波动属性反映其运动属性(运动是绝对的)。光子与电子一样，具有静止质量。1897年汤姆森实验 [ 8 ] 证明电子有质量和电荷。1923年康普顿实验 [ 9 ] 证明电子有波长，建立了下列公式： (1) 式中， 为电子质量，单位是kg； 为康普顿波长，单位是m；c为光速，单位是m/s； 为普朗克常数，单位是J∙s。 如果将基本粒子看作是一个球体粒子，这个粒子的静止质量与其波长 倒数的三次方成正比，波长越长，质量越小，波长越短，质量越大。因此，可以建立光子(或基本粒子)静止质量 的公式： (2) 式中， 为光子静止质量常数，单位是kg∙m 3 ， 是光子(或基本粒子)的波长。电子质量、电子波长这两个常数通过实验反复证明是非常精确的，因此，可以用来计算光子静止质量常数。2012年国际粒子数据组 [ 10 ] 推荐，电子质量 ，电子康普顿波长 ，则： (3) 这样，可以用式(2)计算各种基本粒子包括不同波长光子的静止质量。1905年，爱因斯坦 [ 7 ] 认为，光子的能量E等于普朗克常数h乘以光子的频率 ；同时，爱因斯坦 [ 11 ] 推导出物体的质能方程E = mc 2 及 运动物体的质能方程 ，E为物体的能量，m为物体的质量，c为光速， 为 计算基本粒子运动质量的狭义相对论洛伦兹因子，单位是m/s，ν为物体运动速度。这里，可以将光子、电子以及其他基本粒子的能量E计算公式统一起来： (4) 光子(或基本粒子)静止质量常数 的物理意义在于：运用 可以计算不同波长光子和各种基本粒子的静止质量和能量。
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user: 3. 基于h与h m 的吸收光谱原理 1802年，伍朗斯顿(W. H. Wollaston) [ 12 ] 就发现太阳光谱中的若干暗线。1814年德国物理学家弗劳恩霍夫(Joseph von Fraunhofer) [ 13 ] 再次观察到太阳光谱中的暗线，开始系统研究和仔细测量这些暗线的波长。1859年，基尔霍夫和本生 [ 14 ] [ 15 ] 注意到几个弗劳恩霍夫线与加热元素的光谱中的发射线重合 [ 16 ] ，并推断这些暗线是由于太阳辐射的连续光谱被太阳表面大气中的元素吸收相应波长的光线而产生的 [ 17 ] 。1955年，澳大利亚科学家瓦尔西(A. Walsh) [ 18 ] 、荷兰学者阿肯麦德(C. T. J. Alkemade)和米拉芝(J. M. W. Milatz) [ 19 ] 分别独立地发表了原子吸收光谱分析方法的论文，开创了火焰原子吸收光谱法。 毫无疑问，原子吸收光谱实验是科学的。但“吸收光谱”被解释为：当辐射通过原子蒸汽，且辐射频率相应于原子中的电子由基态跃迁到较高能态所需要能量的频率时，原子从入射辐射中吸收能量，发生共振吸收，产生原子吸收光谱 [ 20 ] [ 21 ] 。原子的基态电子吸收光子跃迁到激发态，激发态电子由高能态回到基态时发射同样波长光子，而发射的光子向不同方向而去，因此，经过原子气体的光谱呈现出许多暗线。 在这里，“吸收光谱”应解释为入射光子与原子核外电子的“弹性碰撞散射光谱”。当入射光子进入原子时，不同波长的光子入射深度是不同的，波长短的光子入射较深，波长长的光子入射较浅。当光子入射到可发射相同波长光子的电子轨道时，立即被该轨道电子弹性碰撞散射，而散射的光子向不同方向而去。与发射光子一样，被弹性碰撞散射的光子也获得同样的速度而离开原子。人们看到自然界非自身发光的各种元素、各种物体，在日光或白光照射下都呈现自身的颜色，组成这些颜色的光谱应是轨道电子的弹性碰撞散射光谱，而不是轨道电子的发射光谱。 电子跃迁轨道(能级)、发射光子都需要做功，消耗能量，因此，入射光子的能量远远大于发射光子的能量。 原子核外电子在轨道上运行(或自由电子在金属导带上运行)具有一定的能量 、波长 、频率 ，普朗克常数正是计算轨道电子(或金属导带自由电子)能量的常数： (5) 与轨道电子发生弹性碰撞散射的光子的能量远远小于轨道电子的能量。与轨道电子发生弹性碰撞吸收的光子(下面简称吸收光子)的能量等于轨道电子的能量。只有两者能量相等，才能发生弹性碰撞吸收。如紫外线入射至金属，不是与发射紫外线的轨道电子发生弹性碰撞吸收，而是与能量相等的金属导带自由电子发生弹性碰撞吸收，使电子跃迁到金属表面。原子轨道电子或金属导带自由电子的能量 用下式表示： (6) 式中， 为轨道电子或辐射光子频率， 为入射光子波长。与轨道电子(自由电子)发生弹性碰撞吸收的光子的波长远远大于该轨道电子散射(或辐射)光子的波长。吸收光子波长与发射光子波长用下式计算： (7) 式中，计算吸收光子波长时， 为发生弹性碰撞吸收(或基态)的电子能量；计算散射(或辐射)光子波长时， 为发生弹性碰撞散射(或激发态)的电子能量。因此，辐射光子波长与辐射该光子的轨道电子波长相等，散射光子波长峰值与散射该光子的轨道电子波长相等。