DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 模型的建立 4.1. 温度分布模型的建立 由假设4，热量在各层间的传递近似地看作一维热传导方程推导 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。因此，如下模型作为 基本模型，研究各层温度的分布及变化 ∂ T ∂ t = k ∂ 2 T ∂ x 2 ， k > 0 。 由假设1，专用服装材料I、II、III、IV各层材料的密度、比热、热传导率等物理参数均匀同质，并且不随时间和温度的改变而改变，但是I、II、III、IV各层材料的密度、比热、热传导率等物理参数不相同，所以k分段计算。 由假设6，专用服装的各层材料的初始温度相同，设 T ( x ， 0 ) = T 0 由假设7，将其温度随时间的变化记作函数 f ( t ) ，即 T ( l ， t ) = f (t) 综上所述，问题一要求在专用服装材料厚度，参数值的厚度、密度、比热、热传导率等物理参数给定的条件下温度分布的计算，可转化为以下初值和边界条件下的微分方程的求解。 模型1：皮肤温度已知的专用服装材料温度分布模型 方程： ∂ T ∂ t = k ∂ 2 T ∂ x 2 ， k > 0 其中 k = { C 1 / ( ρ 1 c 1 )   0 < x ≤ L 1 C 2 / ( ρ 2 c 2 ) L 1 < x ≤ L 2 C 3 / ( ρ 3 c 3 ) L 2 < x ≤ L 3 C 4 / ( ρ 4 c 4 ) L 3 < x ≤ L 4 。 初值条件： T ( x ， 0 ) = T 0 边界条件： T ( l ， t ) = f (t) T ( 0 ， t ) = 75 4.2. 第II层厚度的优化模型的建立 问题要求环境温度为65℃、IV层的厚度为5.5 mm时，确定II层的最优厚度，确保工作60分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超过44℃的时间不超过5分钟。 问题2与问题1比较，不同的地方在于：问题1给出了专用服装靠近皮肤端的边界随时间温度变化情况(表皮温度的测量值)，而问题2没有给出专用服装靠近皮肤端的边界随时间温度变化情况。 问题的难点：确定专用服装靠近皮肤端的边界温度变化情况。 根据“假人体内温度控制在37℃”的已知条件，针对专用服装靠近皮肤端的边界温度变化情况未知，为此我们提出以下假设 假设5、假设身着高温作业专用服装的假人体内温度为37℃，并且恒定不变，但是体内温度不等同皮肤温度，我们认为温度变化的皮肤到温度恒定的体内存在一个热传导的过程，其间存在一定的介质。 问题的方案：皮肤到温度恒定的体内存在一个热传导的过程，将其简化看作长度一定的均匀介质，称为第五层(图1)。记第五层热扩散率为 k 5 ，长度为 l 5 。 图1. 五层热传导模型示意图 问题二要求“在环境温度为65℃、IV层的厚度为5.5 mm时，确定II层的最优厚度，确保工作60分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超过44℃的时间不超过5分钟”的问题，可转化为以下优化模型。 模型2：第II层厚度的优化模型 min T ( L 4 ， 3300 ) ≤ 44 T ( L 4 ， 3600 ) ≤ 47 l 2 使得满足 1) 方程： ∂ T ∂ t = k ∂ 2 T ∂ x 2 ， k > 0 其中 。 2) 初值条件： T ( x ， 0 ) = T 0 3) 边界条件： T ( 0 ， t ) = 65 ， T ( L ， t ) = 37 其中 T ( L 4 ， 3300 ) ， 分别为第四层内侧(皮肤表层)在时刻 t = 3300 秒(55分钟)和 t = 3600 秒(60分钟)的温度。 4.3. II层和IV层的最优厚度模型的建立 问题要求环境温度为80℃时，确定II层和IV层的最优厚度，确保工作30分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超过44℃的时间不超过5分钟。 问题分析：无论增加II层还是IV层的厚度都会降低皮肤温度的上升速率和最终温度，因此确定II层和IV层的最优厚度的问题，我们可以理解为使得总厚度最小的II层和IV层的厚度。 模型3：II层和IV层厚度的优化模型 min T ( L 4 ， 3300 ) ≤ 44 T ( L 4 ， 3600 ) ≤ 47 l 2 + l 4 其中 T ( L 4 ， 3300 ) ， T ( L 4 ， 3600 ) 分别为第四层内侧(皮肤表层)在时刻 t = 3300 秒(55分钟)和 t = 3600 秒(60分钟)的温度。 T ( L 4 ， 3300 ) ， T ( L 4 ， 3600 ) 由模型2模拟计算(其边界条件： T ( 0 ， t ) = 80 ， )，热扩散率为 K 5 = 0.895 ，长度为 l 5 = 15.7 )。
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user: 5. 模型求解 5.1. 模型1的求解 模型1是典型的抛物椭圆偏微分方程，我们基于MATLAB的抛物椭圆偏微分方程求解器pdepe求解 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。观察附件2中的数据，0~15秒测得皮肤外侧的温度都是不变的(或很微小)，第16秒温度开始升高，若高温作业专用服装的温度高于37℃，则测量的温度在短时间内高于37度，若高温作业专用服装的温度高于37℃，热量向服装传递，会使得测量的温度在短时间内下降，低于37℃。因此这里可认为高温作业专用服装的温度为37℃。计算结果图2~4，揭示温度分布的渐变过程和最终分布特点：1) 高温作业专用服装温度分布曲线随时间逐渐变化，最终为四段直线构成的折线，分段点为不同材料的 分界点(图2，图3)，直线的斜率与热扩散率 k = λ ρ C 成正比。2) 高温作业专用服装温度变化曲线随位置 逐渐变化，靠近外界的位置温度变化快，远离外界的位置温度变化稍慢，最终为温度恒定不变(图2，图4)。 图2. 高温作业专用服装的温度分布 图3. 特定时间高温作业专用服装的温度分布 图4. 特定位置高温作业专用服装的温度变化 5.2. 模型2的求解 如果模型2关于第五层的假设是合理的，那么使用模型2求解问题1的结果(第四层内侧的温度)与题目附件提供的皮肤的测量温度应该一致或接近。为此，我们可以通过拟合确定第五层热扩散率为 k 5 ，长度为 l 5 。 第五层热扩散率为 k 5 ，长度为 l 5 的确定模型 min k 5 ， l 5 ( ∑ t = 1 : 5400 ( T ( L 4 ， t ) − T e m p ( t ) ) 2 ) 其中 T ( L 4 ， t ) 为第四层内侧(皮肤表层)的温度由模型2计算， T e m p ( t ) 为附件提供的皮肤表层测量温度。 