DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 传统实验室的现状 高校传统实验室建设是按照相应专业需求的课程要求来设置实验室，实验教学由教研室自主安排，自主管理的体制。实验室的使用主要用于教研室负责课程的学生的本科教学使用。传统实验室存在设备利用率不高、实验室功能单一；实验条件落后、实验经费投入不足等问题。传统实验室的封闭管理必然导致一些仪器设备的重复购置，造成实验资源的浪费。部分仪器的专管专用也导致出现仪器利用率低等问题。随着高等学校不断推进素质教育，各种大学生创新创业基金的设立，越来越多的学生寻找创新的平台，实验室的开放迫在眉睫。
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user: 3. 开放实验室的必要性 开放实验室就其内涵和功能而言，可以分为实验时间的开放、实验内容的开放和实验对象的开放。实验室开放有利于培养学生的自学能力、动手能力和实践能力，充分激发学生的积极性和创造性，有利于培养学生养成良好的实验习惯，同时也能提高实验室资源利用率。 实验室的开放配合开放式实验教学还能调节学生学习的时空。传统实验教学都有固定的时间来完成，这一定程度上限制了实验教师安排对实验课程的安排。一些探索性实验，实验时间并不能完全列入固定课表，实验室的开放给开放式实验教学提供了更多的选择空间。
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user: 4. 开放实验室存在的问题 由于实验室条件的限制，教学实验室在承担教学任务的同时要对外开放实验室。这面临着一定的困难，主要集中为以下几个问题： 1) 实验室开放管理制度不完善。基于传统实验室的管理属于相对封闭的状态，对于管理人员来说相对容易把握。实验室开放以后，制度的不完善导致管理的难度加大，一定程度上也削弱了实验室管理人员开放实验室的意愿。一方面实验室在国家的提倡下不断的开放实验室。另一方面，由于开放后的职责不明确，实验室安全得不到保障，实验室管理人员不可能一天24小时在实验室进行管理，在多种因素的干扰下，教师、学生和管理人员的参与性难以提高。 2) 对于开放实验室的经费投入少。一方面，学校对实验室的开放非常重视，但每个实验室的实验维持费是按照培养计划制定的实验学时数来划拨，在保障实验室的教学任务的同时，实验室的开放维持得不到相应的保障。就笔者所管理的实验室来说，随着上课班级的增多，实验室每年都需要增加三角瓶、烧杯、玻璃棒、玻片、量筒等玻璃仪器，同时，还要增加一些电炉、微波炉、天平等设备，一些大型设备只能依赖于其他的经费来增加。开放实验室的同时，这些消耗性用品的借用，仪器的损坏等都需要增加实验室的维持费用，而目前针对于此还未增加费用。 3) 实验技术人员的提升平台有所欠缺。目前高校都普遍重视师资队伍建设，制定大量吸引有科研能力的优秀人才的优惠政策，但对于实验技术队伍建设还是未能受到足够的重视。实验室管理人员队伍的学历逐渐提升，但进入岗位后能获得的培训或进修机会少，相关待遇较低，这些因素都制约着实验人员对于从事实验教学、研究及管理水平的提高。 4) 电脑化、网络化管理平台薄弱。传统的以手工、纸质管理方式为主的实验室管理模式已很难高效地管理实验室。随着计算机网络技术的发展，越来越多的管理趋于电脑化、网络化。基于网络化的实验室开放管理系统可以运用于实验室运用管理，学生老师可以根据系统查看实验室空余时间，根据空余时间申请实验室的使用。既可以提高实验室的利用率，也大大的提高了效率。还可以运用实验室管理系统来进行药品、仪器等管理。用于管理药品能清楚的掌握实验室拥有药品的动态，避免重复购买，造成浪费。
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user: 5. 构建教学实验室的开放与管理提升措施 针对现在教学型实验室开放存在的问题，笔者提出以下几个措施： 1) 健全开放型实验室管理制度及责任制度。建立相应的实验室管理制度，做到有制度可循，此为根本。科学化、规范化、制度化的管理是实验室不断开放创新取得成效的重要保证。制度是通过责任、权利、利益来规范主体行为和调整主体间关系的规则体系 [ 1 ] 。学校层面，二级学院，不同功能的实验室都应该分别制定相应的管理制度及责任制度。尤其是一些有毒性物品存放的实验室及放置大功率仪器设备的实验室，制度的制定显得尤其重要。同样，责任制度的明确在实验室开放过程中也占据了重要的位置。针对不同的开放人群，安全责任人需要细化并明确。如开展毕业论文实验的同学，责任人由导师承担；开展创新创业实验的同学，责任人由指导老师承担。如果没有其他相应的责任人，实验员抵制实验室的开放是必然的情绪。 2) 开放型实验室管理实施与监督。对于一个实验室的管理而言，需要得到的是老师、学生对实验室管理人员的多方配合与支持。一旦实验室的制度制定下来，更难的是管理制度的实施与持续性问题。譬如，制定了实验室仪器设备的使用登记制度，这些制度的实施不仅仅单方面靠实验员来维持，这些工作更需要得到实验老师及同学的配合。事关实验室使用制度及安全管理理应作为学生进入实验室进行实验操作的一个重要问题，譬如一些责任意识、安全意识等。实验室开放是一个复杂的系统，涉及了许多人、财、物的细小而繁杂的事务，这就需要进行有效的沟通与协调，维护实验室高质、高效运行。只有严格的遵照实验室管理条列来实施，实验室才能更高效而有序的进行。 3) 实验人员与实验室勤工助理共同管理模式的建立。采取的模式是——以实验管理人员管理为主，学生管理为辅的模式，学生在实验室管理人员的指导下协助管理实验室。由于实验室空余时间多为周末、晚上等时间，而管理人员不可能所有时间均有空余时间。受到实验的延续性、学生的空余时间等条件的影响，实验室的开放需要在晚上及周末开放。因此，实验室配备了学生助理，由其协助教师管理实验室。既为学生到开放实验室进行实验提供方便，又保证实验设备相对安全。 4) 实验室管理人员的培养与素质优化。实现“以人为本，和谐发展”的实验室文化建设，是植保实验室持续发展的目标。应加强实验室人员的素质建设，采取各种激励和培训措施，不断提升实验室人员队伍的专业水平和管理水平。如部分高校实验员可以评正高级实验员，这极大的促进了实验管理员自我提升。 5) 加大对实验室开放的经费投放。针对实验室对外开放的力度不断加大，学校理应对此增加实验室维持费用。随着开放的增加，实验室仪器使用频率增加了，实验室玻璃器皿等的消耗性物品的使用也增加了，这些必然会照成仪器的损耗和一些器皿的损坏。因此，对于实验室的开放，除了加强管理以外，学校应该加大此项经费的增加。 6) 信息化管理模式的建立。随着实验室开放规模的不断扩大，以人工为主的传统实验室管理方式已经远远不能满足发展的要求，越来越多的弊端不断浮现。实验管理的信息化水平已经成为制约提高实验室开放水平和服务质量的瓶颈 [ 2 ] [ 3 ] 。信息化管理不仅有利于提高工作效率，对于实验室的高效、安全运行也有重要作用。这将是高校实验室管理的一个趋势。
