DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 通过一个实例引入两种解析分析方法 根据( [ 1 ]， P.96)知，晶体管的共射h参数等效模型如图1。其中 r c e 值在几百千欧以上。如果晶体管输出回路所接负载电阻 R L 与 r c e 可比，则在电路分析中应当考虑 r c e 的影响，否则可忽略。 图1. 三极管的共射h参数等效模型 下面我们通过一个例子来逐渐引入这种定量解析分析方法。这个例子具有典型性。如图2，第一级为差分放大器，第二级由三极管的基极和发射极输入，其既不是共射也不是共基电路，分析起来没有现成的结论可以利用。因此大家可以利用后面所介绍的方法。我们看参考书( [ 12 ]， P.121)习题4.7，原题如下： 电路如图2所示，T1与T2管的特性相同，所有晶体管的 β 均相同， R c 1 远大于二极管的正向电阻。当 v i 1 = v i 2 = 0   V 时， v o = 0   V 。1) 求解电压放大倍数的表达式；2) 当有共模输入电压时， v o = ? 简述理由。 图2. 参考书 [ 12 ] 中的习题4.7附图 原书 [ 12 ] 解如下： 1) 在忽略二极管动态电阻的情况下 A u 1 ≈ − β ⋅ R c 1 ‖ r b e 3 2 r b e 1 A u 2 = − β ⋅ R c 2 r b e 3 A u = A u 1 ⋅ A u 2 = β 2 R c 1 R c 2 r b e 1 ( 2 R c 1 + r b e 3 ) (1) 2) 当有共模输入电压时， v o 近似为零。由于 R c 1 ≫ r d ， v c 1 ≈ v c 2 ，因此 v b e 3 ≈ 0 ，故 v o ≈ 0 。 原电路中的二极管D是用来设置 T 3 的直流工作点，使其处于放大工作状态；第一级是差分放大电路，第二级既不是共射电路也不是共基电路，而其输入信号是从基极和射极输入的。电路输入 v i 为差分放大器的差分输入电压。所以原书是由第一级差分放大电路的差分放大倍数 A u 1 和第二级共射放大电路的放大倍数 A u 2 来经验性地给出整个电路的放大倍数 A u 的。显然不能令人信服，由后面分析知其答案是有误的。下面我们用解析分析方法来给出准确的答案。
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user: 3. 解析分析方法一(传统方法：晶体三极管直接用等效电路代替) 这种电子线路的小信号分析方法是传统方法，即将所有有源器件用它们的小信号模型代替，然后通过写出回路电压或节点电流方程组来求解所需的增益或阻抗等参数。但在有源器件数目增多时，求解过程变得非常复杂和不易掌握。 首先我们计算此电路的电压放大倍数。将3个三极管用其共射h参数等效电路代替(这也是很多书中采用的解析分析方法，如 [ 1 ] [ 2 ] )，则得到如图3的小信号交流电路。在其中， T 1 、 T 2 管的 r c e 由于远远大于与其并联的 R c 1 故可忽略；而 T 3 管的 r c e 暂时没有理由忽略。由差分输入性质，有 i b 1 = i b 2 ，故O点电位为0，相当于接地；另， r b e 1 = r b e 2 ， β 1 = β 2 = β 3 = β 。 图3. 图2的小信号交流等效电路 列出下列两方程，消去 i b 3 ，得 i o 和 i b 1 的关系，从而得到 A u 。 { ( i o + i b 3 + β i b 1 ) R c 1 + ( i b 3 + β i b 1 ) R c 1 = − i b 3 r b e 3                                                                                                   ( 2 ) ( i o + i b 3 + β i b 1 ) R c 1 = − [ i o R c 2 + ( i o − β i b 3 ) r c e ]                                                                                                 ( 3 ) 其中，(2)利用了 r b e 3 上压降与两个 R c 1 上压降的关系；(3)利用了e点电压的关系。 由(2)可得： i b 3 = − ( i o + 2 β i b 1 ) R c 1 2 R c 1 + r b e 3 带入(3)化简得： i o ( R c 1 + R c 2 + r c e + β r c e R c 1 2 R c 1 + r b e 3 ) = − [ β R c 1 + 2 β 2 r c e R c 1 − 2 β R c 1 2 2 R c 1 + r b e 3 ] i b 1 ∴ A u = v o v i = − i o R c 2 i b 1 ( 2 r b e 1 ) = [ β R c 1 + 2 β 2 r c e R c 1 − 2 β R c 1 2 2 R c 1 + r b e 3 ] R c 2 2 r b e 1 R c 1 + R c 2 + r c e + β r c e R c 1 2 R c 1 + r b e 3 由于 r c e 很大，故上式分子分母同除以 r c e 化简得： A u = β 2 R c 1 R c 2 r b e 1 [ ( 2 + β ) R c 1 + r b e 3 ] (4) 与(1)式对比可见两者差别极大。故基于经验的定性分析方法是不准确的，有必要采用定量解析的分析方法。 其次，我们计算此电路的输出电阻。为求输出电阻，在图3中，在 R c 2 两端加电压 v o ，令 v i = 0 。则有 i b 1 = 0 ，故 β i b 1 = 0 。故有如下等效电路图4(a)。而(a)即(b)。由(b)列出如下方程： { ( i c 2 + β i b 3 ) r c e + i c 2 R c 2 + i b 3 ( R c 1 + r b e 3 ) = 0                                                                                             ( 5 ) i b 3 ( R c 1 + r b e 3 ) R c 1 + i b 3 = i c 2                                                                                                                                           ( 6 ) 其中，(5)利用了回路电压的关系，而(6)利用了e点电流的关系。 图4. 求输出电阻时的等效电路 由(5)有： i c 2 = i b 3 ( β r c e + R c 1 + r b e 3 ) r c e + R c 2 带入(6)得： i b 3 ( R c 1 + r b e 3 R c 1 + 1 ) = i b 3 β r c e + R c 1 + r b e 3 r c e + R c 2 故有 i b 3 = 0 ，从而图4(b)转化为图4(c)。故可知输出电阻： R O = R c 2 ∥ ( R c 1 + r c e ) ≈ R c 2 (因为 r c e 很大) (7) 以上用传统方法，电路中虽然只有3个三极管，在求解时为了列出方程组也是颇费周折。可以预见当有源器件数量进一步增多时(即放大电路级数增多时)分析将更为繁琐，以致无法求解。为了克服这一困难，我们有下面的方法二，这种方法主要是基于戴维宁和诺顿等效电路法对放大电路逐级求解，且其计算非常简单，且每一级的物理意义非常清晰。