我们使用MATLAB的用遗传算法寻找函数的最优解的求解器ga [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 求解第五层热扩散率为 k 5 ，长度为 l 5 的确定模型，我们得到最优的扩散系数为 K 5 = 0.895 ，V层厚度 l 5 = 15.7 ，误差平方和 M S E = 80.473 ， RMSEn = 0.26% ，拟合结果效果如图5。RMSEn的值和拟合结果效果图都表明拟合效果很好。因此，皮肤到温度恒定的体内的热传导过程，简化长度一定的均匀介质的热传导过程是合理的，并且该均匀介质(第五层)的热扩散率为 k 5 = 0.895 ，长度为 l 5 = 15.7 ，皮肤温度与测量温度的对照见图5。 图5. K 5 = 0.895 ， l 5 = 15.7 时计算的皮肤温度与测量温度的对照 确定第五层的热扩散率为 k 5 = 0.895 ，长度为 l 5 = 15.7 后，模型2的求解，可采用搜索方法计算( l 2 的取范围：0.6~25 mm，考虑工业水平的限制步长取0.1即可，总的搜索次数最多250次)，这里我们可以先取较大的步长，然后细化，以节约时间。 Table 1 The solution of problem tw l2 t44 t47 T3300 T3600 Tlast 7.0 644 NAN 44.53 44.53 44.52 7.2 704 NAN 44.42 44.41 44.41 7.4 779 NAN 44.31 44.31 44.31 7.6 880 NAN 44.20 44.20 44.20 7.8 1044 NAN 44.10 44.10 44.10 8.0 2111 NAN 44.00 44.00 44.00 8.2 NAN NAN 43.91 43.90 43.90 8.4 NAN NAN 43.81 43.81 43.81 8.6 NAN NAN 43.72 43.72 43.72 8.8 NAN NAN 43.63 43.63 43.63 9.0 NAN NAN 43.55 43.54 43.54 表1. 问题二的求解结果 说明：其中l2为II层的厚度(mm)，t44为皮肤温度达到为44℃时对应的时间(s)；t47为皮肤温度达到为47℃时对应的时间(s)，T3300为工作3300秒的皮肤温度，T3600工作3600秒的皮肤温度，Tlast为服装温度分布稳定后皮肤温度。 表1揭示：1) 在问题二的条件下，服装的II层的厚度越厚，长时间工作越安全。2) 在问题二的条件下，服装的II层的最低厚度l 2 = 8.11 mm，此时工作时，工作一小时，皮肤的最高温度低于44℃。3)在问题二的条件下，服装的II层的厚度为l 2 = 8.11 mm时，皮肤的最高温度为43.95℃，非常温度接近44℃。并且若要持续工作60分钟，须在皮肤温度为43.6℃的条件下长时间工作，所以为安全着想，设计服装的II层的厚度应大于8.1 mm，最好在l 2 = 8.6 mm以上。 5.3. 模型3的求解 皮肤温度基于MATLAB的抛物椭圆偏微分方程求解器PDEPE模拟；优化问题采用搜索方法计算( l 2 的取范围：0.6~25 mm， l 4 的取范围：0.6~6.4 mm，考虑工业水平的限制步长取0.1即可，总的搜索次数不超过1500次)。 图6. IV层内侧温度变化的模拟 图6表明加厚II层比加厚IV层隔热效果明显很多，所以我们采取厚度优化策略为：优先确定II层的厚度。 计算结果表明II层的厚度至关重要，最低厚度15.3 mm，才可能有满足安全工作需求的设计；II层为15.5 mm，IV层为0.6 mm，总厚度最小；II层为15.5 mm时，IV层厚度随意设计都满足安全工作需求。
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user: 6. 模型的检验 6.1. 传导方程的检验 本文基于假设，利用热传导理论和热平衡理论建立了高温专用服装各层的热传导模型，模型模拟温度分布的特点：1) 高温作业专用服装温度变化曲线随位置逐渐变化，靠近外界的位置温度变化快，远离外界的位置温度变化稍慢，最终为温度恒定不变；2) 高温作业专用服装温度分布曲线随时间逐渐变化， 最终为四段直线构成的折线，分段点为不同材料的分界点，直线的斜率与热扩散率 k = λ ρ C 成正比。以上结论符合我们对热传递的常识，因此以 ∂ T ∂ t = k ∂ 2 T ∂ x 2 ， k > 0 为传导方程是合理的。 6.2. IV层内侧热传递模型的检验 本文将皮肤到温度恒定的体内的热传导的过程，简化看作热在长度一定的均匀介质中的传导的过程，称为第五层。记第五层热扩散率为 k 5 ，长度为 l 5 。我们使用最小二乘拟合得到扩散系数为 k 5 = 0.895 ，V层厚度 l 5 = 15.7 。这时，误差平方和 M S E = 80.473 ，模拟值与观测值的标准均方根误差 R M S E n = 0.26 % ，拟合结果效果如图5。RMSEn的值和拟合结果效果图都表明拟合效果很好。因此，皮肤到温度恒定的体内的热传导过程，简化长度一定的均匀介质的热传导过程是合理的，并且该均匀介质(第五层)的热扩散率为 K 5 = 0.895 ，长度为 l 5 = 15.7 。
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user: 7. 模型的改进和应用 高温专用服装的设计过程中衣服的厚度(也包括成本)很重要，但是最重要的是安全性，因此在保证安全的条件下优化厚度才是有意义有价值的，为此本文模型可从以下几个方面改进。 1) 在本文模型的基础上对安全性进行实际检验，确定符合安全性要求“皮肤到温度恒定的体内的热传导的过程，简化看作热在长度一定的均匀介质中的传导过程”的参数确定方案、而不是以拟合程度最佳为依据； 2) 优化模拟程序，提高程序的运行速度和智能化程度。 模型在经过安全性实际检验和优化后，可应用于高温专用服装的设计和其他耐高温产品的研发。
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user: 摘 要 本文以研讨式的教学模式，对大学物理实验课程中的电子在电磁场中的运动规律研究实验进行了教学设计，将教学环节分课前、课中和课后三部分，以小组为基本单位进行问题讨论、汇报和总结的形式组织实施过程，这符合先进的教学理念，极大的发挥了学生的主观能动性，取得了较好的教学效果。 关键词 :研讨式教学，教学目标，学情分析，科学素养 Copyright © 2019 by author(s) 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 《大学物理实验》课程是我校本科各专业科学文化基础模块中一门必修的自然科学基础实践课程，在培养学生动手能力、缜密思维能力和自主创新能力等方面具有不可替代的作用。但长期以来，教师在教学中多采用传统的“讲授–接受”的教学方法，内容仅局限于教材，教师往往对照课件“独霸”课堂，主导一切，只注重单向的知识传授，学生只是机械的按照教师要求去做，而不能积极主动去思考问题，教师与学生之间的互动也只是简单的问题问答，这种传统落后的教育方式致使培养出来的学生不能满足现阶段岗位的需要 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ，学生在遇到难题时不是积极思考如何去解决问题，而是等着别人告诉自己如何去做，这既造成了教育资源的浪费，也影响了部队所需人才整体能力的提升，致使课堂教学与部队需要脱节。研讨式教学是以解决问题为中心的教学方式，通过由教师创设问题情境，然后师生共同查找资料，研究、讨论、时间、探索，提出解决问题办法的方式，使学生掌握知识和技能 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。
