DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 改进的变压器经济运行投切策略分析 4.1. 改进的变压器经济运行理论分析 前面分析变压器经济运行方式主要是利用临界点划分法求出不同运行方式之间的临界负荷值，通过比较实际负荷值和临界负荷值的大小决定变压器的投切，从而使变压器一直处于最经济的运行方式下。这种方法可以有效的降低变压器损耗，是最基本的也是比较常用的研究方法，但是此种方法最大的缺点就是需要频繁的开关变压器，所以在实际中存在不可操作性，为了更加有效的解决这个问题，本文采用临界点划分法与时段划分法相结合的分析方法。 1、通过对变压器经济运行方式的分析，利用临界点划分法计算公式求出不同运行方式的临界负荷值。 2、进行负荷预测，得到预测日24时段的负荷值，并通过时段划分法对曲线进行简化处理，得到只有一个波峰的矩形曲线。 3、为了改善临界点划分法带来的频繁投切问题，改进的变压器经济运行投切策略将时段划分法与之相结合，这样不只减少了变压器的投切次数，同时也降低了变压器的损耗。具体规则为按照时段划分法处理过的负荷曲线，分析负载值与临界点划分法得出的临界负载值的大小关系，决定变压器的投切时机。在负荷处于上升状态时，实际运行负荷值如果超过变压器并、分列运行的临界负荷值，此时可以投入备用变压器，并且此段时间内不可以退出。在负荷处于下降状态时，实际运行负荷值如果低于变压器并、分列运行的临界负荷值，此时可以退出备用变压器，并且此段时间内不允许再次投入。在负荷保持不变阶段，需要根据实际负荷的发展趋势做出改变。 4.2. 算例分析 变压器并列运行在理论上来说，只要符合并列运行的条件即可，然而在实际应用中，供电企业一般只允许容量相同的变压器进行并联扩容并且互为备用。对于不同容量的变压器，只允许其一次侧并列，二次侧母线分段，中间设联络开关，即分列运行。因此，根据城市小区的实际情况，算例中选取两台变压器分列运行进行分析。 算例选取的数据是通过短期预测得到的一个周期的整点负荷数据，如表1所示。由于每天负荷是实时变化的，故将负荷数据用每小时的平均负荷表示，共24个整点负荷数据，这样不仅方便数据处理，而且基本不会影响结果的有效性与准确性。 本文以两台常用型号的配电变压器作为例，验证改进的变压器经济运行分析方法。分别将两台变压器编号为变压器A与变压器B。两台变压器的参数如表2所示。 根据以上两台变压器的参数，利用临界点划分法中的分列运行公式求得两台变压器三种不同运行方式的临界负载 S δ L P A ~ B = P O A − P O B P K B S N B 2 − P K A S N A 2 = 398.4157 ( k W ) S δ L P A ~ A B = P O B P K A S N A 2 − D A 2 P K A S N A 2 − D B 2 P K B S N B 2 = 752.5344 ( k W ) S δ L P B ~ A B = P O A P K B S N B 2 − D A 2 P K A S N A 2 − D B 2 P K B S N B 2 = 616.6922 ( k W ) 通过计算得到两台变压器分列运行的临界负荷值之后，根据临界点划分法结合24个整点负荷数据，可以得到不同时段的变压器运行方式，如表3所示。 按照表1整点负荷预测结果，根据全天24点的负荷值画出负荷预测曲线，如图5所示。 根据本文时段划分法的规则，对负荷预测曲线进行处理，处理结果依次为图6、图7和图8。 Table 1 Hourly load dat 时刻(h) 负荷(kW) 时刻(h) 负荷(kW) 1 471.60 13 954.75 2 412.90 14 662.70 3 345.55 15 599.20 4 328.40 16 587.35 5 323.50 17 623.15 6 353.65 18 970.10 7 443.75 19 1412.45 8 647.95 20 1400.65 9 779.10 21 1328.15 10 755.85 22 1129.15 11 720.40 23 828.25 12 831.05 24 616.55 表1. 整点时刻负荷数据 Table 2 Transformer parameter 变压器参数 变压器A 变压器B 额定容量S N (kVA) 1600 1250 空载电流I 0 (%) 0.2 0.2 短路电压U k (%) 4.5 4.5 空载损耗P 0 (kW) 1.68 1.36 短路损耗P k (kW) 14.5 12 表2. 变压器参数 Table 3 The critical point division method is obtained by the transformer operation mod 运行方式 运行时刻 运行时间(h) A单独运行 3~6 4 B单独运行 1~2 7 15~16 24 6 AB分列运行 8~14 17~23 14 表3. 临界点划分法得到的变压器运行方式 Table 4 Improved method of transformer operatio 运行方式 运行时刻 运行时间(h) A单独运行 1~6 6 B单独运行 22~24 15 A、B分列运行 7~21 3 表4. 改进法得到的变压器运行方式 图5. 算例负荷预测曲线 图6. 算例负荷划分初步结果 结合临界点划分法得到的临界负荷值和通过时段划分法得到的负荷变化结果，可以得到改进的变压器经济运行的划分区间，如表4所示。 通过对比临界点划分法和改进的投切策略的投切次数，如表5所示，可以看出改进的投切策略在投切次数上比临界点划分法少4次，有效的减少了变压器的投切次数。 在投切次数上改进的投切策略具有明显优势，在减少损耗方面比较如表6所示，可以看出损耗也降低很多。 由表6可以看出，不采取优化运行时，变压器A与变压器B一周内有功功率损耗为795.75 kWh，而 图7. 算例负荷划分再次结果 图8. 算例负荷最终划分结果 Table 5 Comparison of switching times in different way 投切策略 投切次数 临界点划分法 6 新的投切策略 2 表5. 不同方式下投切次数比较 Table 6 Comparison of before and after optimizatio 运行方式 有功损耗(kWh) 未优选 AB分列运行 795.75 经过优选 每天的5点由A单独运行投切为A、B分列运行，20点由A、B分列运行投切为B单独运行 386.72 表6. 优化前后的损耗比较 经过本文算法优化的投切策略可以把有功功率损耗降低至386.72 kWh。按照此方法，一年按48周计算，总共可以节省电量约18562.56 kWh，按照市电单价为0.5元/kWh计算，每年可以节省经济效益9281.28元。
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user: 5. 结论 本文先对时段划分法进行了介绍，进而引出改进的变压器经济运行投切策略，并对其进行了深入理论分析。通过算例分析，改进的变压器经济运行投切策略可以有效的降低变压器损耗和投切次数。