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user: 6. 结语 随着实验室的开放力度，教学型实验室实行以实验教师管理为主，学生管理为辅的管理模式。该模式既保证教学实验工作的正常开展，又为学生提供课外科技创新的实验平台。在保证了实验室开放的时间和开放效果的同时锻炼了学生的实际管理和自我管理能力，培养了学生的责任感和团结协助、协作共事的精神。要使实验室完全向学生开放，其管理及运作模式仍是一个值得探讨的问题。随着创新素质培养的重视，教学实验室平台开放给大学生使用是必然的趋势，而在现今的现状下开放实验室的信息化管理也将成为高校管理的发展趋势之一。如何高效合理安全的将实验室开放给学生作为创新平台是个重要的课题。
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user: 摘 要 本文采用液相还原的方法，将负载有Fe(III)的大蒜废弃物用硼氢化钠溶液还原，得到负载有纳米零价铁的大蒜废弃物颗粒(CMGP-Nzvi)，用于水溶液中亚甲基蓝的降解净化。考察了吸附剂用量、目标溶液pH值、亚甲基蓝的溶度、吸附温度以及吸附时间对CMGP-nZVI吸附性能的影响规律。结果表明，采用负载有纳米零价铁的大蒜废弃物比单一的大蒜废弃物对亚甲基蓝的处理效果更加明显，即纳米零价铁的负载显著促进了吸附效果；吸附效率随着吸附剂用量的增加而增加，随着亚甲基蓝初始浓度的升高并无明显变化，随着温度的升高，吸附效率变化甚微，推测吸附降解过程主要为扩散控制所限制。 关键词 :亚甲基蓝，纳米零价铁，大蒜废弃物 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 皮革、纺织、造纸、印刷、化妆品及食品等诸多行业都会使用各种染料，尤其纺织印染业更是染料废水排放大户，占工业废水排放总量的35%左右 [ 1 ] 。这些染料大都具有抗氧化、抗光解及抗生物降解等特性，能长期稳定存在于环境水体中，造成水体透光性恶化，显著影响水生植物的光合作用，兼之有些染料或者其降解产物有毒，则严重威胁到水生动植物和人类的健康。因此，研究开发先进技术以高效处理含染料废水，已成为当前环境治理领域的重要课题 [ 2 ] [ 3 ] 。 目前，工业上常用的处理方法主要有絮凝法、吸附法、氧化法和还原法等。絮凝法是典型的采用聚合铁、聚合铝等无机絮凝剂进行水解絮凝，实现染料高分子的共絮凝沉淀，从而与水溶液实现分离。对絮凝法产生的高含水染料混合泥渣进行安全处理，是该方法在实际应用中面临的一个难题 [ 4 ] 。吸附法则具有操作简单，没有试剂残留，净化效果好等综合优点，活性炭、蒙脱土、沸石、树脂、微生物以及农业废弃物对染料都具有一定吸附能力 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] ，但是吸附剂的循环使用性、吸附容量偏低等，是该方法在实用中的一个挑战。氧化法则是采用氧化试剂如双氧水、臭氧、芬顿试剂等，将染料分子氧化降解成小分子 [ 10 ] ；还原法则是采用铁、锌、铝粉等作为还原剂，对染料分子进行还原降解。后两种方法也是染料废水处理中常见的方法，而还原法在近年来较多研究的代表性技术是纳米零价铁的应用。自1997年张伟贤合成该材料以来 [ 11 ] ，一直成为环境治理的一个热点技术，以其纳米尺寸而使得零价铁粉颗粒表面还原活性和吸附活性显著增加 [ 12 ] - [ 18 ] 。 纳米零价铁的合成和使用过程中会遇到几个关键问题 [ 19 ] [ 20 ] ，直接影响到其使用活性。一，团聚长大问题，纳米铁颗粒容易团聚长大，从而显著降低其反应活性；二，氧化失活问题，由于纳米级铁颗粒强烈的活性，易被水中的溶解氧、空气氧化而变性，从而显著影响到其反应活性；三，试剂残留问题，常见的还原剂是硼氢化钾，则合成反应结束后溶液中残留的该试剂如何安全处理，也是一个挑战；四，纳米零价铁产品的固液分离问题，纳米零价铁粉体的合成之后，如何有效地从水介质中分离出来？这对固液分离技术提出了一个新的课题。因此，在纳米零价铁的实用化推广过程中，以上四个问题的良好解决，乃是决定该新型功能材料能否充分地发挥出其净化效果的关键，也是该材料合成研究方面所必需跨越的重要障碍。为此，本研究中提出了一种比较巧妙地解决以上问题的思路，即采用生物吸附负载铁离子，再原位还原，从而实现固液分离的工艺。具体而言，将铁离子吸附固定在生物质基体材料上，原位还原时可以借助基体材料的空间间隔阻止形成的纳米零价铁粒子团聚，该合成的负载型纳米零价铁–生物质复合材料也可借助生物质基体材料的大尺寸轻松实现固液分离。以上还原过程只要控制好在隔绝空气的介质环境中进行，则可较好避免氧化失活问题。试剂残留方面，虽然本研究提出的方法也不能很好的改善，但是在其他三个问题上都可以得到很好的解决。 根据以上思路，本研究拟采用大蒜废弃物粉末颗粒为基本的吸附材料，通过化学改性引入或激活对吸附质作用力强的活性基团，以改善其吸附能力 [ 21 ] 。经过可控的吸附过程固定定量的铁离子在该吸附材料上，洗涤后再经硼氢化钾还原、过滤洗涤、真空烘干，即可合成得到负载在大蒜废弃物粉末颗粒上纳米零价铁。在此基础上，进一步考察其对染料分子的吸附性能。拟采用亚甲基蓝染料的水溶液为模型，开展系统的吸附测试。亚甲基蓝(化学式：C 16 H 18 ClN 3 S，分子量：319.86)，可溶于水或者乙醇，不溶于醚类。亚甲基蓝在空气中较稳定，其水溶液呈碱性，有毒。亚甲基蓝广泛应用于化学指示剂、染料、生物染色剂和药物等方面 [ 22 ] 。其中吸附法有刘怡虹等利用3D石墨烯材料对亚甲基蓝进行吸附，其最大吸附量为752 mg/g，去除效率均在89%以上 [ 23 ] (贻贝仿生三维石墨烯制备及对亚甲基蓝的吸附)。
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user: 2. 实验方法 2.1. 试剂与仪器 试验试剂与仪器如表1、表2中列表所示。 Table 1 Experimental instrument 仪器名称 仪器型号 生产厂家 可见分光光度计 UV-2000 UNICO公司 恒温振荡箱 BS-1E 常州国华电器有限公司 实验室pH计 PHSJ-3F 上海精科 磁力加热搅拌器 78-1 金坛市医疗器械厂 电热鼓风干燥箱 WD841-1 吴江万达电热设备有限公司 真空抽滤机 SHB-III 郑州长城科工贸有限公司 电子天平 AUY220 日本岛津公司 移液枪 Dragon Laboratory Instruments Limited 表1. 实验仪器 Table 2 Test reagent 试剂名称 化学式 纯度级别 生产厂家 六水合氯化铁 FeCl 3 ∙6H 2 O 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 硼氢化钠 NaBH 4 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 亚甲基蓝 C₁₆H₁₈ClN₃S 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 硫酸 H 2 SO 4 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 氢氧化钠 NaOH 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 无水乙醇 C 3 H 6 O 分析纯 北京市化工厂 纯净水 H 2 O 自制 大蒜废弃物 山东金乡县 表2. 