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user: 2. 教学任务分析 2.1. 学情分析 本次课的授课对象是我院直通车学生。在此之前，学生已完成了涉及力学、热学、电学和光学等内容的9个基本实验项目的学习，对常用物理量的测量方法、误差和不确定度分析及数据处理都有了较清楚的认识，并且学生通过《大学物理》理论课的学习对电场和磁场对电子影响相关知识也有了初步了解。但从实验的角度来说，学生对电子产生途径、示波管灵敏度概念、电子荷质比测量、电聚焦和磁聚焦等问题还不清楚。此外，这个阶段的学生思维活跃，实验学习热情高，且对实验规律有了一定的了解，具备了独立开展实验研究所需的能力，迫切希望利用自己所掌握的知识来解决实际问题，不再希望教师进行满堂灌式的教学方式。 2.2. 教学内容的定位和特点分析 按我院《大学物理实验课程标准》规定，《电子在电磁场中的运动规律研究》实验是我院《大学物理实验》课程中的一个综合实验项目。通过本实验的学习，意在使学生从实验的角度来定性研究电子在电场和磁场中的一些运动规律，进而了解电子束的电偏转、电聚焦、磁偏转和磁聚焦的基本过程，并对示波管的电偏转灵敏度、磁偏转灵敏度和电子荷质比进行测量。这次授课选用研讨式教学方法，意在通过分组研讨的方式增强学生团结协作解决实验问题的能力，为后期学生独立开展设计研究性实验打下坚实的基础。教材选用张勇主编、国防工业出版社出版的《大学物理实验》，授课学时4个学时，授课时间120分钟。
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user: 3. 教学目标 3.1. 知识目标 在问题研讨和实验实做的基础上使学生对电场和磁场对电子的影响有直观的认识，对电子产生方式、灵敏度等基本概念、荷质比测量方法和电子束聚焦等问题有所了解，并在实验中完成灵敏度和电子荷质比的测量。 3.2. 能力目标 提高学生的语言表达能力、团队协作能力、问题研讨能力、实践动手能力和总结归纳能力，使学生能够利用所掌握的知识解决实验中遇到的实际问题。 3.3. 态度目标 使学生感受物理与科技结合的魅力，增强学生的学习兴趣，提高学生的科学素养，培养学生团结协作意识、竞争参与意识、扎实严谨的学习作风和研究探索的精神，提升学生解决复杂问题的思维深度和广度，体会物理要素对科学素养的影响和沉淀功效，感知创新思维和创新能力对解决复杂问题的作用。
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user: 4. 教学方法 实验采用研讨式教学方法，教学过程中采用以教师为主导、学生为主体的教学策略，充分发挥学生的主动性、积极性和创造性。 根据学生能力高低，在课前由教师将20人的实验教学班细分成5个小组，每个小组中有能力强和能力较差学生，每组指派一名组长负责小组成员间任务分配和组织管理。通过合理的分组可以使基础差和基础好的学生之间相互协作，共同进步。课上教师首先明确本次实验的目的，让学生在具体任务的驱动下进行学习，然后围绕本次课的实验目的，由教师将教学内容分成五个研讨主题，由组长负责组织小组成员对教师提供的问题进行研讨，研讨完成后各小组选出代表对本实验小组的研讨结论进行发言汇报，最后由教师进行点评。
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user: 5. 教学过程 如表1，教学过程分课前、课中和课后三部分。课中环节分为7个小环节，其中在“提出研讨主题”环节，将本次实验任务的完成归结到对5个教学研讨内容的探究，在教师提出相应的探究主题后，各个实验小组进行分组讨论和研究，每个小组选出一名代表进行发言，汇报本小组的讨论结果，各小组汇报完成后，最后由教师对各小组汇报情况进行总结，对研讨的主题给出明确的结论。 Table 1 Teaching proces 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 课前 实验分组 将20人的实验教学班分成5个实验小组，每个小组指定一名组长，将分组情况下发给学生。 根据分组情况，由组长进行小组成员间的任务分工，课前预习。 让小组成员明确分工，增加彼此协作的能力。 课中 1.创设情境、导入新课 以现在战争中复杂条件下电磁干扰为例，详细分析干扰的过程和干扰手段的实质。引导学生了解电子在电磁干扰中起到的关键作用，强调了解电场和磁场环境下对电子运动规律研究的重要性，进而引入本次课的教学内容。 带着好奇的心理，在教师的讲解过程中仔细体会电子的奇妙之处。 利用军事应用实例和学生感兴趣的话题激发学生的学习热情，使学生整堂课都能保持积极的心态去探索新知。 2.提出实验目的 向学生明确本次实验的教学目标，即测量电偏转灵敏度和磁偏转灵敏度，测量电子荷质比，了解示波管电场聚焦和磁场聚焦的基本原理。 强调采用问题研讨式实现课堂教学。 明确本次实验的教学目标和采用的教学方法。 让学生明确本次实验的实验任务，以便有针对性的进行相关知识的学习和讨论，做到有的放矢。 课中 3.提出研讨主题 研讨一：电子是如何产生的？ 给学生讲解由于本次实验的主体是电子在电磁场中的运动规律研究，因此电子作为本次课的研究对象是必不可少的，让学生讨论分析电子在实验中是采用什么方式产生的？产生电子的核心部件是什么？它的工作原理是什么？ 明确了解电子产生问题的相关要求，明确具体的研究和分析方向，然后进行小组讨论和分析。 使学生对电子枪的结构原理都有所了解，对电子的产生途径、加速和聚焦过程都能有一个简单的认识。 研讨二：示波管的电偏转和磁偏转灵敏度问题是如何定义的？如何测量？ 向学生明确示波管灵敏度根据产生的原因的不同又可分分电偏转灵敏度和磁偏转灵敏，让学生研讨什么是电偏转灵敏度，什么又是磁偏转灵敏度，它们又和哪些因素有关？采用什么样的实验方法进行测量？ 明确示波管的电偏转和磁偏转灵敏度的定义和测量方法，给出定义式： 电偏转：D = SU 磁偏转：D = SI 使学生清楚解决示波管灵敏度问题的关键所在，让学生对灵敏度的概念、产生原因和测量方法有所了解，进一步练习用图解法处理实验问题。 研讨三：电子荷质比如何测量？ 向学生明确通电螺线管所产生的磁场得计算方法。引导学生讨论电子荷质比测量和哪些因素有关？如何分别确定这些因素的大小？采用的什么测量方法？ 明确解决电子荷质比测量问题的相关要求，了解具体的解决途径，推导出电子荷质比定义式： e / m = 2.474 × 10 12 × R 2 U N 2 I 2 r 2 让学生对电子荷质比的测量方法有所了解，学会“三线合一”的半径测量方法。 