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user: 摘 要 本文利用SBE美景度评价方法，对崂山国家森林公园部分景点的景观质量进行了评价；同时基于ArcGIS软件和DEM数据对东线仰口、中线北九水和南线巨峰三条游览路线及其景点进行了视域分析，统计了可视域面积、可视范围内景点数量及相邻景点间的重叠度等指标。结果表明：仅有42%的景点的美景度在所有同类景观中处于平均值以上，大部分景观的美景度处于平均值上下。景区内景点分布较为合理，80%的景点视域面积在100 hm 2 以上，视野开阔，具有较好的观赏效果，可以带给游客以心胸开阔的感受。游道上相邻景点的视域重叠度均在40%以下，说明移步换景的效果较好。各景区之间游道的视域重叠面积较小，景区之间景观的互补性高。景区景观各具特色，其中，北九水以观水赏花为主，巨峰具有登高望远之特色，仰口沿海游道山海相连，海天一色。本研究可为崂山游客提供不同的游览参考，同时能够为景区现有景点的调整改建，未来对新景点的开发提供依据。 关键词 :视域分析，美景度，崂山，游道 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 对景观视觉感知的研究是景观评价的重要依据，同时也是旅游区规划与设计的重要科学依据。20世纪60年代中期，美国开展景观评价的研究，此后国内外很多学者开始对景观评价进行一系列的探索 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。很多学者运用定量化的分析方法，通过统计数据、数学模型等来定量分析评价景观资源，为风景旅游区规划设计提供重要依据 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。近些年来旅游业发展迅速，而人地关系却越发紧张，如何利用有限的美景资源去提升景区的吸引力就显得尤为重要。在崂山森林公园的规划和开发过程中，如何充分利用与发掘景观资源，对现有的景点进行调整与改进，其核心问题便是评价景点对于游客视觉感知的影响程度。现在的旅游本身就是景观与游客和谐统一的整体，并不再仅仅局限于景观本身的存在，而逐渐重视人作为观赏主体的重要性。森林公园中景点被游客观看到的次数与范围直接决定着景观的利用程度和效率，关系到景观的美学价值能否充分实现，而景点分布与游道的位置走向决定着游人在游览过程中欣赏美景的角度、范围以及次数。游客对景点的视觉感知除了视域范围及景色变化程度的大小外，可达视域内景观的美景度也是一个影响游客观景心理的重要因素之一 [ 9 ] 。因此，从游客本身出发，通过分析游客在游览过程中所看到的景点和游道的视域特征，能够为景区的详细规划和充分发掘景观资源提供科学依据，为游客游览路线的选择提供参考。 本文利用DEM的视域分析技术，对游客游览崂山国家森林公园过程中的视域进行分析与研究，科学合理地确定景区的规划范围。对现有景观的现状进行评价，提醒开发者对景区视域分析的重视，为景点的规划提供建议，适当地对景区进行进一步开发，保护性、高效性地开发景区并稳定提升景区质量。 在对各景点与游道视域分析的同时，借助SBE法对景点与游道上观景效果较好的区域的美景度进行评价，从人对美景的理解和景观对人内心的触动来认识景观的特征，并对其分类，探索景观发展的协调性。
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user: 2. 研究区概况 崂山国家森林公园是中国重要的海岸风景名胜区，地处山东半岛南部，青岛市区东北部的黄海之滨，北纬36˚03′ (36˚24′，东经120˚07′ (120˚43′，总面积446 hm 2 。崂山是山东半岛的主要山脉，最高峰巨峰(俗称“崂顶”)海拔1127.3米，是中国海岸线第一高峰，有着“海上第一名山”之称。山区东南二面濒临大海，西部自南而北与青岛市区的市南区、市北区、四方区、李沧区、城阳区接壤，北部与即墨市相邻。山海相连，山光海色，正是崂山风景的特色。崂山有陆路游览路线三条，分别是南线，由香港东路或东海东路向东经沙子口去巨峰景区，也可去往流清河奔太清宫，主要游览太清景区；中线，经北宅，乌衣巷赴北九水景区；东线，经由惜福镇，王哥庄到仰口，主要游览仰口景区，可向南游览棋盘石景区或直奔太清景区由南线返回，3条游览路线见图1。三条路线各具特色，本文以主观SBE法与客观视域分析法来评价三条游览路线的景观质量。
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user: 3. 研究方法 3.1. 数据来源 中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn)下载的青岛市崂山风景区30米分辨率DEM数据；2017年4月进行的野外调查数据，包括各景区主要景点的坐标和游览路线数据，美景度评价照片。 图1. 崂山三条游览路线及景点分布，其中，A为中线北九水游览路线，B为南线巨峰游览路线，C为东线仰口游览路线，下同 3.2. 美景度评价 游客的情感需要和心理感受是对风景区景观质量的直观反映，为了借助SBE法定量化评价这种反映，本文对崂山风景名胜区三条游览路线上的主要景点以相同的拍摄手法拍摄了若干照片，最后筛选出了拍摄效果最佳、质量最好，最能代表景点特色的照片共计12张。因为以专业学生作为取样样本进行景观美景度评价较为方便，且专业人员景观审美评价的一致性更好 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 。所以本文请青岛农业大学林学和园林专业105名学生为专业人员，利用“标准化说明” [ 13 ] ，以十分制的评价标准，八秒的时间间隔对随机排列的12张照片进行打分，对有效打分数据按照传统的标准化方法计算评判值： Z i j = ( R i j − R j ) / S j (1) Z i = ∑ j Z i j / N i (2) 式中：Z ij ——第j个评判者对第i个景观的评判标准化值； R ij ——第j个评判者对第i个景观的评判值； R j ——第j个评判者对同一类景观所有景观评判值的平均值； S j ——第j个评判者对同一类景观所有景观评判值的标准差； Zi——第i个景观的标准化得分值均值(美景度值)； N i ——第i个景观评判人员的数量。 计算结果若为正，说明此景观的美景度在所有同类景观中处于平均值以上，值越大，则高于平均值越多；负值则说明此景观的美景度在所有同类景观中处于平均值以下，值越小，则低于平均值越多。 3.3. 视域分析 将崂山三条游览路线南线、中线和东线分别以巨峰景区、北九水景区和仰口景区代替，三条游览路线共22处景点，其中巨峰景区10处，北九水景区7处，仰口景区5处。利用DEM数据及ArcGIS的视域分析(viewshed analysis)功能，以5 km最大可视半径分别对崂山三条游览路线及路线上22处主要景点进行游道视域分析和景点视域分析，利用ArcGIS的叠加分析功能统计各景点的视域面积，各景点可视范围内的景点数量和相邻景点间视域重叠面积等指标。