试验试剂 2.2. 大蒜废弃物粉末吸附剂颗粒的制备方法 大蒜皮(GP)经自来水及去离子水清洗，除去泥土等杂质后，再加入一定量的自来水(固液比为1:2)，得到大蒜皮悬浮液。用某混合化学溶液进行改性，于室温中浸泡24 h，随后用蒸馏水反复洗涤抽滤至滤出液pH为中性，于60℃鼓风干燥箱中烘干，烘干时间为24 h以上，在破碎至粒度小于40目，得到化学改性大蒜皮生物吸附剂，记为CMGP。 2.3. 负载型纳米零价铁材料(GP-nZVI)的制备方法 取2 g化学改性大蒜皮生物吸附剂(CMGP)，放入1升108 ppm的Fe(III)溶液中，充分反应吸附一个小时，得到吸附饱和的负载有三价铁离子的大蒜废弃物颗粒(CMGP-Fe(III))。CMGP-Fe(III)随取随用，用0.2 M的硼氢化钠溶液还原搅拌处理一个小时，经真空抽滤，以及无水乙醇反复洗涤之后，真空常温烘干，得到CMGP-nZVI，制得的CMGP-nZVI需马上使用，以避免氧化。 2.4. 亚甲基蓝分析方法 亚甲基蓝的浓度采用紫外可见分光光度计(UV-2000，上海优尼科生产)在波长664 nm除进行测量，所用亚甲基蓝溶液的标液采用分析纯试剂制备，绘制的标准吸附曲线如下图1所示。 图1. 亚甲基蓝标准溶液浓度和吸光度工作曲线 CMGP-nZVI的吸附效率(A)以及吸附容量(Q e )如下式所示： A = ( C i − C e ) C i × 100 % Q = ( C i − C e ) V W 式中c i 和c e 分别是亚甲基蓝溶液的起始浓度和吸附达平衡后的浓度，单位为ppm，W为吸附剂的质量，单位为mg；V为目标溶液的体积，单位为mL。 2.5. 对亚甲基蓝的吸附降解实验方法 具体地，本实验就亚甲基蓝溶液pH值、浓度、CMGP-nZVI用量、温度等工艺参数对吸附效果的影响进行研究，考察其对水溶液中亚甲基蓝的吸附条件，并探讨吸附机理。
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user: 4. 结论 1、CMGP-nZVI比CMGP对亚甲基蓝的处理效果更加明显。 2、对亚甲基蓝的吸附效率随着CMGP-nZVI的增加而递减；随着亚甲基蓝初始浓度的升高则并无明显变化，吸附容量则有较大变化；随着温度的升高，吸附效率变化甚微，说明该吸附反应过程主要受到物理扩散限制，要促进吸附效率提高，应该通过强化搅拌等手段较有效。 3、CMGP-nZVI对亚甲基蓝的处理是CMGP的物理吸附与nZVI的吸附、化学还原反应相综合作用的结果。
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user: 摘 要 上世纪90年代，电子竞技开始出现在人们的视线中，2003年，国家体育总局将电子竞技列为第99个正式体育项目，2008年又改为第78号正式体育竞赛项目，充分肯定了电子竞技作为竞技体育的地位。然而教育界对此则观念转变较慢，甚至较为抵触，有学者提出电子竞技应当回归游戏的本质，教师和家长则更多地将电子竞技与电子游戏混为一谈，视其为洪水猛兽，甚至认为电子竞技是“电子鸦片”。本研究将在新时代的背景下展示电子竞技近年来的飞速发展，阐释电子竞技的内涵和作用，反驳对于电子竞技的误解与偏见；在研究的最后，研究者从家长、教师、学校和教育管理部门等方面，提出从教育行政的角度应如何对待和利用电子竞技的建议。 关键词 :电子竞技，教育，正名 Copyright © 2018 by author 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. 电竞的发展与偏见 1.1. 电竞的发展 电子竞技，国家体育总局规定的第99项运动，近20年来风靡全球，在全世界年轻人中广受欢迎。与普通的电脑游戏和网游不同，电子竞技项目由于其竞技性，与其它竞技体育一样，是天赋和努力的集合，需要热情和冷静的结合，是个人技术与团队合作的融合，电子竞技有其残酷的竞技性，同时也充满了对个人的温情关怀。中国大陆赛区在英雄联盟、dota2、cs:go等项目的各类比赛中屡屡夺冠，涌现出了一大批优秀的运动员和团队，从2003年的sky李晓峰，到dota2的wings，再到英雄联盟项目夺得世界冠军的RNG和IG，以及中国队在亚运会上击败强敌韩国队夺冠，都在国际上充分地展示了中国人的风采和水平。中国电竞在国际上的优异表现，极大的促进和培养了中国电竞选手、玩家和所有关注电子竞技人的民族自尊心、自信心和爱国情怀。 全球电子竞技市场，处于高速发展的态势中，越来越多的人开始关注电子竞技，了解电子竞技，参与电子竞技，我国电竞粉丝规模从2014年的0.8亿人增长到了2018年的2.8亿人(如图1) [ 1 ] 。 图1. 电子竞技粉丝规模的发展 2011年时，电子竞技《英雄联盟》项目第一赛季的全球总决赛在瑞典举行，只准备了20个座位，而到了第六赛季时，线上同时在线观赛人数已经突破1000万人，累计3亿人次观看了这次决赛；到了2017年在北京鸟巢举办的第七赛季决赛，单场比赛观赛人数为9787万人，超越众多传统体育赛事的决赛观赛人数 [ 3 ] 。 不仅仅是玩家数量的急速增加，电子竞技的产业规模也在不断扩大。在中国，庞大的人口基数是电竞产业在中国发展的一个极有利条件。国内类似腾讯、网易等互联网公司的崛起也预示着电竞产业必将成为中国经济发展中不可或缺的一环。伦敦风险投资公司Atomico发布的报告显示，2016年全球游戏产业产值已首次突破1000亿美元。按照现有市场规模计算，中国已取代美国成为全球电子竞技产业最发达的国家 [ 4 ] 。2017年，中国电子竞技市场实际销售收入达到359.9亿元，同比增长43.2%，成为最火热和最具潜力的产业之一 [ 5 ] 。 电子竞技项目在中国正逐渐受到认可。2003年，国家体育总局批准电子竞技成为第99个正式体育竞赛项目，五年后，2008年，电子竞技被改批为第78号正式体育竞赛项目 [ 6 ] 。2016年9月，教育部决定将电子竞技纳入正式专业教育中，2017年共有18所国内高校开设了相关专业进行人才培养 [ 3 ] 。 电子竞技项目在世界范围内也已经受到了广泛的关注和肯定。全美大学电竞联赛如今已经有超过一万人参赛，比美国大学体育协会NCAA (National Collegiate Athletic Association)举办的篮球联赛参赛人数多出4600人 [ 7 ] 。在美国，电竞产业不再是一个小众休闲产业，它已经充分地渗透到了社会文化中，成为了美国经济的一个重要产业。 2017年10月28日，国际奥委会第六届峰会同意将电子竞技视为运动。