研讨四：电场聚焦和磁场聚焦的原理是什么？ 让学生讨论电场聚焦和磁场聚焦过程中电子的受力对其运动规律有何影响？在磁场聚焦的过程中，电子做圆周运动周期和轨道螺距有什么特点？它们对磁场聚焦的完成有何决定性影响？ 了解解决电场聚焦和磁场聚焦问题的相关要求，确定研讨分析的具体问题，推导出磁场聚焦过程中圆周运动周期和螺距： T = 2 π m e B h = 2 π m e B v Z 让学生通过对电子的受力分析入手，寻找电子运动规律，进而正确理解电场聚焦和磁场聚焦的基本过程和原理。 研讨五：实验设备的结构原理和实验注意事项。 向学生简单介绍本实验中所涉及的两类实验设备，即电子束实验仪和电子荷质比测试仪，让学生结合本次实验的实验内容自主研讨设备的结构原理、各部分功能和使用注意事项。 以小组的形式自主对两种设备进行结构功能进行研讨学习，对设备使用注意事项要正确理解。 让学生通过自学的方式了解完成本次实验任务所使用的这两种设备的各部分功能和使用方法。 课中 4.实验要求 提出电偏转灵敏度测量、磁偏转灵敏度测量和电子荷质比测量的具体测量要求。 明确测量要求和实验数据处理的规定。 使学生明确实验验要求。 5.实验实操 及时引导学生解决在实操过程中提出的相关问题。 根据实验任务和实验要求，分组用实验设备进行实验实操完成实验。 通过以小组自主实验的方式，锻炼学生的动手能力和相互协作的能力。 6.归纳总结 对本次实验的教学内容归纳总结，对实验中暴露出的问题进行分析，对各小组的总体表现进行点评。 仔细聆听教师总结，查找自己在实验中存在的问题。 使学生认识到存在的问题，并加以改正。 课后 布置课后作业 要求学生完成2项作业： 1、设计一种在电子荷质比测量中轨道半径的测量方法。 2、以小组为单位，采用小论文的形式撰写实验报告，下次上课时上交。 学会对实验结果的归纳总结，并锻炼自己解决实际问题的能力。 使学生能理论联系实际，并提高发现问题和解决问题的能力 表1. 教学过程
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user: 6. 教学评价 如图1所示，教学评价采用课上评价和课后评价相结合的综合评定方式。课上评价又分为小组内评价、小组间评价和教师评价三种，其中小组内评价是各小组组长的对组员课堂表现进行评价；小组间评价是各组组长对各小组的课上交流情况、问题探究情况进行评价；教师评价是由教师根据各小组整体课堂表现进行评定。课后评价主要是教师根据各小组提交的实验报告的格式的规范性、内容的准确性和分析的严谨性等内容进行评价。最后，由教师根据个人各环节得分情况计算出每个人的本实验得分。各实验小组打分表见表2。 图1. 教学评价方式 Table 2 Scoring table for evaluation of experimental grou 实验组评价打分表 小组内评价 小组间评价(10分) 教师评价(30分) 课上评价50% 姓名 得分 组号 得分 组号 得分 课后评价50% 组号 得分 表2. 实验小组评价打分表
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user: 7. 小结 本文将研讨式教学方法运用到实验教学中，极大调动了学生学习的积极性。在课堂组织过程中采用研讨式教学法组织学生对相关问题进行集中研讨，让学生敢于发表自己的见解，并进行组员之间、组与组之间的相互交流，增强了学生之间相互协作、相互交流的能力；实验评价采用课上评价和课后评价相结合的综合评定方式，极大增强了对学生综合能力的考量，充分调动了学生在每个教学环节的学习积极性；实验报告的撰写采用小论文的形式，这极大增强了实验结果总结的规范性，促使学生养成一个良好的初步科研成果总结的能力。
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user: 摘 要 本文针对工科院校利用毛细管法测定水的粘滞系数实验分析了指数拟合与线性拟合两种数据处理方案，并对结果进行了比较，另外计时起始高度较高时越接近理论值。 关键词 :泊肃叶公式，粘滞系数，线性拟合，指数拟合 Copyright © 2019 by author(s) 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 粘度是反映液体分子在受到外力作用发生流动时，分子间所呈现的内摩擦力。这种内摩擦力由液体分子的结构、位置、分子间相互作用里及运动状态等参数决定。此外，除了液体本身结构的因素外，温度和压强也是影响液体粘度大小的重要因素。传统的测量方法一般有毛细管法、圆筒旋转法和落球法等 [ 1 ] 。由于液体分子结构和分子间相互作用的复杂性，目前还没有一个能够精确计算液体粘度的方法。对粘度的研究主要在实验测量和通过实验数据建立一些经验或半经验公式上，通过实验数据拟合而来 [ 2 ] [ 3 ] 。本校教材《大学物理实验》 [ 4 ] 中，采用南京浪博科教仪器有限公司生产的LB-VC液体粘滞系数测量仪(实验装置示意图见图1所示)，进行纯净水的粘滞系数及雷诺数的测定，针对教学中所遇到的问题提出以下几点建议和思考。 图1. 实验装置示意图 [ 4 ]
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user: 2. 逐差法的应用 由泊肃叶公式，液体流量： Q = d V d t = ∫ 0 a 2 π r v d r = π p a 4 8 η L (1) 其中a为毛细管的半径，L为毛细管的长度，p为流体两端的净压强(p = pgy)，η为液体的粘滞系数，t为时间，V为有效体积。由(1)式得： t = ∫ 0 t d t = ∫ 0 t d V π a 4 p 8 η L = − 8 η L π ρ g a 4 ∫ y 1 y 2 d V y (2) y 1 ，y 2 分别为液体在不同时刻的高度，由此利用液体密度以及液体从y 1 到y 2 下落的时间t通过积分运算得到该液体的粘滞系数η。 t = ∫ 0 t d t = ∫ 0 t d V π a 4 p 8 η L = − 8 η L π ρ g a 4 ∫ y 1 y 2 d V y = − 8 η L π ρ g a 4 ∫ y 1 y 2 A d y y = − 8 η L A π ρ g a 4 ln y 2 y 1 (3) 得到： η = − π ρ g a 4 t 8 A L ( ln y 2 − ln y 1 ) (4) 其中 A = π R 2 是容器的截面积。