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user: 5. 结论与讨论 本研究利用美景度评价法和ArcGIS的视域分析方法，对崂山三条游览路线进行景观质量评价和视域分析，结果表明：仅有42%的景点的美景度在所有同类景观中处于平均值以上，大部分景观的美景度处于平均值上下。景区内景点分布较为合理，其中80%的景点视域面积在100 hm 2 以上，28%的景点视域面积达到了400 hm 2 以上，仰口景点更是达到了2280 hm 2 ，视野开阔，具有较好的观赏效果，可以带给游客以心胸开阔的感受。游道上相邻景点的视域重叠度均在40%以下，说明移步换景的效果较好。各景区之间游道的视域重叠面积较小，景区之间景观的互补性高。游道的视域面积均在600 hm 2 以上，最大可以达到7000 hm 2 以上，可视性较好。 通过对以上分析，可以看出，景点的视域面积与地形密切相关。以北九水景区的狮子头为例，该景点左右两侧均为山体，加上地势比较低，群山坏绕，游客的视线仅能从游道的进出处远望出去，视野内都是树木，受到很大的局限，视域面积仅为46.47 hm 2 。这种景点多处于幽谷当中，给游客以曲径通幽、神秘宁静的感觉。巨峰景区内景点多能够远眺海景，令人心胸豁达，但巽门景点相比其他几处景点，视域面积要小的多，视野的大幅度减少难免影响游客的观赏体验。因此，景点的设计和空间布局在变化的同时，也应该注意整个景区的游览风格和特色，注重与其他景点的和谐，重视游客作为观赏主体的重要性。对于美景度评价值较低的景点，应该在尊重自然的基础上适当地开发，增加趣味性和观赏性，逐渐提升整个景区的景观质量。 本文对崂山国家森林公园的研究充分利用了ArcGIS软件对于地理信息和多要素处理的便捷性，最后得出的视域分析和美景度的景观评价，能够为崂山游客选择不同的游览路线提供一定的参考，为景区现有景点的调整改建、未来新景点的开发提供依据。
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user: 摘 要 在偏振光实验中，测得出射偏振光强与偏振片旋转角的关系曲线为闭合8字型。本文提出了一种新型的旋转检偏技术，对旋转检偏技术给出理论分析和计算，并应用于电光效应实验中。在电光效应实验中，出射光的偏振特性与施加于电光晶体的电压，晶体与偏振片的摆放位置有关。在实验中采用BBO电光晶体，半波电压约1200 V，实验结果和理论分析吻合，并且从实验结果定出未知晶体的光轴的取向。 关键词 :偏振光，马吕斯定律，偏振光干涉，8字型偏振光图像 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 光是一种电磁横波，光波的电场矢量E和磁场矢量B的振动方向相垂直，且分别与波的传播方向垂直。光矢量的振动方向对于波的传播方向这种不对称性称为偏振，是区别于纵波的最显著的特性。光在传播过程中，在垂直于传播方向的平面内，光矢量可能有不同振动状态，例如光矢量E始终在某一方向振动，也可以随时改变方向，甚至绕传播方向以光频率旋转，光矢量的这种振动状态称为光的偏振态。按照偏振状态不同，可将光分为线(平面)偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光(以光矢量的末端轨迹图形为依据)，线偏振光和圆偏振光可看作椭圆偏振光在某种条件下的特例 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。另外，部分偏振光和自然光可以看作这三种偏振光中的叠加。光的偏振区别于光的其它性质，近年来利用光的偏振特性所研发的偏振光器件及技术对现代科技的进步发挥了重要作用，已被人们广泛应用于各个领域，如影视、导航器、运输安全、医疗、电流传感器和精密测量等。显然，光的偏振的测量、分析与调控对研制偏振光仪器和技术，以及对物质光学特性的分析起着重要的作用 [ 4 ] [ 5 ] 。现在人们对偏振光的理论分析及偏振光的调制的实现方面做出一些可行具体工作，并做成各种器件，应用于各个领域包括天文观测领域 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。本文中我们提出一种新型的旋转检偏技术，给出了旋转检偏的理论分和计算，并应用于电光效应实验中。本文安排如下：第二节简介旋转检偏理论和理论计算；第三节为实验设计思路；第四节介绍实验装置及步骤；第五节给出试验结果及数据分析处理；最后给出本文总结。
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user: 3. 实验设计思路 大学物理实验中的偏光实验(或马吕斯实验)是通过手动旋转检偏器，用光电探测器记录下旋转角度和光电流的对应关系，然后在极坐标系下画出类似8字型的角度光强关系图 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] ，本文中的理论模拟分析可以对实验结果作出合理的解释。基于上述理论分析，从光在偏光实验基础上我们提出一种新型的旋转检偏技术，并应用于电光效应实验中。 既然实验中线偏振光画出闭合8字型曲线，椭圆偏振光是不闭合的8字型，圆光为O型，这样，根据测得的曲线形状便可以知道入射光是线，圆，椭圆偏振光。当然，如果要区分自然光与圆偏振光，部分偏振光和椭圆偏振光还是需要加四分之一波片的。问题是如果设计一个包括上述内容在内的偏光特性实验，仅仅依靠手工测量，还是费时费力的，这也是目前没有这个实验的原因之一。 综合上述分析和考虑，我们研制了新型检偏仪。特点是：用一个小电机带动检偏器旋转，在检偏器后面放置一个光电探测器，采集数据并且数字化后通过USB口直接输入计算机，利用绘图软件可给出实时的出射相对光强测量曲线。在电光效应实验中，当调节电光晶体(我们使用的是BBO晶体)的电压时，折射率差随之改变，输出光的偏振特性也会随之变化，使用我们研制的新型检偏仪能够实时观察并记录下这些变化，丰富了实验内容，帮助学生了解和掌握光的偏振特性，马吕斯定律和电光效应等概念，实验中用到的新手段有别于传统实验，有利于开拓学生视野。 图3. 对于四分之一波片，不同α角时出射相对光强的轨迹曲线 图4. 对于半波片，不同α角时出射相对光强的轨迹曲线
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user: 4. 实验装置及步骤 1) 实验装置：图5是实验装置图，左边是传统的电光实验装置，P1和P2分别为起偏器和检偏器，我们采用的BBO电光晶体半波电压1200 V。我们改进研制了偏光检测装置，其尺寸约10 × 6 × 4 cm，内置的检偏器(偏振片)转速为5转/秒，硅光电池探测，数字化后输入计算机，每半圈绘图一次画出实验曲线。 2) 实验步骤：首先调整光路与电光实验相同，当P 1 ^ P 2 ，调整到出现均匀对称的十字衍射条纹为止，然后接入旋转检偏系统，打开数据处理软件，实验准备工作就绪可进行旋转偏光实验。
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user: 5. 实验内容与实验结果 实验一：线偏光的检测。P 2 出射的是线偏振光，接收到的是闭合的8字型曲线如图6(a)所示。旋转P 2 ，线光的偏振面随之改变，接收到的8字型曲线实时检测到这种变化，图6(b)是模拟结果，图6(c)是还原结果。 实验二：椭圆偏振光实验。移开P 2 ，晶体出射的是椭圆偏振光，接收到的是不闭合的8字型曲线。这时改变晶体电压，椭圆光的长短轴的大小和方向将随之变化，图7是实验结果 [ 15 ] 。 实验三、圆偏振光实验，调整晶体电压和入射光偏振面与晶体光轴夹角以获得圆偏振光，结果如图8所示。 图5. 装置原理简化图 图6. 线偏振光实验结果：(a) 实验曲线；(b) 模拟曲线；(c) 还原结果 图7. 椭圆偏振光实验结果：(a) 实验曲线；(b) 模拟曲线；(c) 还原结果 图8. 圆偏振光实验结果：(a) 实验曲线；(b) 模拟曲线；(c) 还原结果