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user: 5. 总结与展望 由前述可见，传统的方法一相对来说是较麻烦的，尤其当有源器件数量增多时，求解变得非常困难。而方法二是对放大器逐级求解，变换和计算非常简单，且物理意义鲜明，对分析复杂的电路尤其有用；特别是结合Mason流图法辅助计算，更是大大简化了我们的计算过程，且所有参数可以用一个流图一次性全部求出。 由此我们找到了一种简洁的定量解析分析方法(即基于戴维宁和诺顿等效电路和Mason信号流图法)。它可以方便地用于各种类型的模拟电路分析，如差分放大电路、负反馈放大电路、场效应管电路分析等等。且其正确性都可以用理论分析和仿真的方法进行验证。限于篇幅，这些内容我们会在后续文章中再做详细研究和介绍。可见只要正确加以运用，这种分析方法是一种简单、实用的方法，必定会在工程实践中大显身手，帮助我们解决各种复杂的实际问题。
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user: 摘要 煤矸石的资源化综合利用对于控制煤矸石污染、促进生态文明建设具有重要作用。由于煤矸石产量巨大，需要不断发掘新的利用途径。利用煤矸石制作填充材料，发电，生产砖、水泥等建筑材料是目前国内主要的无害化处理手段，从中获得高附加值产品是未来努力的方向。本文对不同类别、不同特性煤矸石的利用方式进行了综合分析，再结合现有的利用技术，在具有高附加值的农用肥料、微生物肥料和以分子筛及吸附性材料为代表的化工产品等方面提出煤矸石综合利用的发展建议，旨在为国内外煤矸石综合利用与资源化处理提供新的发展思路。
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user: 1. 引言 煤矸石是在煤矿开采的过程中，与煤共生的岩石，是煤炭工业的加工过程中所产生的固体废弃物。据统计，我国煤矸石堆存占地约106 hm 2 ，堆存量近40亿t，不但占用大量土地资源，而且还可能发生自燃，产生有害气体。雨水对矸石的冲刷会使重金属离子随着雨水进入河流、土壤和地下水中，危害生态系统 [ 1 ]。但是，煤矸石含有多种可利用化学成分、物理性质相对稳定并携带一定的热值，故对煤矸石进行合理利用可以发挥较大的价值。推进开展煤矸石的综合利用，一方面可以降低其作为固体废弃物对于水源、土壤、大气的污染，另一方面可以实现资源的多级循环利用，缓解资源紧张的问题。虽然当前国内外煤矸石传统的综合利用已经相对成熟，在煤矸石的综合利用方面已有一些成效，但仍缺乏具有高附加值的煤矸石利用手段，未能发挥出煤矸石独特的结构特性与化学特性。本文从煤矸石的化学组成、矿物类型、应用现状及未来可能的资源化利用方式进行全面梳理和总结，对于煤矸石的处置、利用提供借鉴，对目前生态文明建设和碳中和目标的实现也有重要的促进作用。
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user: 2. 煤矸石的化学成分和矿物组成 2.1. 煤矸石化学组成 煤矸石主要由无机质和少量有机质组成，其化学成分主要是Al 2 O 3 、SiO 2 ，还含有不等数量的Fe 2 O 3 、CaO、MgO、K 2 O等无机物和微量的稀有金属，我国煤矸石的化学组成见表1。 依据煤矸石中的元素含量不同，煤矸石可被分为四类：砂岩类煤矸石、黏土岩类煤矸石、钙质岩类煤矸石和铝质岩类煤矸石，它们与煤矸石的组成密切相关，四类煤矸石的化学组分见表2。 Table 1 Chemical composition of coal gangue in Chin 化学成分 含量/% SiO 2 51~65 Al 2 O 3 16~36 Fe 2 O 3 2.28~14.63 K 2 O + Na 2 O 1.45~3.9 TiO 2 0.9~4.0 MgO 0.44~2.41 CaO 0.42~2.32 P 2 O 3 0.078~0.24 V 2 O 5 0.008~0.01 表1. 中国煤矸石的化学组成 Table 2 Chemical composition of different types of coal gangu 化学成分 SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 Fe 2 O 3 砂质岩矸石 53~88 0.4~20 0.3~1 0.2~1.2 0.1~1 0.1~5 0.1~0.6 0.4~4 黏土岩矸石 24~56 14~34 0.5~9 0.5~6 0.2~2 0.3~3 0.4~1 1~7 钙质岩矸石 10~40 3~10 40~80 1~4 1~10 铝质岩矸石 40~55 3~10 0.1~0.7 0.1~1 0.1~0.9 0.1~1.5 0.2~4 表2. 不同类型煤矸石的化学组分 2.2. 煤矸石的矿物组成 煤矸石矿物组成十分复杂，主要由石英、蒙脱石、方解石、高岭石、长石、金红石、菱镁矿、菱铁矿、地开石、磁铁矿、铝土矿、绿泥石和白云石等组成 [ 2 ]。四类煤矸石的矿物组成特点如下：砂质岩矸石以碎屑矿物石英为主，其他组分还有长石和云母等；黏土岩矸石主要由黏土矿物组成，另外还含有石英云母等矿物以及自生矿物如黄铁矿和碳酸盐等；钙质岩矸石的主要矿物是白云石和方解石，其中常含有菱镁矿；铝质岩矸石是四种煤矸石中富含高铝矿物的一类矸石，主要以一水软铝石、一水硬铝石和三水铝石为主，往往还含有石英和白云石等。
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user: 3. 煤矸石的应用现状分析 近些年来，我国的煤矸石综合利用虽然取得了一定的成果，但实际的资源化综合利用率并不高。目前，煤矸石综合利用途径主要包括：煤矸石做回填填充材料、煤矸石发电、煤矸石生产建筑材料方面等。 3.1. 煤矸石作填充材料 地下回填是目前处理煤矸石的重要技术之一。在煤矸石产生的矿区，可采用回填法进行现场处理。2020年，Li等 [ 3 ] 测量不同比例的矸石和粉煤灰样品的压缩变形特征，分析了其应力-应变关系及其孔隙率的相关变化，确定矸石与粉煤灰的最佳比例为1:0.35。以煤矿回填面为例，将矸石和粉煤灰按1:0.35的比例混合材料回填成矸石。工作面开采后，地表仅下沉约170 mm。这种方法不仅有效地大规模处理了固体废弃物即矸石和粉煤灰，并控制地表沉降，保护邻近建筑物和构筑物。地下回填不仅降低了煤矸石固废堆积的影响，而且在一定程度上控制了地表沉陷，提高了采场稳定性，使采矿活动更加安全高效。