在公式(3)中令 b = π ρ g a 4 8 η L A ，则(4)式可以变换为： y 2 = y 1 e − b t (5) 将(5)式两边取对数得： ln y = ln ( y 1 e − b t ) = ln y 1 − b t (6) 由于y 1 在实验中是计时起点有效高度，是一个常量，所以由(6)式可看出lny与t为一次函数关系，可以利用逐差法处理数据，经过推导得到： b = − ∑ i = 1 5 ( ln h i + 5 − ln h i ) ∑ i = 1 5 ( t i + 5 − t i ) = ln ( ∏ i = 1 5 h i ∏ j = 6 10 h j ) ∑ i = 1 5 ( t i + 5 − t i ) (7) 我们以计时高度为49.00 cm的实验数据为例(有效高度为 49.00 − 6.00 = 43.00 cm )，计算得到 b = 3.733 × 10 − 4 / s ，粘滞系数实验值为 η = 0.99876 × 10 − 4 pa ⋅ s 。 在(5)式中由于b是小量在计算中可以做一级泰勒展开，则可以改写： y 2 = y 1 e − b t = y 1 ( 1 − b t ) (8) 有(8)式可以看出能够用逐差法近似处理数据： b = − ∑ i = 1 5 ( y i + 5 − y i ) y 0 ∑ i = 1 5 ( t i + 5 − t i ) (9) 其中y 0 为计时有效高度。以计时高度为49.00 cm的实验数据为例，计算得到粘滞系数实验值为 η = 1.05451 × 10 − 4 pa ⋅ s 。
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user: 3. 起始测量高度对实验结果的影响 本套实验仪器建议计时高度尽量高一些，我们针对不同计时高度分别进行了实验，实验结果显示测量起始高度从49.00 cm到35.00 cm，利用指数曲线拟合方式计算了相应粘滞系数，结果显示计时高度对粘滞系数的影响并不大。实验用纯水的温度是19.5摄氏度，粘滞系数理论值为1.01745 × 10 −3 Pa∙s，但由于实验水质的差别，实验手册上给出的理论值并无可参照性。 实验结果显示计时高度为49.00、48.00和47.00厘米时，最接近理论值，并且7组实验毛细管中纯水均是层流状态，满足牛顿流体的假设前提。因此为了实验误差尽可能小计时高度应尽可能高。 Table 1 The relative error of the viscosity coefficient， the average velocity and the corresponding Reynolds number at different timing height 计时高度(厘米) 49.00 48.00 47.00 46.00 44.00 40.00 34.00 拟合后b值(*10 −3 /s) 3.73 3.75 3.72 3.69 3.82 3.91 4.01 粘滞系数(*10 −4 Pa∙s) 0.99876 0.99424 10.0225 10.1040 0.97601 0.95355 0.92977 平均流速(m/s) 0.83252 0.81751 0.79159 0.76185 0.74899 0.67786 0.56038 雷诺数 826 811 785 735 763 709 607 表1. 不同计时高度下的粘滞系数，与理论粘滞系数相对误差、平均流速和相应雷诺数
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user: 4. 曲线拟合与理论计算的比较 在教学中要求学生利用Excel软件对时间和计时有效高度的数据进行指数拟合(如图2所示)，后求出(5)式中的b值，继而计算粘滞系数。结果见表1。对比计时高度为49.00 cm时的结果可以看出曲线拟合结果与理论计算的结果完全吻合。 图2. 指数拟合曲线 综上所述，我们在进行该实验的教学中可以要求计时高度尽可能高，并采用文中多种方案进行数据处理。
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user: 摘 要 本文主要介绍了微波的作用机理和特点，同时综述了微波在无机化学过程中的优势以及一些应用，并介绍了微波技术在无机化学中的微波烧结和微波水热合成两种方式，最后对微波在无机化学中的应用前景作了展望。 关键词 :微波技术，微波烧结，微波水热合成，超导陶瓷材料，太阳能电池材料 Copyright © 2018 by author(s) 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. 前言 微波是一种波长在1~1000 mm，频率为0.3~300 GHz的电磁波。微波在一般情况下可容易地穿透玻璃、陶瓷、某些塑料(如聚四氟乙烯)等材料 [ 1 ] 。20世纪30年代初，微波技术主要用于军事方面。二战后，发现微波具有一定的热效应，经过研究后广泛应用于工业、农业、医疗及科学研究等方面。20世纪60年代开始，微波加热技术开始在一些物理过程中推广应用以提高效率 [ 2 ] 。后来，将微波加热技术运用到化学反应过程中，除了可有效提高反应产率、缩短反应时间、减少副产物的生成外，还有节能、环保等诸多优点。 随着科技的发展，家用微波炉的使用已经非常普遍。最初科学家是通过使用家用微波炉将微波技术应用到多种科学实验中，微波加热作用的最大特点是可以在被加热物体的不同深度同时产生热，也正是这种“体加热作用”，与传统加热传导方式有所不同，使得加热速度快且加热均匀，缩短了处理材料所需要的时间，节省了能源 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。同时微波的这种加热特性，使其可以直接与化学体系发生作用从而促进各类化学反应的进行，这构成了微波化学这一新兴交叉学科的主要研究内容。 微波技术在化学合成领域上的应用，主要分为有机化学和无机化学两个方面，本文主要介绍了微波合成技术在无机化学领域的应用。目前微波合成技术在无机化学领域的应用已经非常广泛，陶瓷材料的烧结、超细纳米材料和沸石分子筛的合成等都与微波无机化学密切相关 [ 6 ] 。特别是在沸石分子筛方面，应用尤其广泛，如A型沸石分子筛、ZSM-5的合成等；在材料科学尤其是纳米材料方面研究热度越来越高。本文简要介绍了微波技术的作用机理和特点，仅就微波技术在无机化学中两种作用方式进行简要概述，以期为相关研究提供参考。
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user: 2. 微波的简要作用机理和特点 2.1. 微波催化无机反应的作用机理 微波通过微波介电效应把某些固体或液体具有的电磁能转化为热能，从而促进化学反应的进行。微波催化无机化学的机理是，极性化合物在与微波相互作用的过程中，其取向将与电场方向一致。当电场由正到负或由负到正发生变化时，极性化合物则随着发生转向以满足取向与外场的一致性。由于分子在此条件下的来回转动滞后于交变电场正负极的变化，产生了“内摩擦”扭曲效应，从而使化合物温度上升，达到加热的目的 [ 7 ] [ 8 ] 。 2.2. 微波的作用特点 2.2.1. 即时性 微波加热是通过将电磁能转化为热能，是从反应物质的内部开始加热的，与其他的加热方式均不同，除去由外到内的加热过程，微波加热可以快速达到目标温度，方便省时。 2.2.2. 高效性 在微波加热过程中，只有被加热物体自身吸收微波并转化为热能，而微波设备的加热室壁是不吸收微波的金属材料，加热容器为几乎不吸收微波的非极性物质，所以，加热设备本身和相应的加热容器几乎没有热损失，故其热效率非常高 [ 9 ] 。 2.2.3. 选择性 介质材料由极性分子和非极性分子组成，根据微波加热的条件及原理，只有极性分子组成的物质才可以吸收微波实现微波加热 [ 10 ] ，当然也会传导到一些非极性分子。因此，可以利用微波加热的这一特性来实现对混合物料中不同组分或不同部位的选择性加热。 2.2.4. 安全环保 与采用燃料燃烧进行加热的常规方法相比，微波加热不产生二氧化碳，对环境几乎没有污染。