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user: 6. 结论 本文对旋转偏振技术进行比较详细的理论讨论，实验中线偏振光通过波片后通过偏振片出射光的轨迹图象为“8”字形状轨迹，便于区别线偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光，并可以从出射光的“8”字形轨迹定出波片的光轴取向，与理论分析符合一致。基于本文的理论分析，从光在偏光实验基础上本文研制了一种新型的旋转检偏技术，并应用于电光效应实验中。实验给出了旋转检偏仪对线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光(四分之一波长电压)等偏振光的测量结果，并对实验数据进行了模拟和还原，实验结果和理论分析吻合，且从实验结果定出晶体波片未知光轴的取向。 在本文的实验中，我们证明采用我们研制的旋转检偏仪，略去了普通实验所用的手动旋转偏振片并读数的步骤，使结果更精确，实验更快捷，节省了大量人力及时间。我们继续将优化我们的实验装置和读数系统，及误差的校正，使我们的旋转检偏仪先用于大学物理和物理实验的教学，拓展学生视野，并争取将我们的新型检偏仪和旋转偏正应用于使用偏振光器件的其它领域，如导航器、运输装置、天空偏振光观测及天文数据观测。
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user: 摘 要 本文建立了沿流道方向的二维、两相、瞬态、非等温质子交换膜电解池的模型。模型主要研究了电解池内液态水、气体组分、温度及电流密度的瞬态响应规律。模拟的结果表明：液态水饱和度、温度、电流密度及气体组分的质量分数随时间的瞬态响应规律是不同的。液态水饱和度从瞬态到达稳态的时间较温度、电流密度、气体质量分数到达稳态所需要的时间长。液态水在多孔介质内的变化梯度较流道内的变化梯度大。靠近流道入口处截面上，液态水饱和度的变化梯度小于出口处截面上的变化梯度。电解池模式下，电池的总体温度是降低的，最低温度始终出现在阳极侧的催化层内，且整个电池的最大温差小于3 K。 关键词 :质子交换膜电解池，瞬态响应，两相流，传热，传质 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 当今社会环境问题日益突出，寻求环保可持续能源成为越来越多研究者所关注的重点。质子交换膜(Proton Exchange Membrane， PEM)电解池技术是通过电解水制氢，产生的氢能可以作为清洁能源加以使用。在电解池的阳极和阴极发生的电化学反应方程式如下： 阳极： 2 H 2 O − 4 e → O 2 + 4 H + 阴极： 2 H + + 2 e → H 2 总反应式： 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2 PEM电解池的反应物和生成物均对环境无污染，同时还具有启动速度快、可再生、电流密度高等优点，使其具有广泛的应用前景 [ 1 ] [ 2 ] 。此外，电解池与燃料电池组合而成的一体式再生燃料电池因其具有很高的比能量和比功率，在民用、航空航天及偏远地区的储能系统等领域内得到了较为广泛的应用 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。 目前，国内外对PEM电解池两相数值模拟研究的文献相当有限。王昭毅 [ 6 ] 建立了三维、两相、等温、瞬态的PEM电解池阳极侧的数学模型，研究了阳极氧气浓度的分布和水浓度的分布规律。同时模型也探究了不同电流密度下、不同液态水进口流速时对氧气和液态水分布的影响。赵金刚 [ 7 ] 应用VOF模型对电解池点状流场内气液两相的流动进行了数值模拟。模型的计算区域包括点状流场、多孔介质扩散层。作者利用该模型主要研究了进口形状、电流密度、进口流速等工况下，流场内气液两相流动的规律。Nie等人 [ 8 ] 采用混合物模型的方法建立了PEM电解池阳极侧流场板内三维、两相、等温的数学模型。模型主要研究了流场板内气液两相的流动特征，从而为电解池的设计提供有效的指导。Han等人 [ 9 ] 基于多孔介质流动理论和电化学之间的关系建立了PEM电解池气体扩散层内两相传输数学模型，研究了气体扩散层内的传输性质及对PEM电解池电压和效率的影响。Aubras等人 [ 10 ] 建立了二维、垂直流道方向的PEM电解池稳态模型，模型将催化层考虑为没有厚度的界面，求解了膜电极内的传热、传质和电荷守恒。模拟的结果表明，欧姆阻抗的降低能够提高PEM电解池的效率，且气泡的聚结现象与传质的改善相关。基于上述对电解池两相数值模拟的文献研究发现，电解池两相数值模拟的研究相对较少，研究的内容比较有限，且很少有文献去分析电解池内部的温度分布规律。 本文拟建立沿流道方向的二维、两相、瞬态、传热传质及耦合电化学反应的全电池数学模型，研究PEM电解池内部的气液两相分布规律，温度的变化规律及电化学的瞬态响应规律。
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user: 3. 结果分析与讨论 图4展示的是位于阳极催化层中心点处，液态水饱和度、温度、电流密度、氧气质量分数随时间的瞬态响应。从图中可以看出，电解池模式下，阳极催化层中心点处液态水饱和度随着时间的增加而逐渐的减小，最终到达稳态。因为电解池模式下反应物为液态水，液态水在该过程中不断的被消耗。液态水由瞬态到达稳态这一过程中所需要的时间大约为10 s。而温度则随着时间的增大先急剧的减小，之后又缓慢上升而趋于稳定，电流密度的在该过程中的变化趋势则与温度相同。温度由瞬态到达稳态所需要的 图3. 模拟计算的电解池性能与实验数据之间的对比，T = 363.15 K 图4. 阳极催化层中心点处相关参数的瞬态响应 时间大约为6 s。因为电解池模式刚开始时，电池的工作电流密度较大，电化学反应速率较快。因此，电化学反应所需要吸收的热量就较多，电池的温度出现了急剧的下降。同理，之后由于电流密度的回升，导致温度也出现了缓慢上升的趋势。氧气质量分数则随着时间的增加而迅速的增大，最终也到达稳态。因为在电解池模式下，电解液态水产生氧气，因此氧气的质量分数会增大。电流密度和氧气质量分数从瞬态到达稳态的时间大致与温度相同。液态水饱和度从瞬态到达稳态的时间较温度、电流密度和氧气质量分数到达稳态的时间长。 图5是电解池阳极流道、阳极气体扩散层、阳极催化层内液态水平均饱和度随时间的瞬态响应。从图中可以看出，在电解池模式下，各层液态水平均饱和度均随着时间的增加而逐渐的减小，最终趋于稳态的过程。因为电解池模式下液态水存在阳极侧每一层中，液态水随着时间的增加不断的被电解，导致各层液态水的含量随时间逐渐减小。