在2018年的艾美奖(艾美奖，Emmy Awards美国电视界的最高奖项，地位如同奥斯卡奖于电影界和格莱美奖于音乐界一样重要)中，英雄联盟S7总决赛战胜NBA总决赛，超级碗等众多传统体育大咖斩获最佳直播设计奖，这是电子竞技项目拿下的第一个艾美奖 [ 2 ] 。 2018年5月14日，亚洲奥林匹克理事会正式对外公布第18届亚洲运动会的电子体育比赛项目。《英雄联盟》《王者荣耀》《皇室战争》《实况足球》《炉石传说》《星际争霸2》将亮相2018年雅加达亚运会的赛场。电子竞技第一次在国际赛场与传统体育项目同台竞技，这说明电子竞技正在全世界范围内蓬勃发展。 1.2. 对于电竞的偏见 然而，在电竞如火如荼地发展的同时，对于电子竞技的偏见却一直未消除。很多人依然对于电竞有着错误的认知和偏见。对电竞抱有偏见的人群主要有两部分，其一是不理解电竞的家长、老师等，其二则是主流文化媒体和社会组织 [ 8 ] 。其原因无非是家长们过于朴素的安稳追求，不允许孩子剑走偏锋；片面将教育的失败归咎于客观因素，这一点，本文将在后面提到。 不仅仅是普通人，就连部分学者也对电子竞技充满了误解，以偏颇的视角论述电竞。这里要例举最近引起轩然大波的易剑东(2018)，他的文章《中国电子竞技十大问题辨识》从根本上否定了电子竞技，引起电竞圈和玩家们的不满。他强调电竞是手脑的用力，基本上不是身体能力的较量；其竞技性也无法构成体育的充分条件。在从体力运动这个层面否定电子竞技作为体育项目的同时，为了否定电子竞技，易剑东将棋类等非奥体育项目也都排除出体育的行列，认为其只是“智力竞技” [ 9 ] 。那么在2016年央视颁布的体坛风云人物年度最佳非奥项目奖项中，台球运动员丁俊晖、国际象棋运动员侯一凡、围棋运动员柯洁，又是以什么身份来参加“体坛”风云人物的评选？更不用说最后获选的拳击运动员邹市明了。吴桥指出，从全息学的观点来看，棋类运动属于竞技体育，被划为智能类项目，而电子竞技则被划为结合类项目 [ 10 ] 。单纯以身体技术和体能狭隘地定义体育，将手脑协调和思考判断能力排除在身体能力之外，值得质疑。 然而在后面的论述中，易剑东将电子游戏和电子竞技混为一谈，用鸦片毒品来形容电竞，所举的例子却都是电子游戏对人的损害，例如暴力电子游戏对人认知的损害，WHO中对游戏成瘾的定义 [ 9 ] 。为了强行将电子游戏、网络游戏与电子竞技混为一谈，易剑东认为电子竞技和电子游戏的区别是竞技体育与大众体育的区别，认为说电竞不是电子游戏是偷换概念，电子竞技就是竞技化标准化的电子游戏而已。而实际上，电子竞技比赛作为竞技体育，它的大众体育形式是享受同一项目的普通玩家，就好比篮球职业联赛和在社区场地里组队打球。若以易剑东的逻辑来类推，篮球的大众体育就是所有球类运动了，两者根本不在同一层面上。 随后，易剑东以自己的儿子作为例子，认为他儿子在初三之前成绩全年级5%，迷上电竞之后成绩降到20%，(高考可能从)从北师大降到首师大，以前肌肉发达，如今大腹便便 [ 11 ] 。其是否懂得教育的规律，以初三的成绩来衡量孩子学习的发展是否合理，以及孩子还在高一是否就可以以现在的成绩定论高考，这其中的因果联系是否成立先不谈；单以个案来否定群体的论述是值得质疑的。在电子竞技玩家中，硕士以上学历占10%，本科学历占54.8%，电竞主播“女流”是内蒙古状元，清华的本科，北大的研究生，电竞解说“小苍”毕业于北师大，DOTA项目官方中文解说“PC冷冷”毕业于武汉大学，电竞主播火树毕业于清华大学核反应方向专业，LPL官方解说“长毛”毕业于台湾大学，国外更是如此，dota选手Merlini毕业于杜克大学等等 [ 12 ] ，喜爱电竞的玩家有高学历和名牌大学的例子比比皆是，这些名牌大学的电竞玩家为何成绩不会一降再降，遨游电竞领域的同时考上知名大学，这二者之间是否矛盾，值得深思。而统计中初中及初中以下学历的电竞用户只占2.5% [ 12 ] ，电竞与孩子成绩之间的因果联系是否成立更让人疑惑，在没有数据统计和研究的情况下，仅凭与自己相关的个案来否定电竞，实在偏颇。 这种误解和偏见其实来自于对电子竞技的无知，因此本文将在下面论述有关电子竞技的定义，反驳对于电竞负面效果的部分论述。
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user: 4. 总结 对电子竞技的认知，应该彻底摆脱“妖魔鬼怪”、“电子鸦片”等偏见和歧视，在不过度参与的情况下，电子竞技可以成为宣泄压力的出口，休闲放松以及锻炼手脑的好方式。在电子竞技比赛时，已经有越来越多的人以家庭为单位，出现在观众席中 [ 18 ] ，电竞选手，也不断地获得自己的家庭对他们的支持。 对电子竞技，应当持一种正确的态度，家长和教育工作者对于电竞的不了解，不利于引导青少年正确对待电子竞技，更容易激起青少年的逆反心理 [ 16 ] ，出发点没错，但却更不利于问题的解决。我们不否认有沉迷游戏而荒废学业，影响身体健康的个案，所以才要正确认识电子竞技的教育价值，这不但有利于这一体育项目的发展，更可以帮助教育者和家长们因势利导，促进青少年的全面发展。 当然，电子竞技的发展才刚刚兴起，利益因素的驱动，容易让这项运动偏离正轨，政府部门也应当规范和引导电子竞技的发展，而非一禁了之或者不闻不问。尤其是建立游戏分级制度，可以更好地帮助青少年规避不适合他们年龄的游戏产品。
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user: 摘 要 在对MBR膜生物反应器的模拟仿真中，我们曾使用计算流体动力学(CFD)的相关软件建立MBR中空纤维膜的二维模型，并成功模拟出流体在中空纤维膜区域的流动现象。为了后期提高中空纤维膜的模拟效果，我们可以考虑先将单根中空纤维膜丝放进膜组件中，并建立三维模型进行模拟，计算和观察，为扩展到多根中空纤维膜丝的研究做好前期的工作。在模拟中，由于中空纤维膜管壁小孔的数量规模达十亿数量级，在建模阶段画出大量的小孔并不现实。所以，在模拟时，我们引入多孔介质的思想，将中空纤维膜的管壁定义为多孔介质区域，从而完成对中空纤维膜管壁小孔的模拟。在之后进行的CFD数值求解的计算中，我们采用比较精确的有限体积法求解离散方程，经迭代100次后，我们可以从残差曲线图中看到所有值均低于阈值，呈收敛状态。模拟结果表明，通过CFD相关软件对单根中空纤维膜丝的模拟 [ 1 ] ，基本符合流体的实际流动现象。 关键词 :MBR，中空纤维膜，计算流体力学，有限体积法，多孔介质 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 MBR膜生物反应器是一种将膜分离单元和生物反应器技术相结合的新型污水处理技术。膜污染问题一直是阻碍其发展的重要因素，而使用中空纤维膜的MBR膜生物反应器，可以在更高的活性污泥浓度下保持高通量的稳定运行 [ 2 ] [ 3 ] 。近几年来，不少人使用过计算流体动力学(CFD)软件对中空纤维膜进行模拟仿真 [ 4 ] ，例如，使用Gambit建立二维模型，并使用有限差分法计算方程结果，模拟出中空纤维膜的速度场和浓度场 [ 5 ] ，并将多相流模型应用到中空纤维膜上，通过气、液、固三相流观察曝气量，以及液、固两相的流动情况。 随着CFD技术的发展，本文借助目前比较流行的专业CFD软件ICEM CFD建立三维模型，并在Fluent中使用多孔介质模型和有限体积法，求解离散方程。最后通过CFD-Post软件，生成压力云图和速度矢量图，供我们有效地观察和分析流动计算结果，掌握中空纤维膜周围流动的规律。为扩展到多根中空纤维膜丝的研究做好前期的工作 [ 1 ] 。本文在建立模型时，膜组件两侧水槽忽略不计，将中空纤维膜丝的两端直接接在出口处，这样的模型可能会在模拟结果中产生误差。同时，污水在进入膜组件之前，已经默认通过了预处理。经模拟结果表明，在忽略误差的前提下，通过CFD相关软件对单根中空纤维膜丝的模拟，基本符合流体的实际流动现象。