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user: 3. 微波烧结 微波烧结是利用微波加热来对物料进行烧结，它是用微波辐照代替传统热源。传统的加热是依靠发热体将热能通过对流、传导或辐射方式传递至被加热物而使其达到某一温度，热量从外向内传递，烧结时间长，也很难得到细晶 [ 11 ] 。而微波烧结是利用微波具有的特殊波段与物料的基本细微结构耦合而产生热量，物料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。因此，微波烧结或微波燃烧合成作为一种物料烧结工艺的新方法，具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，此外还能提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观结构和性能。 目前微波烧结的应用主要有 [ 12 ] [ 13 ] ：矿物的干燥、热解、焙烧、煅烧、烧结等；金属氧化矿的碳热还原、金属硫化矿的脱硫等；耐火材料与工程陶瓷的干燥、烧成；电瓷、日用陶瓷、建筑卫生陶瓷的干燥、烧成；分子筛催化材料及化工原料的干燥、焙烧；电子陶瓷的干燥、合成、烧结；锂离子电池正负极材料的干燥、烧成；各种氢氧化物、无机盐、金属氧化物碳化物氮化物材料的煅烧、焙烧、合成；铁氧体磁性材料(硬磁、软磁)的干燥、预烧、烧结；蜂窝陶瓷的干燥、烧成；玻璃器皿的烧成、烤花；稀土荧光材料(LED、灯用三基色、长余辉等)的干燥、合成；叶腊石模具的干燥煅烧；人造金刚石原料的还原焙烧等。 例如，以无机前体作为原料，利用微波辅助材料快速合成的方法 [ 14 ] ，通过微波辅助制备的氧化物产生细颗粒氧化物，催化此高温相的快速合成有两个因素。一是所用前体的介电常数增加了材料中的微波功率损失，这导致局部加热效应。二是这些前体的分解导致形成细碎的氧化物，通常伴随放热反应，该放热反应提供产生产物形成所需的能量。张剑平 [ 15 ] 利用微波烧结技术制备TiB 2 /Cu复合材料，探明了相关的微波烧结工艺以及考察了微波烧结TiB 2 /Cu复合材料的性能。结果表明：采用混合加热方式，于1000℃烧结10 min，可以成功制备含不同体积分数TiB 2 的TiB 2 /Cu复合材料。烧结试样致密度均在94%以上。且与常规加热烧结相比，除了节约能源和缩短作用时间外，微波烧结得到的目标产物具有更高致密度。 此外，还有超导陶瓷材料的合成 [ 16 ] 和太阳能电池材料的合成 [ 17 ] ，例如：超导材料YBa 2 Cu 3 O 7-x 用常规加热合成方法制备需要24小时，若采用微波无机合成，将CuO，Y 2 O 3 和Ba(NO 3 ) 2 按一定的化学计量比混合，置入相应的微波反应仪器中，在500 W功率条件下，辐射5 min，所有NO 2 气体释放出。物料经重新研磨，再放入微波反应器中，并设置功率为130~500 W，辐射时间15 min；再研磨，并以相同微波功率条件下，辐射25 min。取样，经衍射分析显示，产物的主要成分为YBa 2 Cu 3 O 7−x ，其四方晶胞参数为：a = b = 0.3861(2) nm，c = 1.1389(3) nm。这个四方结构按常规方式通过缓慢冷却，将转变为具有超导性质的正交结构。即得到了目标超导陶瓷材料。三元多晶半导体化合物铜铟硫(CuInS 2 )和铜铟硒(CuInSe 2 )是用于太阳能电池的特种材料。传统上，它们是由元素单质在特制的反应容器内，经过长时间(12 h以上)高温燃烧合成制得。而在微波辐射下，只用极短的时间(约3 min)便可合成CuInS 2 和CuInSe 2 多晶体。操作过程十分简单：元素硫(0.300 g， 9.38 mmol)与铜(0.298 g， 4.69 mmol)、铟(0.538 g， 4.69 mmol)按化学计量比在研钵内均匀混合。混合物置于石英管中，在真空条件下密封，然后放在家用微波炉(2450 MHz， 400 W)腔内耐热底盘上，经微波辐射1 min，原来是淡红色的混合物料已完全变为灰色。摇晃石英玻璃管，使物料再次均匀混合，重新放入微波炉。该过程重复两次，总计辐射时间为3 min。反应完后，冷却至室温，得到蓝灰色的多晶粉末。产物经X射线衍射分析和X光电子表征，与常规方法制得的产物一致。用同样的方法，可以制得CuInSe 2 和CuInSSe多晶粉末。
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user: 4. 微波水热合成 微波水热合成是指温度100℃~1000℃、压力1 MPa~1 GPa条件下利用水溶液中物质化学反应，并在微波的作用下所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下，反应性提高，因而水热反应可以替代某些高温固相反应 [ 18 ] 。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同，因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。一系列温和与高温高压水热反应的开拓及其在此基础上开发出来的水热合成路线，已成为目前获取多数无机功能材料和特种组成与结构的无机化合物的重要途径。在水热合成体系中，采用微波技术开发出新的合成路线与新的合成方法 [ 19 ] 。特别是北京祥鹄科技发展有限公司 [ 20 ] 开发出来的XH-800S微波水热平行合成仪为样品提供了快速、安全、自动化的解决方案，在高压条件下加快样品消解反应的速度，适用于无机材料、纳米材料的合成。 微波水热合成在沸石分子筛一类的无机合成中的应用较多。沸石分子筛是一种具有规则孔道结构的新型无机材料，在催化、吸附和离子交换等领域有着广泛的应用。其主要类型有：A型、X型、Y型、ZSM-5、β型沸石分子筛等。沸石分子筛一般是在一定的温度下利用水的自生压力的水热法合成，水热反应温度在25℃~150℃之间的称为低温水热合成反应；温度在150℃以上的，为高温水热反应。按一定比例配制成的混合物，混合均匀后成为白色不透明的凝胶(成胶速率因配比的不同而不同)，再置于反应容器中，在一定温度下进行晶化反应。Chu P等 [ 21 ] 首次利用微波辐射加热合成分子筛，仅用12 min成功合成出A型分子筛。随即微波加热合成分子筛技术开始受到广泛关注，至今已成功实现了几乎所有已知品种分子筛晶体的合成。微波技术在沸石分子筛合成中的应用，大大缩短了合成时间，降低了能耗，而且合成的产品具有独特的物化性能。 