其中，催化层内液态水平均饱和度随时间的变化梯度最大，而流道内液态水平均饱和度随时间的变化梯度最小。原因是电化学反应发生在催化层内，液态水在该处被消耗，因此催化层内液态水平均饱和度变化梯度是最大的。液态水平均饱和度在沿着阳极流道至催化层方向是逐渐减小的。因为流道内液态水的浓度始终高于气体扩散层和催化层，液态水是沿着流道至气体扩散层方向逐渐递减，加上催化层内的电化学反应，导致催化层内的液态水饱和度值较其他两层而言相对较小。 图6所示是在四个不同时刻下，液态水饱和度沿着A-A截面(距流道进口四分之一的截面)和C-C截面(距流道出口四分之一的截面)的分布。从图中可以看出，沿着A-A截面和C-C截面，液态水饱和度在0.02 s时的变化梯度均较小，在5 s时的变化梯度均较大。因为在0.02 s时电解池的工作电流密度低于5 s时的工作电流密度。电流密度越大，液态水的消耗量就越多，变化的梯度也越大。液态水饱和度沿A-A截面和C-C截面减小的梯度随着时间的增加也在逐渐增大。沿着A-A截面至C-C截面方向，液态水饱和度逐渐减小，且C-C截面液态水饱和度随时间的变化梯度较A-A截面的变化梯度大。原因是在电解池模式下，液态水涌入到流道内，由于浓差驱动，液态水在垂直流道方向通过对流和扩散到达气体扩散层和催化层。液态水在沿着流道方向从进口到出口逐渐减小，出口处的液态水饱和度值较低。 图7则是在不同时刻下，沿着B-B截面(流道的中心截面)的温度分布。从图中可以看出，在上述四 个时刻下，B-B截面各层的温度均低于电池的初始温度，说明在电解池模式下，电池内部总体表现为吸热反应，电池的总体温度是下降的。分析原因为电解池模式下，电解液态水所需要吸收的电化学反应热大于电池所产生的焦耳热。阳极区域内的温度变化梯度较阴极区域内温度的变化梯度大，主要是因为电解液态水的反应区域在阳极的催化层。比较上述四个时刻，在0.1 s时电池的最低温度值要低于其他三个时刻的最低温度值。原因是，在0.1 s时，电池的电流密度相比于其他三个时刻要小，电池所产生的焦耳热较少。电解池模式在上述四个时刻下，电池的最低温度均位于阳极催化层与质子交换膜交界面上。 在0.02 s，0. 1s，0.5 s，1 s四个时刻下，沿着流动方向，催化层中心线上电流密度的值是逐渐减小的(见图8)。 图5. 各层液态水平均饱和度随时间的瞬态响应 图6. 不同时刻，液态水饱和度沿A-A截面和C-C截面的分布 图7. 不同时刻，沿B-B截面的温度分布 图8. 不同时刻下，催化层中心线上电流密度的分布 在0.02 s时，电流密度减小的幅度最小，而在0.1 s时电流密度减小的幅度最大。随着时间的推移，催化层中心线上电流密度降低的幅度由起初的最小，转变为先增大后减小的趋势。分析原因是电解池模式刚开始时，液态水的浓度较高，电流密度的值较高。随着电解反应的进行，液态水逐渐被消耗，浓度降低，使反应速率有所下降，电流密度的值从而减小。 图9所示为在0.02 s，0.1 s，1 s，5 s四个时刻，氢气质量分数沿着A-A截面(距流道进口四分之一的截面)和C-C截面(距流道出口四分之一的截面)的分布。从图中可以看出，随着时间的增加，氢气质量分数沿着A-A截面和C-C截面的变化梯度均在逐渐的减小。沿C-C截面氢气质量分数随时间的变化梯度较A-A截面的变化梯度大。氢气质量分数均沿着A-A截面至C-C截面方向逐渐增大，且沿着气体流道至催 化层方向是逐渐增加的，在催化层内氢气的质量分数最大。原因是在催化层内发生电化学反应产生氢气，所以氢气在该处的浓度最大。 从图10中可以看出，电解池模式开始时，电池总体的反应为吸热反应，各层的平均温度在1 s内迅速下降到最小值。之后随着反应的进行，各层的平均温度又出现略微升高的趋势。这种趋势在催化层内表现的最为明显。温度的变化率由最初的较大转变为逐渐减小。原因是电解池模式开始时，电池电化学反应速率较快，所需要吸收的热量较多，因此电池的温度急剧下降。随着电化学反应速率的下降，电池所需要吸收的热量下降，由于活化极化热和欧姆热的存在，导致电池的温度会有所升高，但仍然低于电池的工作温度。 图9. 不同时刻，氢气质量分数沿A-A截面和C-C截面的分布 图10. 各层平均温度随时间的瞬态响应 图11. 各层平均温度随时间的瞬态响应 在四个不同的时刻下，液态水饱和度分布云图(见图11)。从图中可以看出，沿着流道入口到出口方向，液态水饱和度在逐渐减小。液态水饱和度在沿着流道至催化层方向也是逐渐递减的，且在催化层中液态水饱和度值最小。原因是催化层内液态水被电解，导致该处的液态水浓度较低。液态水在多孔的催化层和气体扩散层内的变化梯度较流道内的变化梯度大。原因是多孔介质的渗透率和孔隙率比流道小的多，在多孔介质内的压力变化梯度较大。且随着时间的增加，液态水饱和度在各层中的分布是逐渐减小的。
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user: 4. 结论 本文通过建立二维质子交换膜电解池两相、瞬态、传热传质及耦合电化学反应的模型，分析了电解池内部液态水、气体组分、温度、电流密度的瞬态响应规律，从而得到如下结论： 1) 液态水饱和度、温度、电流密度、质量分数的瞬态响应规律是不同的；液态水从瞬态到达稳态的时间较温度、电流密度、质量分数到达稳态的时间长。 2) 液态水在多孔介质内的变化梯度较流道内的变化梯度大；靠近流道入口处截面上，液态水饱和度的变化梯度较出口处截面上的变化梯度小。液态水饱和度在沿流道进口至出口方向和气体流道至催化层方向均逐渐减小，且在催化层内液态水饱和度值最小。 3) 电解池的总体温度是下降的，且电池的最低温度始终出现在阳极催化层中；阳极区域内温度的变化梯度较阴极区域内温度的变化梯度大。电池的最低温度在0.1 s时出现了最小值，此时电池的总体温度降低了3 K左右。 4) 氢气质量分数在靠近流道入口处截面上的变化梯度较出口处截面上的变化梯度小；氢气质量分数沿流道进口至出口方向和气体流道至催化层方向均逐渐增大，且在催化层内氢气质量分数最大。
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user: 摘 要 本文将基于MAC (Marker and cell)交错网格上的半拉格朗日方法推广应用于求解不可压缩多介质流动问题。通过求解Level set方程捕捉界面的位置，利用NGFM (New Ghost Fluid Method)方法定义界面边界条件，将多介质问题转化为单介质问题进行计算。给出了一种求解不可压缩多介质流动问题的简单且高效的数值算法。本文针对多个经典算例进行数值试验，数值结果表明本文所给出的方法可以有效的模拟流体的运动细节。 关键词 :不可压缩流体，半拉格朗日方法，MAC方法，多介质流动，NGFM方法 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 1965年，Harlow和Welch提出了基于交错网格的MAC (Marker and Cell)方法 [ 1 ] ，将压力定义在网格中心，速度定义在网格边界中心，该方法计算简单，用于N-S方程的数值模拟，是最早用来计算N-S方程的方法之一。半拉格朗日方法是一种将拉格朗日方法和欧拉方法相结合的计算方法，系统的半拉格朗日方法最早是由A. Staniforth和J. Cote于1990年提出的 [ 2 ] ，该方法最大的优点是简单且无条件稳定，即数值计算时，可以在较大的范围内选择时间步长。