目前，为了使回填材料具有一定的抗压强度，在应用中通常使用大量的水泥。然而，水泥的生产是高污染的，会产生粉尘、二氧化硫和氮氧化物等有害物质，制备和运输回填材料会造成环境污染。因此迫切需要开发较新的、环保的回填材料，替代水泥应用于地下回填，减少污染。Guo等 [ 4 ] 利用微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)技术生产生物矿化产品巩固松散的矿粒的原理，通过菌种驯化得到具有特殊抗性的巴氏杆菌，制得了一种不使用水泥的煤矸石基生物矿化地下回填材料，该材料可以同时耐受CG浸出液和1M尿素，可满足煤矸石基矿化材料的基本要求。 另外，煤矸石也被用作路基填充材料。例如德国Ruhr公路、法国北部的公路网、英国的沿海公路等，中国山东省105国道张博段、G22青兰高速公路等 [ 5 ]，都采用煤矸石作为地基填充材料，减少了对耕地资源的浪费，消除了煤矸石堆积对环境的污染。 3.2. 煤矸石发电 煤矸石发电技术在我国已相对成熟，且我国推行积极政策鼓励以煤矸石为燃料发电，煤矸石发电中流化床锅炉所用的燃料均为含碳量 > 20%、热值高于6000 kJ/kg的煤矸石。上世纪90年代以来，煤矸石发电厂单机容量已经从最初的5兆瓦~6兆瓦发展到现在的300兆瓦 [ 6 ]。但并非所有类型的煤矸石都可以通过发电产生良好的效益，以山西省为例，山西省煤矸石热值普遍较低，发电效益低，故不适合大量建设煤矸石发电厂，而应该选择其他高附加值的煤矸石综合利用手段 [ 7 ]。 3.3. 煤矸石生产建筑材料 利用煤矸石生产基础建筑材料在国内外已经得到了广泛的应用。煤矸石作为补充水泥材料是处理煤矸石的有效策略之一 [ 8 ]。以煤矸石为原材料代替粘土进行配料进行制备水泥等胶凝材料，可以节约能源、降低煤耗、改善水泥的性能；以煤矸石为原料，采用水热合成及低温煅烧工艺制备的水泥熟料，具有凝结较快、早期强度较大的特点。煤矸石制砖、制陶瓷和混凝土等，已在技术层面上实现了对传统生产建筑材料的部分替代与混合生产。以生产陶瓷为例，利用煤矸石生产的多孔陶瓷，不仅具有较高的机械强度与较强的耐酸碱腐蚀性，还具有寿命长等优点 [ 9 ]。
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user: 5. 结语 虽然煤矸石在制作填充材料、发电、制砖等综合利用方面的技术已经相对成熟，但仍缺少具有高附加值的煤矸石利用手段。本文结合当前煤矸石综合利用研究进展，在煤矸石高附加值利用中发展较快的方向，例如煤矸石制备沸石、分子筛和吸附剂，制备聚烯烃复合填充料，制备混凝土与多孔陶瓷等建筑材料，生产微生物肥料、有机复合肥料等提出了新的发展建议，为煤矸石综合利用与资源化处理提供了新的思路。 对煤矸石的综合利用方式进行研究有助于缓解目前煤矸石产生量与利用量差距较大的现状，相关部门与企业应积极结合相关研究成果进行产业革新探索，促进煤矸石由低数量、低质量利用向高数量、高附加值方向转型。
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user: 摘要 学校规模的扩大、学生人数的增加，导致校园垃圾的处理成为亟待解决的问题。本文通过对校园垃圾特征的分析，分别阐述好氧堆肥与厌氧堆肥的优缺点，相比厌氧堆肥而言，好氧堆肥有分类要求高和生产成本较高等缺点，但是具有过程更快、占地面积更小、设备要求更低、参数较容易控制等优点。在校园通过堆肥处理校园生活垃圾具有十分重要的实践意义。在此基础上分析好氧堆肥的技术、经济、社会可行性，初步制定一套校园堆肥的方案，包括了位置选择、工艺流程、物料等。
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user: 1. 引言 校园垃圾具有很强的集中性，主要分布在食堂、宿舍楼和教学区等地点。在不同的集中点中，垃圾成分又较为单一。例如，教学区的垃圾主要为可回收的废纸以及塑料瓶等。其次，校园垃圾又具有较强的流动性。校园垃圾的产生与师生们的日常生活密切相关，伴随着学生们的流动，其产生的垃圾所处地点也将流动起来。校园垃圾的可回收、再利用性较强，例如，废纸、电池、快递包装盒和衣物等可以选择回收再利用。最后，校园垃圾中一次性用品所占的比重大。同学们为了贪图方便，经常使用一次性用品，特别是外卖、食堂打包所用的塑料盒、塑料袋和一次性餐具等，这便造成校园内白色垃圾泛滥的现象。 同样，外卖软件的普及，使校园宿舍区内产生了更多的餐厨垃圾，由于缺乏专门的餐厨垃圾桶和人员来处理，导致经常出现垃圾溢出垃圾桶的现象。与其他生活垃圾混到一起堆放，若气温较高或无法及时清理，容易滋生细菌、散发恶臭，影响校园的整体美观，对广大师生的健康造成危害。 根据吴文涛等在《合肥工业大学校园生活垃圾现状》的调查结果，人均垃圾日产量为0.5 kg [ 1 ]。徐州工程学院目前拥有全日制在校生2.2万人，有教职员工1466人，日产生活垃圾总量大约在11.7 t。学校占地1990.5亩，绿化面积占比近校园的60%。自然脱落的树叶进入校园水体中，容易造成水体富营养化和黑臭等。随着校园规模的扩大和师生人数的增加，校园里的生活垃圾总量也在不断增加，带来的环境问题也因此日益严峻。对这样大量的校园垃圾进行运输和填埋处理，既需要支付一大笔处置费用，也是对资源的浪费和对生态环境的破坏。 校园垃圾进行无害化和资源化处理已经成为一种必然的趋势。采用堆肥方式处理校园垃圾，可以达到无害化水平，减量化程度高，且堆肥产物可以作为肥料使用因此资源化程度较高。校园垃圾堆肥处理符合减量化、资源化、无害化的“三化”的原则。校园垃圾堆肥具有较多的优势：1) 外卖垃圾中可堆肥物质为80%左右 [ 2 ]；2) 校园种植绿化的土壤肥沃而且没有遭到污染，重金属及其他有害物质含量低，产生的堆肥产品安全无污染 [ 3 ]；3) 餐饮外卖产生的垃圾与绿植垃圾等经过适当的组合可以形成堆肥原料；4) 校园垃圾堆肥化处理后，可以制成有机肥料，实现有机物质的循环利用，还可以回馈土地，改善土壤环境。
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user: 2. 校园堆肥工艺的比选 2.1. 垃圾堆肥现状 堆肥是一种优秀的垃圾处理方式，并且这项技术在我国古代农村已经得到广泛的应用，是实现废物利用的重要手段。但随着社会的发展，传统的堆肥技术因为其占地面积大且周期长、容易散发恶臭等缺点逐渐落伍并被淘汰。科学技术的进步促进了堆肥技术的改进，使堆肥技术可以焕发新的生命，通过查阅资料，当前生活垃圾堆肥处理工艺主要有微生物菌剂处理、翻堆、通风和分选等。本方案堆肥工艺的选择必须坚持因地制宜的原则，而本文研究校园垃圾堆肥必须考虑到堆肥的地点在大学校园，常见的露天堆肥、翻堆显然不合适。因此，我们应当选择适应校园的高效堆肥工艺。 2.2. 好氧堆肥 好氧堆肥是在氧气充足的条件下利用好氧微生物的作用，实现堆肥材料的腐熟化，转化为腐殖质 [ 4 ]。好氧堆肥被广泛应用于餐厨垃圾、校园生活垃圾、农业秸秆等堆肥处理过程中。校园好氧堆肥主要过程如图1所示。 图1. 好氧堆肥流程图 前处理一般包括校园生活垃圾的收集、分拣、粉碎；对其含水率和碳氮比的监测与调整。主发酵阶段主要的反应过程为：微生物的作用下分解有机物，产生二氧化碳和水，释放热量使堆体的温度上升。