采用微波加热代替常规的水蒸气加热或水溶加热法处理碳酸镁三水合物MgCO 3 ·3H 2 O得到了具有固定组成的均匀分散的Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 .4H 2 O片状细微晶体，具有操作简便、准确、产品性能好等特点。李沅英等 [ 22 ] [ 23 ] 利用微波热效应合成了氧化钇铕、钒酸钇铕、硫氧钇铕、钨酸钙、磷酸镧铈、硅酸锌锰等光致发光材料，与传统方法相比，具有效率高、速度快、反应产物组成结构均匀、质量高等优点 [ 24 ] 。戴德昌等 [ 25 ] 用微波辐射合成了MgAl 11 O 19 和BaMgAl 10 O 17 :Eu 2+ 荧光体，这两种材料是目前国内外普遍使用的稀土三基色灯用绿色和蓝色发光材料。此外，国内还有利用微波辐射法合成氧化物、硫化物、硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐、硼酸盐、钨酸盐等各类荧光体，其中制得的CaWO 4 荧光粉的相对发光亮度为市售荧光粉的119%。Mingos等 [ 26 ] 报道了利用微波合成[Cu(Pyhy) 2 ·2-melamine]化合物，且此化合物仅能通过微波水热的高温条件合成出来。陈熙等 [ 27 ] 在不同的制备条件下，通过微波水热两步法合成了一系列Ag 2 S/ZnO光催化剂，产物以六方纤锌矿ZnO为主，且其晶型结构并未随着反应温度和Ag 2 S物质的量的增加而改变。
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user: 5. 小结 本文主要叙述了微波水热合成和微波烧结两种方式相关微波无机化学研究进展，其实微波无机化学的内容十分丰富，尤其是无机材料合成，特别是无机纳米材料的合成进展非常迅速，已经成为科学研究中的一个热门领域 [ 28 ] [ 29 ] 。 传统加热方法是通过来自物质表面的热传送、热传导和热辐射方式将能量转移到原料上，而微波能通过电磁场内原子相互作用直接作用于原料。在热转移方面，传统加热的能量由于热梯度而被转移，但是微波加热是电磁能量的传输和能量转换，而不是热转移 [ 30 ] 。专业的微波实验仪器已有研发和生产，但是尚未得到广泛应用，尤其是无机化学反应等方面的应用更应不断的发展和完善，逐步实现工业化。 综上可知，微波无机化学作为一种新兴的分支交叉科学，将为无机化学带来一场变革，在科学相关领域具有广阔的应用前景 [ 31 ] 。
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user: 摘 要 主要介绍了微波技术在石油化工行业中的应用进展，其中包括脱水、脱氮、脱硫、脱酸等方面，结果表明，微波技术作为一种环保、高效、节能的新工艺、新方法，在石油化工行业中的各个相关领域，相比传统工艺都展示出其巨大的优势，发展应用前景将十分广阔。 关键词 :微波技术，石油化工，脱水，脱硫 Copyright © 2018 by author(s) 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. 前言 微波技术起源于20世纪30年代，最初应用于通讯领域。微波技术在通讯以外的使用可追溯到20世纪50年代，而它在石油化工领域的应用自80年代后期才逐渐的发展起来，并越来越显示出微波技术应用在石油化工领域的潜力，不断展现出其广阔的应用前景。 微波是指频率为300 MHz~3000 GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1 mm~1 m之间的电磁波，波段位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间，是一种非电离电磁能。近些年以来，微波以其高效、节能、均匀、环保等诸多优势得到广泛关注，并逐渐成为一种新型能源，广泛应用于相关领域。
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user: 2. 微波技术在石油化工中的应用 2.1. 原油脱水 近年来，随着原油开采进入中后期，不得不采用大量注水的办法提高采收率，采出的原油水含量巨增。原油含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大影响 [ 1 ] [ 2 ] 。原油脱水历来是石油开采及加工生产中最重要的环节之一。而原油脱水的关键是原油乳状液的破乳。目前国内油田普遍采用热化学和电化学脱水工艺 [ 3 ] 。由于热化学和电化学法存在着耗能大、破乳剂的加入量大、脱水后水质差、污染环境等不足，国内外都致力于开发一种高效、低耗、无污染或低污染的原油脱水方法。微波作为一种清洁、高效的能源，近几十年来越来越受到重视。原油可通过微波加热的方式进行破乳脱水，微波加热不同于传统的热传导加热方式，是由内向外的加热，能使物质瞬间提升温度，并且产生强电磁场，使极性分子高速运动，破坏油水界面膜，达到破乳的效果 [ 4 ] 。微波脱水的速度和效果是重力沉降、化学脱水和加热脱水等方法所不能比拟的 [ 5 ] 。胡同亮 [ 6 ] 等用SH9402微波反应系统(北京石油化工科学研究院研制，频率：2450 MHz，功率：0~750 W连续可调)对原油脱水进行研究，考察微波辐射时间、压力、功率、原油性质及水含量等因素对微波辐射原油脱水的影响，为其工业生产提供依据。赵杉栋 [ 7 ] 等采用海水稀释-微波辐射协同作用的方法对大庆高稠油进行了脱水试验。证实了微波技术用予原油脱水不仅可行，而且就即时脱水率、总脱水率、沉降时间以及能耗、环保等方蕊来看，具有其他脱水方式无可比拟的优越性。 2.2. 催化裂化柴油 随着柴油机车应用的日益广泛，柴油机车尾气排放的NOx对空气的污染，已造成一些大城市的空气污染由煤烟过渡到机动车排放物。所以，进行柴油脱氮技术的研究具有重要的社会意义和环境效益。柴油中含氮化合物的存在形式主要是苯胺、吡啶、喹啉及其衍生物以及吡咯、吲哚、咔唑及其衍生物。其中苯胺类、吡啶类、喹啉类等含氮化合物的氮原子上存在孤对电子，具有弱碱性，被称为碱性含氮化合物 [ 8 ] 。碱性含氮化合物会中和催化剂上的酸性，使催化剂上的活性中心减少，造成催化剂失活 [ 9 ] 。目前从柴油中脱氮的方法分为加氢精制和非加氢精制2种，其中加氢精制工艺已较为成熟，精制的收率高、产品安定性好，但脱氮率较低，并且需要充足的氢源，设备投资及操作费用高，在应用上受到很大的限制。因此，研究者把目光转向设备投资少、操作费用低的非加氢脱氮工艺，而微波脱氮就是其中一种前景广阔的方法 [ 10 ] 。郭文玲 [ 11 ] 等根据萃取理论，提出了一种以微波辅助络合萃取的脱氮方法。实验证明采用含微量AlCl 3 的95%乙醇溶液，在微波辐射条件下可有效脱除柴油中的碱性含氮化合物，采用微波辐射脱除柴油中碱性含氮化合物，在辐射功率225 W、辐射时间5 min、辐射压力0.3 MPa、剂油比0.7条件下，碱性氮脱除率可达92.0%，回收率为96.0%。由此可以看出微波辐射在脱除柴油碱性含氮化合物方面有着广阔的发展前景。 2.3. 