对于天气预报等需要长时间数值模拟的问题，可以大大提高计算效率，所以该方法一出现其应用就在大气科学领域获得了巨大的成功。 对于多介质流动来说，由于流场中存在着两种不同的介质，所以在界面两端密度和粘性等流体属性会发生大梯度的变化，如果采用单介质流动的数值模拟方法，在界面处会造成数值不稳定，甚至使得计算无法进行，因此合理有效的界面处理方法是解决多介质问题的关键。1999年Fedkiw等人提出了虚拟流体方法(Ghost Fluid Method， GFM) [ 3 ] ，通过在界面处定义界面边界条件，将多介质问题转化为单介质问题求解，该方法简单且易于推广到高维问题。为了准确模拟气液、气固界面问题，Fedkiw等人又提出了新的虚拟流体方法(new Ghost Fluid Method， GFM) [ 4 ] ，充分考虑了刚性较强流体的特性，有效地减少了因界面定义引入的误差，提高了数值模拟的准确性。 本文基于MAC交错网格利用半拉格朗日离散对流方程，对不可压缩水气流动问题进行数值模拟，考虑到水气界面处初始密度、压力或速度不连续，状态方程不同，不能直接进行计算，本文利用NGFM方法来定义界面边界，通过求解Level set方程 [ 5 ] [ 6 ] 跟踪界面的位置，对溃坝、水滴下落等问题进行了模拟。
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user: 2. 流体控制方程 考虑不可压缩Navier-Stokes (N-S)方程： u t + u ⋅ ∇ u + ∇ p ρ = g + γ ∇ ⋅ ∇ u (1) ∇ ⋅ u = 0 (2) 其中 u 表示速度， p 为压力， ρ 为密度， g 为外力， γ 为粘性系数。 为了便于求解N-S方程，本文采用Chorin’s投影法将复杂的N-S方程分裂成4个方程，分别进行离散计算： ∂ u ∂ t + u ⋅ ∇ u = 0 (3) ∂ u ∂ t = γ ∇ ⋅ ∇ u (4) ∂ u ∂ t = g (5) ∂ u ∂ t + 1 ρ ∇ p = 0 (6)
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user: 3. 数值计算方法 本文基于MAC网格进行离散(图1)，即速度 u 定义在在网格边界上，压力 p 定义在网格中心。利用Chorin’s投影方法将方程(1)分裂成对流项、粘性项、外力项、压力项，然后分别进行离散计算。 3.1. 外力项和粘性项的计算 对于外力项方程(5)，使用欧拉方法进行时间离散，计算可以得到中间速度 u A 。 对于粘性项，采用中心差分对 γ ∇ u 进行离散，使用欧拉方法对时间项进行离散，可以得到: u i + 1 / 2 ， j v = u i + 1 / 2 ， j A + Δ t γ ( u i + 3 / 2 ， j A + u i + 1 / 2 ， j + 1 A + u i − 1 / 2 ， j A + u i + 1 / 2 ， j − 1 A − 4 u i + 1 / 2 ， j A Δ x 2 ) (7) v i ， j + 1 / 2 v = v i ， j + 1 / 2 A + Δ t γ ( v i ， j + 3 / 2 A + v i + 1 ， j + 1 / 2 A + v i ， j − 1 / 2 A + v i − 1 ， j + 1 / 2 A − 4 v i ， j + 1 / 2 A Δ y 2 ) (8) 通过式(7)和(8)可以得到中间流体速度 u v 。 图1. 交错网格 3.2. 对流项计算 对流方程方程组(3)的标量一般形式为 ∂ q ∂ t + u ⋅ ∇ q = 0 (9) 其中状态量q可以用来表示速度、密度或温度。利用根据拉格朗日方法的思想，把每一个网格点看作一个流体粒子，流体粒子会随着流体运动，跟踪并计算每一时刻每个流体粒子的状态，得到方程的解。下面首先来确定上一时刻流体粒子所在的位置。 流体粒子运动满足方程 d x d t = u ( x ) (10) 方程(10)是对流方程(3)的特征方程，利用欧拉公式离散可以得到 x n + 1 = x n + u ( x n + 1 ) Δ t (11) x n = x n + 1 − u ( x n + 1 ) Δ t (12) 其中 u ( x n + 1 ) 为 t n 时刻 处的速度。 利用流体的速度 ，通过求解方程(12)，可以求出流体粒子在 时刻的位置 (如图2所示)，格式的CFL条件保证了流体粒子移动的距离不会超过一个网格间距。根据 时刻的位置 处流体粒子以及周围粒子的状态(对于速度，这里使用求解粘性项得到的中间速度 )，可以插值得到流体粒子在 处的状态，这样可以得到中间速度 。 3.3. 压力项计算 对压力项进行离散时，先对 在时间方向进行离散： (13) 等式两边同时求散度， (14) 结合 ，可以得到： 图2. 粒子轨迹图 (15) 对于梯度 ，采用欧拉差分进行离散，而对于 ，则用中心差分进行离散得到： (16) 式(16)是一个关于压力 的线性方程组 ， 是一个对称半正定矩阵，用预处理共轭梯度法 [ 7 ] 求解线性方程得到压力 ，然后再通过(17)-(18)可以计算得到下一时间层的速度 。 (17) (18) 3.4. 时间步长 在时间步长上，由于将N-S方程分裂成几项进行离散，时间步长需要分别去考虑，对于对流项，时间步长需满足 (19) 对于粘性项，则有 (20) 取最小的时间步长 (21)
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user: 4. 界面处理方法 由于流场中存在着两种不同的介质，所以在界面两边流体参数和状态方程不同，如果采用单介质流动的数值模拟方法，在界面处会造成数值不稳定，甚至使得计算无法进行，本文利用NGFM方法为每一种流体在界面处定义边界条件，将多介质问题转化为单介质问题再利用格式(7)-(18)进行计算，可以得到流体的流动状态。 本文通过求解Level set方程 (22) 来跟踪界面的位置，其中 为定义了符号的距离函数， 为流体速度。方程(22)的时间和空间离散分别用三阶TVD Runge-Kutta方法和五阶WENO格式 [ 8 ] 。