后发酵阶段：对尚未分解的校园生活垃圾进一步分解，最终获得完全成熟的校园生活垃圾堆肥产品 [ 5 ]。后处理阶段为：对堆肥产品进行杂物剔除以及校园堆肥产品施用。具体应用到校园绿化肥料、老师学生花草种植等用途。 2.3. 厌氧堆肥 厌氧堆肥是一种在无氧或者厌氧条件下依靠厌氧细菌的作用将校园垃圾中的有机物快速转化为甲烷、氨和最终产物，使得垃圾无害化过程。其过程反应式如图2所示。 图2. 厌氧堆肥反应式图 厌氧堆肥的阶段：1) 水解发酵阶段，将校园垃圾中有机物质在脂肪和蛋白质等各种分解菌的作用下，将复杂有机物分解为简单有机物：如蛋白质水解为太和氨基酸，脂肪分解为甘油和脂肪酸、二氧化碳等；2) 产酸产乙酸阶段，利用产酸菌的帮助，生产氢、乙酸、二氧化碳等物质；3) 产甲烷阶段，产甲烷菌群会利用第一和第二阶段所形成的产物形成甲烷 [ 6 ]。 2.4. 两种堆肥方案比较 通过对好氧堆肥与厌氧堆肥的优缺点进行对比(图3)，两者优缺点比较明显。厌氧堆肥工艺简单，不需要补充氧源，可以有效降低能耗，但其反应速度慢，所需要的时间较长，但是在此过程中会产生的有机脂肪酸、硫醇以及硫化氢等刺激性气体，不利于周边环境卫生及师生安全；另外在产物中含有许多喜热细菌也可能对师生的身体健康造成影响，因此厌氧堆肥不利于同学们进行实习实践。 好氧堆肥在整个过程下须保持充足的氧环境，需要不断补充氧源，能耗较大，但其反应速度较快，所需的时间较短，不产生臭味气体，同时堆肥过程中可以杀死所有病原菌。综合考虑大学校园内的设备布置场地、周期、物料结构等影响因素，好氧堆肥更加适合校园垃圾处理处置。好氧堆肥的过程还可以为学生的堆肥处理、环境监测实习、固体废弃物处理与处置实习、环境微生物学等实践课提供场地支持。 图3. 方案优劣对比
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user: 3. 好氧堆肥处理方案研究进展 3.1. 堆肥物料设计方案研究 生活垃圾利用垃圾运输车从宿舍楼下的垃圾桶中获取，挑拣出有机成分(主要为丢弃的零食、用过的纸巾和水果皮等)将其破碎，过10 mm孔径筛。淤泥从校内河道中获取，含水率在70%左右，先进行晾晒预处理，使含水率降至50%~60%，然后过10 mm孔径筛。枯枝落叶等绿化废弃物经过收集后进入粉碎机进行粉碎，直径在1.5~2.0 mm之间，用作流程中的膨松剂。将外卖垃圾经过滤去油、破碎等预处理后，过10 mm孔径筛。由于原材料有含水量较高的外卖垃圾，为降低其含水率，调节堆体理化性质，掺入含水量约为10%的枯枝落叶制成的锯末膨松剂。将蓬松剂加入到外卖垃圾中可以改善堆肥环境得、改良堆料结构、吸收垃圾中多余的水分、提高原料的孔隙度、调节碳氮含量比，为后续堆肥过程中微生物营造良好的生长环境，堆体中的微生物数量增多、保持种群结构层次丰富稳定，从而迅速分解垃圾中的有机物 [ 7 ]。 前人研究发现在堆肥方案的设计过程中要注意以下参数 [ 8 ] [ 9 ]：含水率在40%~60%、碳氮比在50以下的好氧堆肥要求，参照前人的研究成果，结合学校的实际情况，对校园堆肥进行方案的设计(见表1)，各组原料配比(质量比)及EM菌的加入量。配合环境工程及其他相关专业的实习实训及熟化后肥料的质量需要重点关注环境指标：pH、有机质、全氮、全磷、全钾以及肥料中的Cr、Cd、Pb金属离子等。 Table 1 Proportion and feeding amount of each grou 组号 垃圾配比/kg 外卖垃圾/kg 河道淤泥/kg 生活垃圾/kg 枯枝落叶/kg EM菌加入量/g A 1:2:2:1 1 2 2 1 100 B 1:2:3:1 1 2 3 1 100 C 1:2:4:1 1 2 4 1 100 表1. 各组配比及加料量 3.2. 好氧堆肥处理反应系统研究进展 从外形结构上分，堆肥反应系统主要有箱式系统、桶式堆肥发酵仓、立式堆肥发酵塔等。其中，箱式系统常见于国外家庭式堆肥处理 [ 4 ]，其工艺简单，但是存在容量和系统维护方面的劣势。目前国外大学堆肥过程中应用最为广泛的是桶式堆肥系统 [ 10 ]。此系统主要包括堆肥器、生物滤膜、除臭系统三个模块 [ 11 ]。同时存在占地面积小和操作时间短等优点，但是仍然需要后期不断维护，进行后发酵。Arrigoni等 [ 12 ] 设计了一种立式圆柱静态好氧堆肥反应器，通风管道被设置在圆柱体的中心部位，可以在没有外界热源的情况下生产出堆肥。但是其立式结构不方便人员进行运输料等操作。以上几种堆肥反应器具有结构简单，成本较低等特点，但是自动化程度都较低，需要专门的人员操作。 黄晶晶等 [ 13 ] 设计了一套垃圾处理设备，可挥发性固体降解率达到约52.1%。这套垃圾处理设备便于操作，具有搅拌和自动化控制系统，使得温度、通风率得到有效控制，物料混合均匀，稳定性较好。在大学校园内进行垃圾堆肥处理要求反应器系统应该具有自动化程度高、易操作、安全性强等特点。结合校园垃圾堆肥反应系统的特点，校园堆肥物料设计和工艺流程等情况，此垃圾处理设备更加契合当前校园垃圾堆肥处理。 3.3. 好氧堆肥处理工艺流程 结合物料和堆肥反应器系统设计校园垃圾堆肥工艺流程，对校园垃圾进行好氧堆肥处理，以徐州工程学院校园中的枯枝落叶、草屑、外卖垃圾和学生生活垃圾为主要原料，加入腐熟菌剂在反应器内进行好氧发酵处理。 校园堆肥的规模不宜过大，堆肥流程选用好氧静态堆肥工艺。首先对校园中的枯枝落叶等绿化废弃物进行清扫堆放，然后用粉碎机将其制作成直径0.5~1.0 mm的木屑锯末，再与其他校园有机垃圾混合均匀后添加腐熟菌剂，结合堆肥对碳氮比、含水率要求，通过增加氮源和菌种的方式调节进料的碳氮比和含水率。投入到堆肥设备中，启动设备开始进行好氧堆肥。在堆肥的过程中不再添加新的原料，等待其完全发酵腐熟后，结束处理。 在堆肥处理过程中要对堆肥条件进行控制，以保证其中的好氧微生物正常生长，提高降解效率。加入适量的碱性试剂例如熟石灰调节堆体pH值。碳氮比要大于25:1，在堆肥过程中保持在30:1~50:1之间。将原料放入堆肥设备，组织学生定期记录堆体内部温度和排气氧含量(每天8:00和21:00)。设备运行期间，可组织学生开展实践实习，及时对肥料的情况进行记录并实际操控这套带有自动化系统的堆肥设备。好氧堆肥工艺流程如图4所示。 正如图4所示，将在校园里收集到的生活垃圾进行预处理后加入反应器内发酵，并添加校园绿化产生的垃圾制成的蓬松剂和腐熟菌剂。由于堆肥是一个放热的过程，高温会导致肥料中的有机物消耗并且降低微生物的活性从而降低肥料品质和堆肥效率与速率，所以在反应过程中要注意控制整个反应器的温度。同样值得注意的是反应过程中的C/N比。C/N比过高使得细菌、微生物的生长受到限制；C/N比过低则会导致大量的氮损失，堆肥肥料的品质大大下降。充分反应制成成品之后，继续测定其指标，方便掌握堆肥产品品质，确保肥料后期使用的安全性。 图4. 方案优劣对比 3.4. 堆肥位置及功能区分布 将原料集中堆放在校园空闲地(远离生活和教学区)堆肥边搭建简易棚作为垃圾收集区，并放置粉碎机，将材料就近粉碎进行预处理。在堆肥反应设备下可加筑一些木条支架，提高堆体通透性和氧气的含量，以保证富氧环境。在完成分解发酵过程后，将有机肥料在空地上完成晾晒、加工等操作。堆肥位置功能区分布如图5所示。 图5. 现场布置示意图