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user: 2. 单根中空纤维膜丝在CFD中的模拟 我们曾经使用过CFD对中空纤维膜进行模拟，但是在实验中也存在着较大的问题。在模拟的过程中，建立的模型是二维模型，并且在运用求解器进行CFD数值计算时，采用的是有限差分法，而这种方法仅当网格极其细密时，离散方程才满足积分守恒。 针对这些问题，我们首先将模型的维度从二维模型上升到三维模型。并采用CFD数值解法中的有限体积法 [ 6 ] 。由于有限体积法即使在粗网格情况下，也能够显示出准确的积分守恒，所以本实验在求解计算时用有限体积法来代替有限差分法，这样可以弥补有限差分法的不足，从而得到更精确的数值 [ 7 ] [ 8 ] 。 本实验模拟的中空纤维膜是天津膜天膜公司的UOF-4型膜组件中的8英寸膜，膜直径为203 mm，膜组件内浇注约3000~3500根膜丝。 2.1. 建立模型 我们借助CFD的前处理器ICEM CFD软件建立一个三维模型，该模型由一个膜组件和一根中空纤维膜组成。由于研究的主要对象是中空纤维膜丝，这里需要借助膜组件作为模拟流体流动时的壁面，所以为了观察的时候更方便，在不影响对中空纤维膜流体流动研究的基础上，只保留了膜组件的入口，出口和壁面，而膜组件两边出口处附近的两个水槽和出口的管道可忽略不计，让水直接流出。由于膜丝的过滤形式是外压式，所以水从入口处进入后，膜组件向中空纤维膜丝施加压力，水渗透过中空纤维膜并从两端的出口处流出。建立的三维模型如图1所示： 图1. 膜组件和单根膜丝组成的三维模型 由于上图中的三维模型所在计算区域较为均匀，数据结构简单，同时考虑到网格的生成速度和质量，我们将模型划分成结构化网格，划分的网格如图2所示： 图2. 结构化网格 结构化网格划分成功后，为了保证网格导入到fluent中求解方程时能够收敛，检查网格的相关参数Quality，如图3所示： 图3. 网格质量图 从图3中可以看出，网格的参数Quality趋向于1，而Quality的质量已达到0.4，网格质量已经基本符合要求。 2.2. Fluent求解 将画好的结构化网格导入到Fluent中，进行计算求解，求解步骤如下： 1) 查看模型的网格信息，并检查网格的最小体积和最小面积是否为负数。 2) 由于ICEM CFD软件在建模时是无量纲的，所以需要设置模型的单位。 在CFD中，判断流动是层流还是湍流，由雷诺数Re的值决定，Re是一种用来表征流体流动情况的无量纲数，具体公式如下： Re = d u ρ / μ (1) 其中，d为8寸膜的直径，u为流体的流速， ρ 为待处理废水的密度， μ 为待处理废水的黏度。流速u的计算公式如下： u = A / S (2) 其中，A为流体的流量，S为膜面积。 当雷诺数Re的值小于临界雷诺数2000时，即Re < 2000，流动是层流，否则为湍流。因此，代入参数A = 2 m 3 ，S = 40 m 2 ，d = 203 mm，水的密度 ρ 为 = 1000 kg/m 3 ，废水的黏度 μ 为 = 0.8949 × 10 −3 kg/m-s，求得Re = 3.15，由于Re的值远小于2000，所以判断流动为层流。 由于实验中不会涉及到温度的变化，所以这里不考虑能量守恒方程，只并打开动量守恒的设置。 3) 选择材料为水，并输入密度 ρ = 1000 kg/m 3 ，黏度 μ = 0.8949 × 10 −3 kg/m-s。 4) 设置多孔介质模型和参数，由于在步骤(3)中已判断流动为层流，所以可以将惯性阻力系数忽略不计，只需要计算黏性阻力系数。计算黏性阻力系数的相关公式为： Δ p = μ Δ n / α (3) 其中，p为压降，n为中空纤维膜的厚度， μ 为黏性阻力系数。代入参数p = 0.15 MP，n = 0.5 mm， μ = 0.8949 × 10 −3 kg/m-s，求得 α = 167，616，493，462.9568。 5) 设置条件边界 [ 9 ] 。入口为速度入口，速度为步骤(3)中得到的流速，设置出口为压力出口。 6) 根据实际工作经验得到，如果速度是100 m/s，那么临界值一般为Fluent中的默认值10 −3 ，本课题中的流速为 1.39 × 10 − 5 m / s ，所以这里将临界值设为10 −9 。 7) Fluent默认为有限体积法进行计算，所以使用默认值，参数初始化使用入口的速度值进行初始化，迭代次数为1000次，最后生成残差曲线图如图4所示： 图4. 残差曲线图 从图4中可以看到，计算约至780步左右的时候，所有值均小于阈值，残差达到收敛标准，计算结束。
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user: 3. 模拟与结果分析 为了能够更直观有效的观察和分析流动计算结果，我们将Fluent的计算结果导入到CFD-POST中，并分别创建截面z-01 (xy平面z = 1 mm处)，z-05，z-06，z-18 (xy平面z = −8 mm处)，分别显示这4个截面的压力云图，结果如图5所示： 图5. 残差曲线图 如图5所示，左边的颜色条表示压力值从下到上依次增加，最小值为0.201082 Pa，最大值为0.201087 Pa。在这里，压力的变化主要由膜污染程度决定，水流速度在一定范围内，影响可以忽略，最大值到最小值相差5也在正常预估范围内。 另外，创建截面y-0，z-6，并生成速度矢量图，结果如图6所示： 图6. 速度矢量图 从图6中，我们可以看出，水在出口的流速明显小于入口处的流速，这是因为在边界条件中设置了压力出口的边界条件，并且在通过多孔介质区域时形成了阻力，影响了流体继续往出口方向流动。再结合图5的压力云图可以看出，出口处的压力要大于其他区域的压力，这是因为水流在出口处受到压力出口边界条件的影响，将水不断的向多孔介质区域挤压，所以在出口处，水的流量逐渐增大。 经过此次的模拟结果，我们可以分析出，该模拟基本实现了水流在膜组件中通过单根中空纤维膜丝的流动现象。
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user: 4. 结论与展望 为了能够提高流体在MBR中空纤维膜区域的模拟效果，本文先以单根中空纤维膜丝为基础 [ 10 ] ，并借助目前比较流行的专业CFD软件进行模拟和计算。在模拟中，我们引入了多孔介质模型，将中空纤维膜的管壁定义为多孔介质区域。而且，我们引入CFD数值解法中的有限体积法，使离散方程能够在粗网格情况下也能显示出准确的积分守恒。结合以上两点并建立三维模型，使模拟结果更接近流体在MBR中空纤维膜中的流动现象。模拟结果表明，通过CFD相关软件对单根中空纤维膜丝的模拟图像是符合实际流体的流动现象的。 在接下来的研究中，我们将逐次在膜组件中递增中空纤维膜丝的数量，分别观察每次添加膜丝后流体的流动现象，直至实现完整的MBR在实际中的运行情况。