脱硫 油晶中的硫化物主要以硫醚和噻吩的形式存在，其在原油中的质量分数约为16%。硫的存在给使用、环境、油品精制及油品质量带来很大影响。在原油炼制过程中，非活性的有机硫化物会发生分解，生成的硫和硫化氢等活性硫会腐蚀油罐和设备，对生产安全构成极大威胁，因此对石油产品必须进行深度脱硫 [ 12 ] 。 柴油脱硫的方法较多，主要包括加氢脱硫(HOS)和非加氢脱硫(NHDS)两大类。目前比较成熟的技术是HDS技术，但此技术的耗氢量高、投资大费用高、操作条件苛刻，难以被广泛采用。非加氢脱硫技术受到越来越多的关注，它主要包括吸附脱硫、生物脱硫、络合脱硫、氧化脱硫、萃取脱硫等 [ 13 ] 。其中，氧化脱硫(ODS)技术具有脱硫率高、反应条件温和、工艺流程简单、设备投资和操作费用低等优点，是一项非常有前景的脱硫技术。脱硫技术的原理是：将柴油中噻吩类硫化物用合适的氧化剂氧化成砜和亚砜，然后在含硫化合物的硫原子上引入多个氧原子，再用溶剂抽提的方法将砜和亚砜从油品中脱除，所使用的氧化剂可经过再生后循环使用 [ 14 ] 。现今，国内外已研究了许多氧化体系，如甲酸/H 2 O 2 氧化(ODS)体系，但是该体系存在反应时间长、柴油收率低等缺点。因此清洁高效的微波技术作为一项新技术受到了广泛关注，并且该技术在脱硫方面取得了一定的效果，文献 [ 15 ] 指出，在以H 2 O 2 为氧化剂，在微波辐射的条件下，柴油脱硫率达到了60%。 张玲 [ 16 ] 等以甲酸/H 2 O 2 混合体系为氧化剂，研究了在微波条件下H 2 O 2 的浓度、辐射功率、辐射压力、萃取剂与油体积比、恒压时间等对氧化脱硫反应的影响。实验结果表明：以H 2 O 2 /HCOOH为氧化剂，DMF为萃取剂，采用微波辐射对柴油进行氧化脱硫，具有脱硫率高，油品回收率高，清洁高效的优点，有着广阔的应用前景。 2.4. 脱酸 近年来，由于原油的变稠，常压二线馏分油的酸度显著变大。引起酸度变大的物质中环烷酸占90%以上。由于其存在会造成许多危害，腐蚀生产和储运设备；生产过程中易产生乳化现象，损坏发动机；降低油品的使用性能和柴油的安定性。并且环烷酸又是一种宝贵的化工原料，所以有必要研究新型、无污染、高效的柴油脱酸精制方法 [ 17 ] 。目前国内外柴油脱酸精制方法有化学精制法、物理萃取法、氨化学法、吸附分离法、络合萃取法、膜分离法 [ 18 ] [ 19 ] 等。碱洗–电精制法的废液污染环境，并且在精制过程中损耗油品。加氢精制法工艺复杂、受氢源限制、费用较高，不能回收环烷酸。溶剂抽提精制的柴油色度较差。氨化学法、吸附精制等都存在操作费用高的问题 [ 20 ] 。为克服上述方法不足，黄福明 [ 21 ] 对常压二线馏分油进行了微波脱酸精制研究。研究了在微波条件下剂油体积，辐射压力，恒压辐射时间，静置时间，辐射功率对脱酸反应的影响。实验结果表明：剂油体积比为(0.2~0.25):1、压力为0.04~0.06 MPa、恒压辐射时间为6 min、微波功率为375 W、静置时间为25 min为常压二线馏分油微波辐射精制的最佳工艺条件。采用微波辐射对原油脱酸，有着良好的应用前景。
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user: 3. 小结 微波技术作为一种环保、高效、节能的新工艺、新方法，在石油化工行业中的各个相关领域，相比传统工艺具有一定的优势。采用微波辐射对原油、柴油进行脱水、脱氮、脱硫、脱酸等，效果好，油品回收率高，有良好的应用前景。但是微波技术目前仅处于实验室研究阶段，工业放大缺少系统的数据支撑，欲将微波技术应用于实际工艺生产中仍有很长的路要走 [ 22 ] 。 此外，微波技术虽然作为一种新兴技术可以在石油化工行业得到广泛的应用，但在其热效应和非热效应等方面还缺少完整的基础理论体系，下一步需就该方面进行深入研究，建立完整的基础理论体系 [ 23 ] [ 24 ] ，为微波技术的长久发展与广泛应用打好基础 [ 25 ] 。
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user: 摘 要 利用哈密市国家基准气候观测站1998~2017年太阳总辐射和日照时数气象资料，通过采用多种统计方法，对哈密市太阳辐射时空分布特征进行了分析，并从太阳能资源丰富度、稳定性、可利用价值、最佳利用时段等方面对哈密市太阳能资源情况进行评估。结果表明：哈密市近20 a年平均太阳辐射量为6105.47 MJ/m 2 ，年际变化较大；平均日照时数为3424.5 h，呈显著增长趋势。总辐射和日照时数均为5月份最大，12月份最小；哈密市具有较好的太阳能资源，属于资源很丰富带；太阳能资源稳定；年日照时数大于6小时天数平均为326 d，太阳能利用价值很高；每日9~17时为最佳利用时段，全年中除了11~12月上午日照时数相对偏短之外，其它时间均为最佳利用时段。 关键词 :哈密，太阳辐射，日照时数，太阳能资源 Copyright © 2019 by author(s) 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 新疆太阳能资源十分丰富，年日照时间较长，日照百分率为60%~80%，全疆日照6 h以上的天数在 250~325天。新疆水平表面年太阳辐射总量为5000.7 MJ/m 2 ~6500.7 MJ/m 2 ，年平均值为5800.7 MJ/m 2 ，年总辐射量比同纬度地区高10%~15%。哈密市地处新疆维吾尔自治区最东部，地跨天山南北。地理坐标为东经91˚06'33''~96˚23'00''，北纬40˚52'47''~45˚05'33''，平均海拔2692.1 m。哈密市属典型的温带大陆性干旱气候，干燥少雨，晴天多，日照充足，为全国光能资源丰富地区之一。近年来，新疆气象工作者对太阳能资源有较多论述，如阿帕尔等 [ 1 ] 对昌吉市太阳总辐射进行了气候学计算，杨勇等 [ 2 ] 对博州地区太阳能资源进行了分析评估，杜军剑 [ 3 ] 分析了和静县山区及平原地区太阳总辐射变化特征等。但针对哈密市太阳能资源评估方面的研究较少。由于哈密市太阳能资源丰富，现已成为国家级重要能源基地，大力发展光热发电，将有效地改善能源结构，增加可再生能源的比例，优化电力系统电源结构，对实现该区域经济的可持续发展，具有重要作用。因此，研究哈密区域太阳辐射强度变化特征，分析、评估太阳能资源利用价值，为光热发电设计提供科学的数据支撑，对太阳能资源充分利用具有重要意义。
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user: 2. 资料来源和方法 哈密市现有太阳辐射观测项目的气象站是哈密市国家基准气候观测站，为二级站，观测项目有太阳总辐射、净辐射。此站建站时间长，气象条件无根本变化，气象资料经过气象业务主管部门严格质量控制，数据完整，符合一致性和可靠性要求。本文选取1998~2017年近20 a逐年、月、日太阳辐射和日照观测资料进行统计，分析时空分布特征；同时利用线性气候倾向率，分析总辐射量和日照时数变化趋势及空间分布特征；用Mann-Kendall方法 [ 4 ] 对近20a总辐射量和日照时数时间序列进行突变检验。