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user: 4. 实践意义及可行性分析 4.1. 技术可行性分析 通过调查，堆肥处理校园生活垃圾方案可行，已有小型堆肥反应器或者堆肥方案在国内外部分高校投入运行，并取得良好的效果。例如，来自武汉二职的一名老师，带领该校的学生环保社团，5年来在校园一角的小花园开展通气式堆肥。通过堆肥每年可以处理2吨左右的垃圾。同样，国外的曼彻斯特大学每年利用桶式反应器堆肥系统，处理700 t园林垃圾和厨余垃圾 [ 10 ]。垃圾堆肥处理技术在校园环境内是可以实施的，此外本校环境工程专业老师和同学可以为校园垃圾处理提供技术支持，也能为堆肥工艺的不断优化和提升提供帮助。风景园林和园林专业老师和同学也可以为堆肥的利用提供帮助。 4.2. 经济可行性分析 对整个方案的处理费用进行分析，如下表2所示。主要由三部分组成：堆肥反应设备装置的制作和购买、场地修建费用、实验过程中的人工费用(收集、处置等)。前两个部分主要可以通过结合学校实践实训购置设备等进行购买，总费用可以用景观绿化过程中肥料投入经费抵销以及生产有机肥料销售进行补贴。同时，堆肥过程中能够有效减少学校固体废弃物的数量和处理费用，节约垃圾外运产生的费用。相较普通堆肥厂拥有了师生的共同参与，节省了大量人工费用。统计分析几部分成本及作为普通有机肥销售收益，校园生活垃圾的处理成本为95.5元/t，学校生活垃圾的处理费用为180元/t。校园生活垃圾堆肥处理具有较好的经济效益。 Table 2 Waste disposal cost analysis tabl 序号 项目 成品消耗量(m 3 ) 单位 消耗单价(元) 立方米成品(元/t) 一 原料 1 校园垃圾 0.8 t/m 3 原料 0 0 2 腐熟菌剂 1 kg/m 3 原料 10 10 3 N类辅料 1.5 kg/m 3 原料 2 3 4 合计 13 二 辅助材料及动力 1 电耗 1 30 2 包装袋 0.5 0.5 三 其他 1 设备折旧 1 190 190 2 土建及其他折旧 1 12 12 堆肥产品及有机覆盖物成本总计(元/m 3 成品) 245.5 四 销售收益 1 有机肥料 150 最终处理费用 (元/m 3 ) −95.5 表2. 垃圾处理费用分析表 4.3. 社会可行性分析 欧美等发达国家在2005年市场上就已经开始售卖包括小型生物反应器等家庭厨余垃圾堆肥成套设备 [ 14 ]，通过家庭的模式自产堆肥，回用于家庭的土壤。既减少了购买化肥和垃圾处理的费用，也同样保持了土壤的肥力，防止化学肥料对土壤的污染。同理我们国内大学校园也应加强对生活垃圾进行垃圾分类以及“三化”的实践宣传等，校园垃圾堆肥有利于生态环保理念的宣传，具有重要的社会意义和可行性。
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user: 5. 校园堆肥在实践教学的实践意义 堆肥处理既是实现垃圾资源化的重要方法，也是环境工程专业所需学习的重要内容。利用校园垃圾进行堆肥处理，使得老师们在讲解堆肥技术时可以更实际、生动、贴近生活，也更加有利于同学们的理解与记忆。堆肥产品的各项环境指标需要进行分析测定，这些内容是环境工程专业的必修课，同时也是重要的实践实习项目，结合专业实习实训等来完成，既节省了送出检测的费用和成本，更重要的是为学生提供了实习的场地。同理，认识实习和固体废弃物处理等实习等实践项目都可以直接在这个项目内进行，方便了同学们开展实习实践。此外，围绕校园垃圾堆肥处理设备可以设置其他相关专业的综合实训实验课程。在社会实践意义方面，利用校园垃圾进行堆肥处理的宣传，不仅仅提高了师生们的环境意识和环保意识，同时也可以将这种充分利用资源与环保相结合的思想传播出去 [ 15 ]。
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user: 6. 结语 校园堆肥处理可以有效减少校园生活垃圾。通过分析生活垃圾堆肥处理工艺、物料以及堆肥设备等，坚持因地制宜的原则，选定好氧堆肥作为校园垃圾堆肥处理的主要工艺，本方案将前人发明出的高效堆肥技术与装置通过比选与整合，创新地应用到大学校园中并在此基础上阐述校园垃圾堆肥的可行性和实践意义等。校园垃圾堆肥可以使得师生们对充分利用资源的环保理念拥有更加深刻的认识，可以增加师生的环保意识，更好构建生态校园。
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user: 摘要 女性比男性更易患焦虑症，但焦虑性别差异的行为机制尚不清楚。本研究采用辨别反转学习范式，以主观预期值作为测量指标，探讨5~6岁儿童在条件性辨别习得后的反转负性强化学习任务中的性别差异。以厌恶声音作为强化刺激，41名正常儿童参加了条件性辨别学习和反转学习。结果发现，习得阶段，男女儿童都能辨别两个不同的刺激；而反转阶段，男童反转得更快，女童持续表现之前的反应。此结果表明，男生对负性强化联结的反转反应比女生更为敏感，女生在适应新环境时的困难可能导致女性更易患焦虑症。
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user: 1. 引言 焦虑症是儿童期常见的心理障碍之一(Kessler， Petukhova， Sampson， Zaslavsky， & Wittchen， 2012)。近年来，越来越多的儿童被诊断为焦虑症(anxiety disorders， AD) (Zhou et al.， 2019)。同时，研究显示，儿童焦虑症患病率存在性别差异(Gamwell et al.， 2015; Schmitz et al.， 2011)。有研究显示，相对于男孩，女孩的焦虑症显著增加(Gamwell et al.， 2015; Schmitz et al.， 2011)。还有研究发现，焦虑症患病率的性别差异直到发育的青春期才会出现(Nelemans et al.， 2014; Ohannessian， Milan， & Vannucci， 2017)。因此，针对这些不一致的结论，有必要进一步研究儿童焦虑的性别差异，这将对了解儿童焦虑症的潜在行为机制和干预措施具有重要作用。 条件性联结学习是研究焦虑症的典型范式。以前关于条件联结学习的性别差异的研究得出了不一致的结果。有研究表明，女性比男性更容易获得条件性恐惧反应；有研究表明，与男性相比，女性的条件性恐惧反应降低(Day & Stevenson， 2019; Velasco， Florido， Milad， & Andero， 2019)。还有研究显示，条件恐惧和消退不存在性别差异(Farrell， Sengelaub， & Wellman， 2013; Zorawski， Cook， Kuhn， & LaBar， 2005)。然而，以往大多数研究只以成年人为被试。因此，需要更多的研究来更好地了解儿童焦虑的性别差异。 虽然关于儿童焦虑症性别差异的病因有很多不一致的观点(Jovanovic et al.， 2014; Schiele et al.， 2016; Schmitz et al.