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user: 摘 要 随着航空航天事业的发展，对航天器和航天救生设备的耐冲击性能要求也在不断提高。设计了一种能发生5~15 g/100ms以上小加速度大脉宽冲击波型的冲击试验台，能较好的模拟航天设备的坠落冲击条件。本文利用PCI-6521数采卡连接上位机、控制系统和数据采集系统，为了消除噪声干扰，设计了加速度传感器信号调理电路，并且在LabVIEW数据采集部分设计了零点漂移和滤波器模块。冲击试验台已经设计完成，经测试控制系统能可靠控制冲击试验台，能发生需求的小加速度大脉宽半正弦冲击波形，并准确生成冲击响应谱，分析物体耐冲击性能。 关键词 :冲击试验，PCI-6521数采卡，加速度传感器，信号调理，LabVIEW 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 航天器在发射、在轨和回收过程中将经受各种复杂冲击环境的考验，特别是载人航天器的耐冲击性能，关乎航天员的人身安全，因此几乎所有的航天产品在升空前，都需要先进行坠落冲击试验。 冲击试验在国际电工委员会(IEC， International Electrotechnical Commission)中定义为：冲击加速度较大，重复次数较少，以峰值损坏为主的一类试验 [ 1 ] 。在载人航天过程中，考虑到人体所能承受的加速度极限在10 G左右 [ 2 ] ，在此类冲击试验中需要提供小加速度大脉宽的冲击波形，满足此类要求的实验设备在国内很少见，而且功能和规模固定，特别是5~15 g/100ms以上的小加速度大脉宽冲击试验设备更少。 为了满足我国航空航天业的发展需求，本文研究了小加速度大脉宽冲击试验机，设计其测量系统和控制系统，保证通过LabVIEW上位机准确完成冲击试验机的升降、抱剎、冲击、信号采集和数据分析等功能。
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user: 2. 系统总体设计 本文所描述的冲击实验台的总体框架如图1所示，电荷型加速度传感器和电压型加速度传感器将加速度信号转换为电信号并进行调理放大，可根据量程需求选择相应的传感器；控制系统由气源油源单元、距离测量单元和高度测量单元构成，气源油源单元用于控制台面的抱刹、抬升，距离测量单元用于判断油缸和台面的距离，高度测量单元用于测量台面当前高度；上位机软件采用LabVIEW图形化编程语言，通过NI数采卡PC-6251采集加速度传感器的输出信号，并绘制分析曲线。
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user: 3. 系统硬件设计 本文所述的冲击试验台硬件电路主要包括两种加速度传感器的调理电路、电磁阀控制电路和接近开关电路。 3.1. 电荷型加速度传感器 电荷型加速度传感器利用两片压电片构成压电元件，在受压后输出微弱电荷信号，需要设计电荷放大器对信号进行调理放大才能被数采卡识别 [ 3 ] 。同时经电荷放大器调理输出的信号阻抗低，抗噪声干扰的性能得到了保证，还可通过电荷放大器灵活调节量程。 系统使用同轴电缆进行信号传输，同轴电缆有两个同心导体，导体和屏蔽层共用同一轴心，具有较强抗干扰能力；电荷放大器与传感器尽量靠近，因为两者之间的电容总量(与电缆长度成正比)影响着系统的信噪比，6000 pF左右的额外电容会使电荷放大器的本底噪声增加4倍。电荷放大电路如图2所示。 图1. 系统总体结构框图 图2. 电荷放大电路 此电路由电荷放大器电路、电压反向电路和滤波电路组成。电荷信号经BNC接口P1输入，通过电阻R1消除电缆噪声。C2、R3分别为反馈电容和反馈电阻，与运算放大器LF356组成电荷放大器，将电荷信号转换为反向电压信号，R3与LF356形成直流反馈，使电荷放大器工作稳定，减少零漂，考虑到电荷放大器的频带响应，反馈电阻必须在1G欧姆以上，因此R3选用金属玻璃釉高压电阻RI40，阻值为1G欧姆；C2选用体积小、容量大，频率特性优异的聚丙烯电容。 电阻R4、R5与LF356组成反向器，用于转换电压极性；因电荷型加速度传感器输出信号因反馈电阻和供电电压不同，输出有不同的直流偏量，所以利用电容C3与电阻R6组成低通滤波器滤除直流偏量。 3.2. 电压型加速度传感器 电压型加速度传感器内部集成了IC电路，需要外置压电集成电路(IEPE， Integral Electronic Piezoelectric)信号调理器为其提供电源 [ 4 ] 。本文设计的IEPE信号调理器原理图如图3所示。 恒流源电路选用两端可编程电流源LT3092，该器件准确度高，温度系数较低；内部通过稳压器来隔离电路系统，避免受电源变化的影响。该器件的可编程输出电流公式为： I = 10 μA ⋅ R S E T R O U T (1) 因此要得到24 V 4 mA的恒流源，输入电压应为24 V， R S E T 与 R O U T 比值在400左右，本电路电阻选用精度为0.1%的直插电阻，R1为3.3 kW，R2为8.2 W。电容C1、C2与电阻R3、R4组成二阶无源高通滤波器，滤除输出的直流偏量，截止频率为 1 / 2 π R C ，截止频率设为1 Hz，C1选择10 uF，R4为20 kW。 图3. IEPE信号调理电路 3.3. 控制系统电路 电磁阀是一种电磁控制的工业设备，通常用来调整流体的流量、方向、速度等。本文的控制系统利用电磁阀控制气源设备和油源设备，分别实现台面的抱剎和抬升的功能。本文设计的三位四通电磁阀控制电路如图4所示，图中SSR选用PVG612PBF单极常开固态继电器。该电路使用两个PNP型三极管8550分别控制两个固态继电器的通断，实现电磁阀的三位四通功能，Vin1、Vin2与数据采集卡的数字I/O口连接，当Vin1为低电平时，三极管工作在放大区，从而驱动固态继电器。电阻R1，R3为限流电阻，R2为泄放电阻，可提高电路可靠性。 为保证系统的安全性和稳定性，本文利用接近开关作为距离测量单元，通过上下两个接近开关可以控制台面的抬升范围。接近开关电路如图5所示，选用NPN输出型接近开关LR18BN08DNO，输出电压为0 V或24 V，不能直接连接数据采集卡的数字I/O口，因此设计了一个光耦隔离控制电路，光耦隔离模块为TLP521，其发光二极管导通电流最大为50 mA，因此串接一个限流电阻R2来触发TLP521内部的发光二极管，阻值为1.5 kW，发光二极管的通断控制后级的NPN三极管的输出电平。 本文的高度测量单元选用编码器实现。编码器共有四个外接线缆，分别为电压输入、地、屏蔽线和信号输出。由于其是推挽输出，且输出电压为5 V，所以可以与数据采集卡数字I/O直接连接，屏蔽线与机箱外壳连接，降低环境噪声干扰。上位机可以通过计算数字I/O口所接收计数脉冲的个数来计算当前台面高度。 图4. 电磁阀控制电路 图5. 接近开关电路