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user: 5. 数值实验 本文利用所给出的算法对溃坝和水滴自由下落问题进行了数值模拟，计算区域的边界为固壁边界，采用无滑移边界条件。 算例1 计算区域为一个4 m × 2.2 m的封闭矩形区域，网格数400 220，在计算区域的最左端有一个长度为1 m，高度为2 m的水坝，水坝中的水受到重力 ，状态为 ，气体的状态 。水随着水坝溃解由静止开始向下自由滩落。图3是t = 0 s，0.9 s，1.4 s，2.0 s时刻液面的位置图。 图4是VOF方法和本文方法计算得到的波前位置，通过与文献 [ 9 ] 计算结果比较，可见本文给出的方法可以有效的对溃坝问题进行模拟。 算例2 计算区域为一个3 m × 2 m的封闭矩形区域，网格数300 × 200，在距离右边界1.5 m和底部1 m处有一个水滴，水滴半径为1/3 m，密度 ，粘性 ，气体的密度 ，粘性 。水滴受到重力 的作用自由下落。 图5为t = 0 s，0.15 s，0.3 s，0.4 s，0.45 s，0.5 s，0.55 s，0.6 s时刻的水滴运动界面图。可见，水滴在受到重力自由下落的过程中，受到空气阻力的作用产生了向两边运动的速度，开始发生微小形变。落地后，水滴与地面发生碰撞，慢慢平摊下来。 图6是水滴平均高度变化图，从图中可以看出水滴的平均高度随着时间抛物下降，到0.38 s时水滴接触地面，水滴下降的趋势开始变缓。图7是水滴垂直方向的平均速度变化图。图8是水滴的体积变化图，在计算过程中有微小的质量丢失情况。通过与文献 [ 10 ] 中的计算结果进行对比，模拟效果较好。 图3. 溃坝过程图 图4. VOF和本文计算的波前位置对比图 图5. 水滴下落与地面交互过程图 图6. 水滴的平均高度随时间变化图 图7. 水滴垂直方向速度随时间变化图 图8. 水滴体积随时间变化图
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user: 6. 结论 本文利用NGFM方法定义界面边界，充分考虑界面两侧流体的性质，利用基于MAC交错网格上的半拉格朗日方法对不可压缩多介质流动问题进行了数值模拟，数值结果表明算法可以有效地反映流体运动的细节。
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user: 摘 要 相关干涉仪是当前最常用的测向体制之一。传统相关干涉仪测向算法需要将测量的相位差与样本库中的所有相位差进行相关运算，计算量较大，在需要对信号进行快速测向的场景下，测向效率有时难以令人满意。针对此问题，本文提出一种相关干涉仪测向算法的快速实现方法，基于前后两次测量相位差之间的相关系数，缩小样本库中可用样本的个数，可有效减少相关运算次数。仿真结果验证了该方法相比传统算法减小了相关计算所需时间，提高了测向效率。 关键词 :测向，相关干涉仪，相关系数 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 无线电测向是利用无线电测向设备测量空中的无线电信号并获取信号发射源方位的过程，被广泛应用于无线电管理、航海航空救援、抢险救灾、射电天文、医学电子、电子对抗等民用和军用的诸多领域。常用的测向体制包括比幅测向法 [ 1 ] 、时差测向法 [ 2 ] 、相位测向法 [ 3 ] 和空间谱估计测向法 [ 4 ] 等。相关干涉仪测向是相位测向法的一种，测向精度和灵敏度都比较高，可同时获取方位和仰角信息，适用于多种天线阵形式，并且因为引用了相关处理，可以避免普通相位干涉仪中存在的相位模糊问题，是当前应用最为广泛的测向体制之一。但是相关干涉仪测向需要将测量的相位差与样本库中的相位差进行相关运算，运算量相对较大，尤其是在进行宽带频段测向的时候，如果测向接收机实时带宽内存在信号较多，需要对多个信号进行测向，那么测向消耗的时间比较多，效率难以令人满意。针对这一问题，当前的主要解决思路有两种：算法加速和硬件加速。算法加速方法中，当前研究比较多的是基于基线引导式的快速测向算法 [ 5 ] [ 6 ] ，使用一条或者多条基线计算可能的角度信息，然后只对这些可能角度进行相关计算，即先进行相位干涉仪测向，再进行相关干涉仪测向，但是由于受到天线阵子间的耦合影响，相位干涉仪测向误差较大，导致该方法的测向准确度难以满足实际要求。硬件加速有两种：基于FPGA的算法实现 [ 7 ] 和基于GPU的算法实现 [ 8 ] 。基于FPGA的测向算法实现需要在FPGA中进行大规模的并行相关运算，设计非常复杂，实现难度很大。基于GPU的实现方法需要将测量的相位差传输至安装有特定型号GPU的主机板上，再使用GPU进行相关运算，因此该方法会引入额外的硬件成本。因此，本文提出一种相关干涉仪测向算法的快速实现方法，适于在DSP或者嵌入式板卡中实现，并通过仿真与传统方法和文献 [ 6 ] 提出的基线引导方法进行比较，验证了方法的有效性。
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user: 2. 相关干涉仪算法 相关干涉仪测向原理如下： 在一个无模糊的阵列中，对给定方向、给定仰角、给定频率的已知(校正信号)到达波，测出阵列中各阵元间的相位差，即为对应方向、仰角、频率的信号的相位差样本；在所设计的天线阵列工作频率范围内，按照一定规律选择方位、仰角、频率，依次建立样本群，作为标准模板存起来，形成相关计算的标准样本库。以角度个数为N，天线振元对个数为M为例，某个频率的样本库为 Φ = [ φ 11 φ 12 ⋯ φ 1 N φ 21 φ 22 ⋯ φ 2 N ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ φ M 1 φ M 2 ⋯ φ M N ] = [ φ 1 ， φ 2 ， ⋯ ， φ N ] (1) 可用角度索引集合为 I = { i | 1 ≤ i ≤ N ，   i ∈ ℤ } (2) 式中： ℤ 表示整数集。 每一个角度索引i对应一个方位和仰角的组合，如果以1˚步进方位和1˚步进仰角建立样本库，则 N = 360 × 90 = 32400 。样本库中在角度索引i的样本相位差为 φ i = [ φ 1 i ， φ 2 i ， ⋯ ， φ M i ] T ， i ∈ I (3) 式中： ( ⋅ ) T 表示转置。 对该频率未知信号测向时，先按照采集样本的规则采集未知信号，得到其相位差 φ ^ = [ φ 1 ， φ 2 ， ⋯ ， φ M ] T (4) 将该相位差与样本库中的样本进行相关运算处理得到相关系数 ρ i = | φ i H φ ^ | ‖ φ i ‖ ⋅ ‖ φ ^ ‖ (5) 式中： ( ⋅ ) H 表示共轭转置， ‖ ⋅ ‖ 表示2-范数。 ρ i 的最大值的索引i对应的是测得的角度。 从式(5)中可以看到，如果样本库中的相位差和测量的相位差都已进行了归一化处理，那么单次相关运算就是两个M维矢量的内积运算，单个信号测向需要进行N次相关运算。当需要进行测向的信号较多的时候，运算量会变得很大，因此，有必要对单个信号测向的运算量进行优化。