， 2011; Waters， Lipp， & Spence， 2004)，但是，大部分研究认为，焦虑症与处理负性材料的低灵活性有关(Lee & Orsillo， 2014; Wen， LeMoult， McCabe， & Yoon， 2019)。研究发现，AD个体灵活性的降低导致对先前负性情绪信息的处理时间延长，从而导致消极情绪和想法的维持或恶化(Lee & Orsillo， 2014; Wen et al.， 2019)。 同时，以往研究显示，儿童的灵活性存在性别差异(Overman， 2004; Overman， Bachevalier， Schuhmann， & Ryan， 1996)。例如，Overman，Bachevalier，Schhumann和Ryan (1996)发现，15~55个月大的男孩在物体反转任务上优于女孩(Overman et al.， 1996)。在随后的研究中，Overman (2004)再次发现3岁以下儿童在物体反转任务中存在性别差异，但青少年或成人的反转学习中没有发现性别差异。物体反转任务是一种测量行为灵活性的实验范式。首先，使用强化让被试学习区分两个不同的刺激，一个刺激常伴随奖励，另一个没有。接着，在没有提示的情境下，刺激与奖励的联结发生反转，之前奖励的刺激现在没有奖励，反之亦然。在反转学习范式中，由于奖励或惩罚的变化，必须调整之前的反应。在条件性联结形成后，紧接着条件性联结反转，习得新的条件性联结。 重要的是，越来越多的研究表明AD个体对负性信息敏感，且存在注意偏向(Baas， Van Ooijen， Goudriaan， & Kenemans， 2008; Wen et al.， 2019)，这将阻碍焦虑个体从负性信息向目标任务转移的灵活性。因此，我们将反转学习中的正性强化改为负性强化，以探讨儿童焦虑的性别差异。人类的反转学习以反应的错误率和主观反应为测量灵活性的指标(Boddez et al.， 2012; Bongers， van den Akker， Havermans， & Jansen， 2015)。在本研究中，主观预期值将作为测量儿童对负性强化联结改变的意识敏感度指标(Boddez et al.， 2012)。在人类条件性联结学习中，对负性刺激的期望与AD个体的预期焦虑有关。对负性刺激的主观预期值模仿了预期焦虑，是衡量被试在条件刺激呈现后对负性刺激的期望程度。同时，以主观预期值为因变量将使儿童在各个实验试次中获得关于条件性联结的反馈信息，使儿童在较少消极影响的情境下探讨儿童焦虑的潜在机制。 因此，本研究以主观预期值为因变量，采用几何图形辨别反转学习范式，探讨5~6岁儿童对条件性刺激后出现厌恶声音的预期变化，以期找到儿童焦虑性别差异的潜在机制。基于女孩更高的焦虑症发生率(Gamwell et al.， 2015; Schmitz et al.， 2011)，我们假设，与男孩相比，女孩将更快习得条件性负性强化联结。考虑到条件习得和反转会产生记忆干扰(Bouton， 2004)，而女性更难抑制负性信息(Evans & Hampson， 2015; Foilb， Bals， Sarlitto， & Christianson， 2018)，我们假设，在条件性反转阶段，男童更易习得新的条件刺激，更快区分新的条件刺激。
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user: 2. 方法 2.1. 被试 被试来自广东省某幼儿园5~6岁的儿童44名，由于被试没有完成整个实验和无法理解实验指导语，有3名儿童的数据被删除，有效数据41名。平均年龄在68个月，范围在60~76个月之间，男被试21名，女被试20名。所有被试视力正常，且无其他身体疾病，在实验开展前家长均签署了知情同意书。 2.2. 实验材料 刺激图片：黑色圆形和三角形作为条件性刺激(金艳，何资桥，&叶彤，2019)。 声音材料：金属拖地板的声音，该声音曾用于儿童的条件性联结学习(Neumann & Longbottom， 2008)，且联结效果很好(Resnik， Sobel， & Paz， 2011)。声音参数包括：音质频率44，100 Hz、双声道、采样位数16位。声音持续时间为3 s，作为本实验的厌恶刺激。 2.3. 实验流程 为避免环境干扰，在幼儿园休息室进行实验，使用电脑呈现图片，电脑按键作答。为了让被试熟悉实验程序，首先告知被试的指导语，指导语：小朋友你好，我们来做一个小游戏，一会儿将在屏幕上看到两个不同的几何图形，你不仅要记住屏幕上的几何图形，还要猜几何图形后面会不会出现厌恶声音。用1、2、3、4键来判断几何图形后出现厌恶声音的可能性。1、2、3、4键依次分别代表，“肯定不出现厌恶声音”、“出现可能性小”、“出现可能性大”和“肯定出现厌恶声音”。当屏幕出现一个“？？？”符号时，提示将预测的结果作按键反应，不按键“？？？”符号不消失。告知指导语后，呈现几何图形图片和声音材料，确认被试明白指导语，然后进行正式实验。 正式实验一共包含三个阶段， 即前暴露阶段、习得阶段和反转学习阶段。1) 前暴露阶段：2个不同的几何图形作为条件刺激和金属拖地板声音随机各出现一次，共三个试次，不需要反应。2) 习得阶段：此阶段2个条件刺激，一个80%跟随金属拖地板的声音(CSa)，另一个从不跟随金属拖地板的声音(CSb)随机呈现，各10个试次。3) 反转学习阶段：没有任何提醒，直接进入反转学习阶段。此阶段条件性联结出现反转：习得阶段的CSa不再跟随金属拖地板的声音，而习得阶段从不跟随厌恶声音的CSb，在此阶段80%跟随厌恶声音。CSa和CSb也是各10个试次。CSa和CSb之间的顺序做被试间平衡。 同时，在习得阶段结束后，要求儿童回答几何图形匹配厌恶声音的情况，确保儿童在习得阶段建立了意识联结。 2.4. 实验设计 自变量为阶段(习得阶段、反转阶段)和刺激类型(CSa、CSb)为被试内变量，性别(男、女)为被试间变量，因变量为对声音的主观预期值。
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user: 3. 结果 对厌恶声音的主观预期值进行2 (性别：男/女) × 2 (阶段：习得阶段/反转阶段) × 2 (刺激类型：CSa/CSb) × 10 (试次：1~10)的重复测量方差分析。结果发现，刺激类型的主效应显著，F(1，39) = 6.842，p < 0.05， η p 2 = 0.149；阶段的主效应达到边缘显著，F(1，39) = 3.982，p = 0.053， η p 2 = 0.093。还有刺激类型和试次的交互作用显著，F(9，351) = 2.499，p < 0.01， η p 2 = 0.06。性别、阶段和刺激类型三者的交互作用显著，F(1，39) = 5.516，p < 0.05， η p 2 = 0.124。重要的是，性别、阶段、刺激类型和试次四者的交互作用显著，F(9，351) = 3.244，p < 0.01， η p 2 = 0.077。 为了能更好地阐述以上四者的交互效应，把习得阶段和反转阶段分开进行统计处理。对习得阶段的厌恶声音的主观预期值进行2 (性别：男/女) × 2 (刺激类型：CSa/CSb) × 10 (试次：1~10)的重复测量方差分析。结果发现，刺激类型的主效应显著，F(1，39) = 7.571，p < 0.01， η p 2 = 0.163。