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user: 4. LabVIEW上位机模块 本文的上位机设计基于LabVIEW软件，主要包括数据采集分析和设备控制两部分功能。 4.1. 上位机数据采集分析 4.1.1. 容差曲线 经典冲击试验多采用国标、国军标、美军标三种标准，这三种标准根据应用场合和冲击条件的不同，分别规定自己的标准冲击波形 [ 5 ] ，图6是国标半正弦容差曲线图。容差曲线图是系统采集数据的参照标准，需要在数据显示界面显示，可通过分段描述函数来绘制标准容差曲线。以图6为例，D为碰撞持续时间，A为最大加速度值，中间虚线波形为标准半正弦波形，上下实线为容差曲线波形，一般设定容差度为20%，积分时间为冲击前0.4 D，冲击后0.1 D，按时间划分分为本底噪声段、起波段、冲击过程段、冲击结束段，其中冲击过程段上容差曲线是正弦波形，下容差曲线为梯形曲线，因此可通过分段函数描述容差曲线。图7为容差曲线设置的程序框图。 4.1.2. 冲击响应谱分析 冲击响应谱分析是一种能模拟损伤的真实性，反映物体固有特性的冲击试验方法，描述的是一系列单自由度系统(固有频率不同)，在相同的冲击激励作用下，其冲击响应的最大值(位移、速度、加速度)与各个系统固有频率之间的关系 [ 6 ] 。所以冲击响应谱是以频率为横坐标，以各个单自由度系统的最大响应值为纵坐标所绘制的曲线图。 图6. 国标半正弦波容差曲线 图7. 容差曲线设置程序框图 冲击实验斜台不变模型 [ 7 ] 的递推公式为 x i = P 0 U i + P 1 U i − 1 + P 2 U i − 2 + q q x i − 1 + q 2 x i − 2 (2) 其中， U i 为输入信号的采样值， x i 为单自由度系统响应， q 1 = 2 exp − ω n ζ cos ( ω n Δ t 1 − ζ 2 ) q 2 = − exp − 2 ω n Δ t ζ (3) 对系统相对加速度响应： P 0 = 1 ω n Δ t [ 2 ζ ( exp ( − ω n Δ t ζ ) cos ( ω n Δ t 1 − ζ 2 ) − 1 ) − E + ω n Δ t ] P 1 = 1 ω n 3 Δ t [ E − ω n Δ t exp ( − ω n Δ t 1 − ζ 2 ) + ζ ( 1 + q 2 ) ] P 2 = − 1 ω n 3 Δ t [ q 2 ( ω n Δ t + 2 ζ ) + ζ q 1 + E ] E = ( 1 − 2 ζ 2 ) exp − ω n Δ t sin ( ω n Δ t 1 − ζ 2 ) 1 − ζ 2 (4) 式中 ω n 为系统的固有频率， Δ t 为采样间隔， ζ 为系统的阻尼比。 为了克服系统固有频率远低于采样频率引起的计算结果误差过大问题，可使用下式增加计算精度： x i = P 0 U i + P 1 U i − 1 + P 2 U i − 1 + x i − 1 + ( x i − 1 − x i − 2 ) + ( q 1 − 2 ) x i − 1 + ( q 2 + 2 ) x i − 2 (5) 在Labview中采用C语言编写冲击响应谱递归算法，程序框图如图8所示。 图8. 冲击响应谱递归算法 4.1.3. 设计要点 1) 本系统冲击过程持续时间较短，为了捕捉更加真实的信号需要选用高采样率，但是高采样率也意味着会捕捉到更多的系统高频干扰信号，因此本系统设置采样率为10 KS/s。 2) 由于冲击是一个碰撞过程，在动能转化成势能的过程中，容易产生振动，此外电路和环境中也存在一定的噪声干扰，为提取有用信号，设置了滤波器模块，可根据实际情况选择合适的滤波器和滤波器参数。 4.2. 上位机控制系统设计 上位机控制系统包括复位按钮，上移/下移按钮，抱剎/释放按钮，冲击按钮等，每个功能都是一系列操作指令的集合，利用索引数组存放这些操作指令，再利用队列操作将这些指令依次执行，从而实现对电磁阀的控制，完成冲击操作。 冲击试验过程存在风险，需要保证严格的安全性和逻辑性。本文控制系统的设计采用生产者/消费者结构，利用while循环和队列操作函数等构成，根据前端数据源的数据类型，生产者循环产生数据，消费者循环负责处理数据。由于每个循环有各自的任务，因此各个进程之间不会互相干扰，从而可以避免试验台失控。
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user: 5. 实验结果及分析 系统采用气缸式波形发生器发生半正弦波形。波形发生器可以使落锤式冲击试验机的台面产生规定的单脉冲波形，半正弦波形适用于模拟线性系统碰撞或减速所引起的冲击响应 [ 8 ] 。根据单自由度阻尼震动原理，冲击试验最大加速度与坠落高度正相关，脉冲时间随着系统阻尼的增加而变长，因此，想要发生小加速度大脉宽冲击波形，需要调节气缸内压强、冲击高度和缓冲垫的厚度。为避免被测物体的“过试验”，本系统利用SolidWorks软件完成冲击试验机的动力学仿真，大致估算冲击试验时的设置高度。 为验证本文设计的测量系统能够准确的采集加速度信号并能正确的分析数据，选用冲击测量控制仪KCL-2000作为参考。在气缸气压0.1 MPa，高度500 mm条件下，系统的加速度–时间曲线如图9所示。 图9. 气压0.1 MPa高度500 mm加速度–时间曲线 在条件不变的情况下进行多次实验，试验结果如表1所示，相比与KCL-2000测量仪，加速度峰值的相对误差为3.8%，脉宽时间的相对误差为−0.7%，且波形发生器和采样系统重复性较好。 Table 1 Air pressure 0.1 MPa height 500 mm test result 试验次数 加速度峰值(g) 脉宽时间(ms) 本系统 KCL-2000 本系统 KCL-2000 1 6.1 6.3 171 170 2 6.2 6.4 171 170 3 6.0 6.3 173 171 表1. 气压0.1 MPa高度500 mm试验结果 改变试验条件，在气缸气压0.1 Mpa，高度1000 mm条件下，试验结果如表2所示，计算可得加速度峰值的相对误差为1.9%，脉宽时间的相对误差为0.2%。 Table 2 Air pressure 0.1 MPa height 1000 mm test result 试验次数 加速度峰值(g) 脉宽时间(ms) 本系统 KCL-2000 本系统 KCL-2000 1 7.1 7.3 170 171 2 7.2 7.3 171 170 3 7.1 7.2 169 170 表2. 气压0.1 MPa高度1000 mm试验结果 两次实验绘制出的冲击响应谱如图10所示，可以看出，在不改变气缸气压，只改变跌落高度的情况下，冲击响应谱均在频率为30 Hz左右时加速度响应达到最大值，即产品在30 Hz频率时会达到最大形变。 图10. 冲击响应谱曲线 在气缸气压为0.16 Mpa，高度2619 mm条件下，试验结果如表3所示。 Table 3 Air pressure 0.16 MPa height 2619 mm test result 试验次数 加速度峰值(g) 脉宽时间(ms) 本系统 KCL-2000 本系统 KCL-2000 1 14.9 15.0 154 155 2 14.8 14.9 155 155 3 14.8 14.9 154 156 表3. 气压0.16 MPa高度2619 mm试验结果 结合以上数据，控制系统能有效控制冲击试验机，测量系统能准确采集加速度信号，绘制可靠的冲击响应谱，并且能够完成5~15 g/100ms以上的冲击试验。