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user: 3. 测向算法快速实现 考虑到相关干涉仪测向过程，就是在样本库中查找与测量相位差相关性最强的样本的过程，而在一个稳定的环境中，对同一信号进行多次测量得到的相位差之间应当具有较高的相关系数，因此可以利用原有的测向结果和相关曲线，对样本库中的使用样本进行限定，减少相关运算的次数。 3.1. 方法推导 由式(5)可以发现，相关运算得到的相关系数 ρ i 正是矢量 φ ^ 与矢量 φ i 的夹角 α ( φ ^ ， φ i ) 的余弦，即 ρ i = cos [ α ( φ ^ ， φ i ) ] (6) 式中： 0 ≤ α ( φ ^ ， φ i ) ≤ π 。 因此，可以将相关系数的比较转化为矢量夹角的比较。 若 ρ i 取最大值时的角度索引为 i max ，对应的矢量夹角为 α min = α ( φ ^ ， φ i max ) (7) 当再次进行测向时，测量得到的相位差矢量为 φ ^ ′ 。首先计算 φ ^ ′ 与 φ ^ 之间的夹角 α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) ，如果满足公式 α min + 2 × α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) < π / 2 (8) 则生成相关系数门限 ρ th = cos [ α min + 2 × α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) ] (9) 由此可以产生一个角度索引子集 K = { k | ρ k ≥ ρ th ，   k ∈ I } (10) 显然， i max ∈ K ，故 K 不是空集。 假设存在 h ∈ I ， h ∉ K ，则 ρ h < ρ th ，即 α ( φ ^ ， φ h ) > α min + 2 × α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) (11) 由此可以得到 α ( φ ^ ′ ， φ h ) ≥ α ( φ ^ ， φ h ) − α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) > α min + 2 × α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) − α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) > α min + α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) (12) 同时，又有 α ( φ ^ ′ ， φ i max ) ≤ α ( φ ^ ， φ i max ) + α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) ≤ α min + α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) (13) 所以可以得到 α ( φ ^ ′ ， φ h ) > α ( φ ^ ′ ， φ i max ) (14) 即 φ ^ ′ 与 φ h 的相关系数小于 φ ^ ′ 与 φ i max 的相关系数，因此得出结论，在 Φ 中与 φ ^ ′ 相关系数最大的角度索引必定是集合 K 的元素，所以在对 φ ^ ′ 进行测向时，只需要与 K 中所有角度索引的样本做相关运算和峰值搜索即可。 如果不满足式(8)，说明采集的相位差与样本库中的样本的相关性很差，或者两次采集信号的相位差相关性很差，这种情况下只能与样本库中所有的样本进行相关运算再进行峰值搜索。 3.2. 实现流程 根据上一节的推导分析，相关干涉仪快速实现方法的流程如下： · 1) 首次进行测向，将采集的相位差矢量 φ ^ 与样本库中所有角度的样本进行相关计算，得到 ρ i ； · 2) 搜索 ρ i 中的最大值，得到本次测向的结果 i max ，记录最大值对应的矢量夹角 α min ； · 3) 进行下一次测向，计算采集的相位差矢量 φ ^ ′ 与 φ ^ 的夹角 α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) ； · 4) 如果不满足公式(8)，则重复步骤1)； · 5) 如果满足公式(8)，则将按照式(9)计算相关系数门限，将 ρ i 中所有不小于 ρ th 的角度索引生成新的角度索引集合 K ； · 6) 将 φ ^ ′ 与 K 中所有角度的样本进行相关运算，并进行峰值搜索，得到测向结果； · 7) 重复步骤3)，继续进行测向。 3.3. 方法仿真 使用MATLAB生成仿真数据，再使用VC++6.0对传统实现方法、文献 [ 6 ] 提出的基线引导方法和本文实现方法进行仿真比较。选择直径为0.9 m的9元均匀圆阵天线，选择30 MHz、100 MHz和300 MHz三个频率进行比较分析，分别在–20 dB~20 dB信噪比下进行1，000，000次蒙特卡洛试验。 首先，为了验证本文方法推导的正确性，对本文方法测向结果与传统算法测向结果的一致性进行仿真验证。记第q次蒙特卡洛试验中传统算法得到的角度索引为 i q 1 ，本文方法得到的角度索引为 i q 2 ，使用以下公式对两种方法的一致性进行计算。 Δ = ∑ R SN = − 20 20 ∑ q = 1 1000000 | i q 1 − i q 2 | (15) 式中： R SN 表示信噪比。 分别对三个选择频率进行仿真，结果如表1所示。 表1的结果表明，本文方法得到的角度索引与传统方法完全一致。 然后，对相关计算时间进行仿真，结果如图1、图2和图3所示。 Table 1 Simulation result of consistenc 频率 30 MHz 100 MHz 300 MHz Δ 0 0 0 表1. 一致性仿真结果 图1. 30 MHz相关计算时间仿真结果 图2. 100 MHz相关计算时间仿真结果 图3. 300 MHz相关计算时间仿真结果 由仿真结果可以看到，当信噪比很低的时候，本文方法的相关计算时间与传统方法接近，高于基线引导方法，这是因为在低信噪比的情况下，受到噪声的影响，采集相位差与样本库相位差之间的相关系数很低，两次采集的相位差之间的相关系数也很低，即 α min 和 α ( φ ^ ， φ ^ ′ ) 较大，无法满足式(8)的条件，每次测向都需要对样本库中的所有角度进行相关和搜索，因而相关计算时间与传统方法接近。 在信噪比较高的时候，本文方法可以极大地减少相关计算时间，在20 dB信噪比时，本文方法的相关计算时间只有传统方法的十分之一，基线引导方法的三分之一。
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user: 4. 结论 本文针对传统相关干涉仪测向算法计算量大的缺点，提出一种相关干涉仪测向算法的快速实现方法，根据上一次全向搜索的相关曲线和两次测量信号相位差之间的相关系数，确定相关计算使用的样本范围，减小相位差相关运算次数。使用VC进行仿真，验证了该方法在较高信噪比的情况下相比传统算法减小了相关计算时间，提高了测向效率；在低信噪比的情况下，本文方法与传统方法的相关计算时间接近，无明显的改善。
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user: 摘 要 心理健康对电力高处作业人员整体健康以及作业安全有着重要意义。本文通过采用《90项症状清单》对102名电力高处作业人员进行调查。结果显示，除人际敏感维度外，电力高处作业人员与全国常模在其他所有维度上的差异均不显著；敌意维度存在明显性别差异，强迫症状维度在不同工龄人员间的差异明显，视力对心理健康的影响明显。说明电力高处作业人员的心理健康状况相对较好，但仍需从不同人口变量角度采取针对性的心理保健措施。 关键词 :心理健康，电力高处作业人员，SCL-90 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/