没有发现其他效应。 对反转阶段的厌恶声音的主观预期值进行2 (性别：男/女) × 2 (刺激类型：CSa/CSb) × 10 (试次：1~10)的重复测量方差分析。结果发现，刺激类型和性别的交互作用显著，F(1，39) = 6.036，p < 0.05， η p 2 = 0.134。刺激类型和试次两者的交互作用显著，F(9，351) = 2.039，p < 0.05， η p 2 = 0.047。重要的是，性别、刺激类型和试次三者的交互作用显著，F(9，351) = 2.835，p < 0.01， η p 2 = 0.068。简单简单效应分析发现，在第4个试次，对CSa的声音主观预期值存在性别效应，F(1， 39) = 4.37，p < 0.05， 女童(M = 2.810， SD = 1.123)显著高于男童(M = 2.150， SD = 0.875)；在第4个试次，对CSb的声音主观预期值表现性别效应，F(1， 39) = 7.52，p = 0.009，男童(M = 2.800， SD = 0.951)显著高于女童(M = 1.952， SD = 1.024)；在第6个试次，男童对CSa的声音主观预期值(M = 2.09， SD = 1.04)显著低于对CSb的主观预期值(M = 2.76， SD = 1.09)，F(1， 39) = 4.93，p < 0.05；而在第10个试次，女童对CSa的声音主观预期值(M = 2.75， SD = 1.07)一直显著高于对CSb的主观预期值(M = 1.90， SD = 0.98)，F(1， 39) = 4.68，p < 0.05。 对习得阶段第10个试次和反转阶段第10个试次CSa和CSb的主观预期值进行2 × 2 × 2 (性别 × 刺激类型 × 阶段)的ANOVA方差分析表明，三者的主效应都不显著，但刺激类型和性别二者的交互效应显著，F (1， 39) = 5.880，p < 0.05， η p 2 = 0.131；性别、刺激类型和阶段三者的交互作用显著，F(1，39) = 4.077，p < 0.05， η p 2 = 0.095。对三者的交互作用进行简单简单效应分析发现，在反转阶段的第10个试次，对CSa的主观预期值，性别呈边缘显著，F(1， 39) = 3.60，p = 0.065， η p 2 = 0.284；男童在反转第10个试次对CSa的预期值低于女童对习得阶段的第10个试次，如图1所示；在反转阶段的第10个试次，对CSb的主观预期值，性别效应显著，F(1，39) = 9.07，p < 0.01， η p 2 = 0.426，男童在反转第10个试次对CSb的预期值显著高于女童对CSb的主观预期值。 图1. 男女对习得阶段的最后试次和反转阶段的最后试次的不同刺激的主观预期值比较
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user: 4. 讨论 本研究考察了5~6岁儿童几何图形联结厌恶声音的反转学习的性别差异，研究结果发现，5~6岁儿童在反转学习上存在性别差异。在习得阶段，男女童辨别了两个不同的条件刺激。在反转阶段，男女儿童对声音的主观预期值上出现显著差异，女童一直表现对CSa的高主观预期值持续高于CSb的主观预期值；而男童对CSa的主观预期值低于CSb的主观预期值，体现了反转的灵活性。 在习得阶段，刺激类型的主效应显著，此结果说明，男童和女童都能成功区分两个不同的条件刺激。习得阶段后，口头确认被试在意识上能辨别两个条件刺激后，没有提示，直接进入反转阶段。这样，之前跟随80%厌恶声音的条件刺激现阶段从不跟随厌恶声音，而之前从不跟随厌恶声音的条件刺激现阶段跟随80%的厌恶声音。然而，与我们的预测相反，在条件习得阶段，女孩并没有表现出比男孩更大的主观期望值，这并没有与以往研究结论不同 (Farrell et al.， 2013; Zorawski et al.， 2005)。因为，以往研究发现女性的负性习得优势是表现在青春期或女性不同生理周期(Chauret et al.， 2014; Glover， Tanja， & Seth Davin， 2015; Lonsdorf et al.， 2015)。在本研究中，女童未进入青春期和生理期，在条件性负性习得中受性腺激素影响较小(Overman， 2004)。 反转学习任务中一个决定因素是被试根据条件刺激和厌恶刺激的联结变化改变反应行为的能力。本研究与以往5岁以下儿童的反转学习研究一致的发现，在几何图形联结厌恶声音的反转学习中存在男性优势(Evans & Hampson， 2015; Kelly & Forsyth， 2007; Overman， 2004; Overman et al.， 1996)。本研究是第一个展示以5岁以上儿童为被试的反转任务的性别效应。在反转的第4个试次，对CSa和CSb的主观预期值存在显著的性别差异。在反转的第6个试次，男童对新的跟随厌恶声音的几何图形的主观预期值显著高于之前跟随厌恶声音的几何图形，而女童在反转的第10个试次依然对之前跟随厌恶声音的几何图形持续高的主观预期值。 根据Bouton的联结学习理论(Bouton， 2004)，在条件性消退时，在没有强化的情况下呈现之前的条件刺激，也产生了新的学习。在条件性消退阶段，条件性刺激和强化刺激的原始记忆暂时被抑制，条件性习得记忆和新的消退记忆是相互竞争的。在本研究中，条件反转是记忆相互竞争的一种抑制现象，是原始的条件性习得记忆或新的条件性反转记忆的竞争。从Bouton的联结学习角度来看，当强化发生变化时，儿童需要抑制原始的条件刺激与厌恶声音连接，习得新的条件刺激与厌恶声音的连接。本研究结果显示，女童对之前的条件刺激有很高的主观期望值，而男童对新的跟随厌恶声音的几何图形的主观预期值显著高于之前跟随厌恶声音的几何图形。这可能是采用了厌恶声音作为负性强化的记忆抑制的结果。以往研究发现，男性更易抑制之前的负性刺激，而女性更多集中注意负性(Deng， Chang， Yang， Huo， & Zhou， 2016)。这说明，与女童相比，男童较快地反转，对新的负性强化的条件性刺激表现出更高的主观预期值，表现了对变化刺激的敏感，可能会促进他们的行为灵活性，更好地适应周围环境，使他们不易患焦虑症。 总之，本研究显示了儿童在辨别反转学习的性别差异，具体表现为，相对于女孩，男孩更快地反转反应。这一结果可能有助于了解女性比男性患焦虑症的风险更高。
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user: 摘要 为了满足将在中国正式实施的国家六b排放法规的要求，减少实际道路条件下的瞬态排放是其有效措施之一。本文针对实际道路条件下的NO排放特性，以一款在中国市场出售的轻型汽油车为研究对象，使用NO快速采样分析仪作为车载测量设备，对该车实际道路运行下三效催化反应器(TWC)前后的NO排放浓度进行采样和分析。研究发现，换挡瞬态过程是导致瞬时NO x 排放升高的重要因素：换挡的同时若不踩油门踏板，排气管则出现NO x 瞬时峰值。基于对换档和燃油切断条件的数据分析，提出采用NO x 瞬态排放的优化控制策略减少车辆在实际道路上的NO x 排放的方法。