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user: 6. 结论 本文设计了用于载人航空产品冲击测试的小加速度大脉宽冲击试验台。经试验测试，上位机能有效地控制冲击试验台发生5~15 g/100ms以上的小加速度大脉宽波形，传感器滤波电路和LabVIEW软件滤波环节效果明显，能精确测量加速度信号，并绘制冲击响应谱，对被测物体的特性进行分析。该试验台的成功研制，能够满足我国日益增长的军用航空和民用航空需求，推动航天事业的发展。
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user: 摘 要 普遍的观点认为，液滴铺展过程中，表面能参与了粘性损耗。但通过球缺型假设模型进行理论分析，结果表明，铺展过程中系统的内能(分子动能除外)守恒，无损耗，表面能、粘附能和变形能相互转化。粘性耗散的能量来源只可能是系统的机械能。在液滴铺展过程中，表面张力的水平分量做功引发了系统内能的转换，表面张力的垂直分量做功参与了粘性耗散过程。 关键词 :粘性耗散，能量，表面张力，液滴铺展 Copyright © 2018 by author 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 液滴在固体表面接触后的行为是一个研究非常广泛的课题，在不同的初始状态下，会发生铺展、回缩、飞溅、反弹、破碎等现象，其中铺展是最基础的接触行为。液滴在固体表面进行铺展，通常的现象是铺展到最大直径后回缩，振荡，在粘性耗散的作用下逐渐静止。至今人们对液滴铺展的理论研究尚不令人满意，理论结果和实际试验结果有较大差别。 液滴在固体平面铺展过程中的能量转换问题，较少有人详细进行讨论。Chandra和Avedisian [ 1 ]、施明恒 [ 2 ] 认为，液滴耗散能量来源于液滴动能和表面能。廖强等 [ 3 ] 认为，两个液滴碰撞后发生震荡，其粘性耗散来源于液滴聚合后，气液界面面积的减少而释放出的表面能。秦梦晓等 [ 4 ] 认为，在液滴碰撞到固体表面时，液滴的动能转换成表面能被黏性耗散掉。王辉 [ 5 ] 认为，液滴在壁面的振荡是动能、势能、表面自由能的转换过程，并且过程中伴随能量耗散。液滴在铺展过程中，动能和势能减小，转化为表面自由能，并且伴随液滴粘性力造成粘性耗散。当液滴铺展速度降低为零时，液滴达到最大铺展并在表面自由能的作用下回缩。回缩过程液滴高度增大，速度开始增大后减小直至液滴达到最大高度，其中液滴自由能转化为势能，中间过程部分能量由于粘性作用耗散。因为粘性作用造成能量耗散，液滴振荡多个周期后能量降低为零，液滴达到静止状态。 这些讨论代表了在液滴铺展过程能量转换的普遍观点。认为液滴动能和表面能在铺展过程中进行了转化，粘性耗散的能量来源包含表面能。 本文通过模型假设，对液滴铺展过程进行简化，对铺展过程的能量转化进行了详细讨论，认为表面能并没有直接参与动能转化，也没有直接参与粘性损耗，这为纠正现有的铺展过程能量守恒方程提供了新的思路。
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user: 2. 分析模型 液滴铺展过程中与固体表面发生粘附，粘附功表征了粘附现象的自由能转换。在铺展的某个时刻，假设不改变液滴形状而将液滴剥离固体表面，需做的功应为粘附功。 图1. 假设过程状态示意图 液滴在铺展过程中体积保持不变，体积功为零，但在表面张力的作用下发生形变，和固体类似，应有变形能存在。假设液滴为理想弹性体，其变形能应为分子势能的变化引起。 因此，如图1，可以假设一个过程，由液滴的铺展、剥离和回缩构成，液滴经过这一过程恢复原状，系统总能量应守恒。 状态1：曲率为r，密度为ρ，表面张力为γ L 的球型液滴，处于面积为A 1 ，表面张力为γ S 的理想固体平面上方。忽略液滴和固体平面的未接触距离，设液滴的初始动能为零。此时，液滴表面积S 1 和体积V 1 为： (1) V 1 = 4 3 π r 3 (2) 将液滴和固体平面看作一个系统，则系统的总表面能E B 1 为： E B 1 = E S 1 + E L 1 = γ S A 1 + γ L S 1 (3) 过程1 (铺展过程)：状态1的液滴滴落在平面上，在表面张力水平分力的作用下逐步铺展。 状态2：铺展的某一时刻，形成接触角为θ，铺展半径为ω，铺展面积为A 2 的球缺状液滴，该球缺的曲率为R，则状态2时，液滴表面积S 2 、体积V 2 和铺展面积A 2 为： S 2 = 2 π R 2 ( 1 − cos θ ) (4) V 2 = 1 3 π R 3 ( 1 − cos θ ) 2 ( 2 + cos θ ) (5) A 2 = π ω 2 = π R 2 sin 2 θ (6) 固液表面张力为γ LS ，忽略三相接触线线张力，忽略饱和蒸汽压的变化导致的系统化学势的变化。系统的总表面能E B2 为： E B 2 = E S 2 + E L 2 + E L S 2 = γ S ( A 1 − A 2 ) + γ L S 2 + γ L S A 2 (7) 铺展过程中，固液界面产生粘附，能量变化值等于粘附功W N ： W N = ( γ L + γ S − γ S L ) A 2 (8) 假设在铺展过程中液滴的密度ρ保持不变，由质量守恒定律可知V 1 = V 2 ，即： 4 r 3 R 3 = ( 1 − cos θ ) 2 ( 2 + cos θ ) (9) 过程2 (剥离过程)：假想将铺展后的球缺状液滴脱离固体平面，但保持形状不变。根据热力学第一定律可知，此时系统内能的变化等于粘附功，因此可以认为在状态2时，系统在固液界面上储存了相当于粘附功的能量，记为粘附能E N = W N 。 状态3：过程2形成的液滴系统的总表面能E B 3 为： E B 3 = E S 3 + E L 3 = γ S A 1 + γ L ( S 2 + A 2 ) (10) 过程3 (回缩过程)：球缺状液滴在表面能的作用下收缩成球状，恢复到状态1，此时系统的总表面能E B 4 = E B 1 。状态3的表面能恒大于状态1，过程3中表面能逐步减小。对液体变形能而言，无限平面液滴内部变形能最小，球型液滴的内部变形能最大，因此，在过程3中，液滴的变形能在逐步增加，其变形能E X 满足： E X 3 − E X 1 = E B 1 − E B 3 = γ L ( S 1 − S 2 − A 2 ) (11)