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user: 1. 引言 随着国六排放法规即将实施，乘用车道路工况实时排放的测试和控制成为业内关注的热点。国六法规主要不同之处，一是将实验室型式核准排放测试由NEDC (New European Driving Cycle)工况改为WLTC (World-wide Light-duty vehicles Test Cycle)工况。因为WLTC工况覆盖的车辆运行区域和发动机工作区域更广，与车辆实际行驶状态更接近，测试结果相比于NEDC工况将更有参考意义 [ 1 ] [ 2 ]。二是国六法规引入欧盟RDE (Real Road Emission)测试作为II型试验，要求测量轻型车在实际道路上行驶时的NO x 、CO和PN排放，对汽车排放的要求标准更高、更严 [ 3 ]。 针对国六法规的要求，国内外研究机构和企业都开展了大量研发工作，特别是围绕国六b进行了道路实时工况的排放控制开发。韦进金等 [ 4 ] 专门研究WLTC循环换挡策略对排放的影响，通过选取一辆四驱柴油车进行试验，结果表明：在NO x 万有特性图上，高速换挡策略主要集中于高转速且低喷油量区域，其NO x 比排放较低；低速换挡策略集中于低转速且高喷油量区域，NO x 比排放较高；在暖机过程高速换挡策略水温上升比低速换挡策略更快，摩擦阻力更小，燃烧效率更好，排放水平更低。禹文林等人 [ 5 ] 专门研究了混合动力汽车实际道路行驶的排放特征，他们发现在节气门突然加大的瞬间，NO x 会出现相应的排放峰值，认为主要原因是急加速的瞬间发动机需要功率混合气，混合气加浓偏离理论空燃比导致三效催化器转化效率降低。王山等人 [ 6 ] 研究实际道路排放试验中CO、NO x 和PN的排放特征，发现CO主要集中产生在高速工况下，NO x 对驾驶行为有一定敏感度，在长时间激烈驾驶时，NO x 排放量增加。罗佳鑫等人 [ 7 ] 进行在RDE工况下的排放试验，分析得CO和THC排放较低；直喷汽油车的PN排放与车速、加速度存在较强的相关性；在冷启动过程中由于三效催化器尚未达到起燃温度，不能正常工作，导致车辆的CO和NO x 排放较高。北京理工大学的付秉正、周小燕、葛蕴珊等 [ 8 ] 选取了四辆轻型汽油车、两辆轻型柴油车和一辆混合动力汽车作为研究对象。通过实际道路试验发现，轻型汽油车RDE排放中CO较高，而轻型柴油车RDE排放中NO x 较高，并建议应重点关注两种车型的CO和NO x 排放；混合动力汽车排放状况良好，尾气排放因子均低于国5法规限值。同时他们对一辆GDI汽油车重复进行6次RDE道路测试时发现RDE试验中汽车的动力学参数与相对正加速度跟NO x 、PN排放有明显相关性。 Toshizaemon Noce等人 [ 9 ] 对不同发动机根据实际驾驶排放(RDE)在实际道路中进行模拟试验，其结果表明，实际测试的汽油发动机能量转换系数在0.405 ± 0.04 L/kWh的相同范围内，与当今乘用车汽油机的标准相差甚远(自然吸气和涡轮增压分别为0.264 L/kWh和0.281 L/kWh)，其结果还验证了涡轮增压发动机的效率更高。Daniel Neumann等人 [ 10 ] 采用一种新颖的闭环燃烧控制方法，减少瞬态运行中NO排放，其利用数字燃烧率整形(DiCoRS)，设置了DiCoRS控制器的目标燃烧速率，以实现降低局部燃烧温度和减少NO排放。英国Cambustion公司的Martin Irwin等人 [ 11 ] 利用该公司生产的针对RDE排放测量的仪器进行实际道路排放试验，结果发现车辆在实际道路行驶时，遇到红绿灯后加速离开、经过减速带后加速离开以及进入高速时的加速过程都会出现NO x 排放峰值，提出通过减少道路减速带的数量以降低城市区域内机动车NO x 的排放。 当前国内外有关轻型车实际道路排放的研究目前关注重点是RDE试验的测试方法、试验数据的处理方法以及整车尾气的总体排放情况，为有针对性地进行发动机标定和优化，降低整车的尾气排放，需要提取到轻型车的气体瞬态排放特征。本文研究关注汽车实际行驶过程中气体的瞬态排放特性，在以往研究的基础上，使用高频快速响应的气体采样设备，通过实际道路排放测试和转鼓模拟RDE工况排放测试，重点研究轻型汽油车实际行驶时的NO瞬态排放特性，并且提出针对瞬态工况下NO排放特性应对策略。 本文旨在通过对一款国内在售的轻型汽油车进行实际道路行驶的排放试验，提取轻型车实际道路行驶的瞬态NO x 排放特征，研究排放产生机理；通过对当前车辆的NO x 气体排放测量，分析路面行驶产生NO排放峰值的区域及路况；关注某些瞬态NO排放特别高的区域，便于企业进一步优化发动机技术和控制策略；为OEM应对国六法规进行更有针对性的整车和动力系统标定提供数据与理论支持。
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user: 2. 主要设备和仪器 RDE法规中对车载排放测试设备有具体要求，测量设备应具备独立分析确定排气浓度的功能，同时需要有独立的外接电源，可实现与车辆ECU (Electronic Control Unit)建立通讯。目前使用最多的车载排放测试设备为便携式排放测试系统PEMS (Portable Emission Measurement System)，该套系统具有便于安装、易于测量、集成度高的特点；除了尾气分析模块，改系统还集成了排气质量流量计、GPS定位、温湿度计等多个模块，还有专门的后处理系统做完整的数据分析，可直接得到测量报告。目前使用最多的PEMS设备有AVL公司的M.O.V.E.和Horiba的OBS-ONE。但PEMS设备普遍存在采样频率较低，响应时间在1 s左右，此时发动机缸内已经经历了多个燃烧循环，这使得测量的排放数据与发动机工作状态难以实现准确对应，因此这类设备只能测量和大致的反应汽车的整体排放情况，却难以准确的分析和解决瞬态排放问题，所以本文选取了英国Cambustion公司的CLD 500车载NO测试设备作为试验的主要测量仪器。 快速排放采样设备CLD500 CLD500 NO分析仪是一种能快速高频响应(最快响应时间约为4 ms)分析NO浓度的设备，具有体积小、便于安装、功耗低、精度高、采样频率高(最高可达100 Hz)、可实现双路直接采集等诸多优点，非常适合用于汽车实际道路行驶过程中的快速气体采样。该设备还自带NO 2 -NO的转化装置，以精确测量NO的浓度。通过CLD500可以准确地测量出瞬时排放的位置(时间、空间)，以便准确解释排放产生的原因和机理，为解决排放实时控制、整车标定和优化提供支持。 该套车载系统由排放分析仪、臭氧发生器、独立外接电源、逆变器、主控电脑、采样管路和采样探头组成，如图1所示。其中，1是CLD500排放分析仪及臭氧发生器集成模块，2是采样管路及探针，3是主控电脑，4是12 V外接电源，5是车载氧气瓶，6是220 V升压逆变器。其中逆变器将12 V外接电源升压至220 V供设备使用，车载氧气瓶给臭氧发生器提供氧气产生臭氧，产生的臭氧供给排放分析仪测量NO浓度，主控电脑控制设备的预热、标定和测量。控制设备预热完成后开始进行零度和满度的标定。在预热过程中，设置采样管路头部加热温度为280℃，采样探头温度为120℃，两条采样管路的参数设置相同，但控制是分开的。 图1. CLD500车载排放系统组成