DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 结果与讨论 3.1. X-射线衍射(XRD)分析 图1为GO和0%、1%、5%、10%、15%石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的XRD图。依图可看出，GO在10.3˚显示了氧化石墨(001)晶面的特征峰，纯TiO 2 于25.24˚、37.83˚、48.08˚、53.92˚和55.09˚依次表现出Anatase TiO 2 的(101)、(004)、(200)、(105)以及(211)晶面，与PFF卡片21-1272完全吻合。对比rGO/TiO 2 的衍射峰发现，不同石墨烯含量的复合物中10.3˚处GO(001)晶面的特征峰消失，而且rGO/TiO 2 的衍射峰与TiO 2 相似，仍属于纯Anatase结构。与纯TiO 2 相比，rGO/TiO 2 样品的衍射峰强度相对减小。这表明在强碱水热环境中GO被还原为石墨烯，且石墨烯掺杂并不改变TiO 2 的晶相结构，与文献报道相符 [ 9 ] [ 10 ] 。但是，较多含量的石墨烯却可轻微覆盖TiO 2 的部分生长位点，使其生长不完全而导致衍射峰强度降低 [ 11 ] 。因此，在rGO/TiO 2 样品中，石墨烯含量为5%时复合物5% rGO/TiO 2 的衍射峰尖锐、强度大，其结晶度较好。 3.2. 能谱(EDS)分析 图2为0%，5%石墨烯含量的rGO-TiO 2 样品的EDS图。通常为了增加测试效果，在测试前对样品进行60s喷Pt操作，会出现Pt元素信号。对比a和b可知，Anatase TiO 2 较纯，只含有Ti与O两种元素，而5% rGO-TiO 2 样品另外含有C元素。这表明石墨烯与二氧化钛复合成功。 3.3. 扫描电子显微镜(SEM)分析 图3为GO与0%、1%、5%、10%、15%石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的SEM图。图中GO呈透明 (a) GO， (b) 0， (c) 1%， (d) 5%， (e) 10%， (f) 15%. 图1. GO和不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的XRD图 图2. 不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的EDS谱 图3. GO和不同石墨烯含量的 rGO/TiO 2 样品的 SEM图 褶皱状，TiO 2 为均匀分散的棒状结构。在不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 复合物中，GO的褶皱状消失且快速脱氧还原成薄片状石墨烯(rGO)，而TiO 2 由棒状转变为纳米小颗粒。这表明GO被还原后部分的缺陷结构得以恢复，用于修饰TiO 2 使复合物的粒径减小。其次，样品1% rGO/TiO 2 的薄片状结构不明显，随着石墨烯掺杂含量的增加，TiO 2 粒子明显负载于薄片状rGO表面。其中石墨烯含量为5%时，TiO 2 颗粒于片状rGO表面呈均匀分布。而石墨烯掺杂含量过多时，10% rGO/TiO 2 样品与15% rGO/TiO 2 样品的TiO 2 粒子在rGO表面表现出部分重叠、聚集现象。 3.4. 拉曼光谱(Raman)分析 图4为GO与0%，5%石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的Raman光谱图。由图发现，GO的D、G峰依次位于1325 cm −1 和1600 cm −1 ，其衡量缺陷密度的强度比I D /I G 为1.13。TiO 2 样品于151 cm −1 的O-Ti-O振动峰以及197、637 cm −1 的拉曼峰均属于Anatase TiO 2 的E g 振动模。而396 cm −1 显示了Anatase TiO 2 的B 1g 拉曼峰，516 cm −1 为A 1g 与B 1g 的重合振动模。由此说明TiO 2 样品为纯锐钛矿相，与3.1中XRD结果一致。其次，与TiO 2 相比，5%石墨烯含量的rGO/TiO 2 不仅持有Anatase TiO 2 的A 1g + 2B 1g + 3E g 拉曼峰，还表现出石墨烯的D、G特征峰，这进一步证实了石墨烯与TiO 2 的复合，且石墨烯掺杂不改变TiO 2 晶型结构。但5% rGO/TiO 2 样品的I D /I G 值减小到1.06，这主要归因于碱性水热环境中，GO表面部分-OH、-COOH的还原使碳材料的缺陷程度减小。再者，5% rGO/TiO 2 样品于396、516、637 cm −1 的拉曼峰强度稍有降低，这是由TiO 2 粒子与石墨烯的少量重叠造成的 [ 12 ] 。 3.5. 氮气吸附脱附分析 图5为0%，5%石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的氮气吸附–脱附图。参照IUPAC分类标准，从图可以看出纯TiO 2 与5%石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的等温线相似，均属于IV型且有H2型滞后环。这与无机氧化物介孔材料的等温线一致，表明样品中存在介孔结构 [ 13 ] 。但与TiO 2 相比，5% rGO/TiO 2 复合物的 图4. GO和不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的Raman谱 比表面积从53.48 m 2 ·g −1 增大到71.06 m 2 ·g −1 。这是因为石墨烯本身的比表面积较大，即使较少量掺杂也可使复合物的比表面增大。 3.6. 交流阻抗(EIS)分析 图6为0，5%石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的EIS谱。在EIS谱中，半圆代表电极/电解质界面的电 图5. 不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的N 2 吸附脱附曲线 图6. 不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的EIS谱 荷转移阻抗，斜线代表离子扩散阻抗。半圆直径越小，电子迁移率越高；而直线越倾斜，离子的扩散程度越大 [ 14 ] 。由图可知，样品的EIS谱均包括高频区的半圆和低频区的斜线组成。而且受材料自身赝电容的影响，谱线与Z′轴有较小的截距。与TiO 2 相比，5% rGO/TiO 2 的半圆直径减小，直线斜率增大。这表明导电性较高、比表面积较大的石墨烯与TiO 2 复合会加快电子的扩散、迁移速率，使5% rGO/TiO 2 的复合阻抗减小。 3.7. 光催化性能分析 图7为0%、1%、5%、10%、15%石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品对MB的光催化降解图。对比图中数 据可以发现，不同石墨烯掺杂量的rGO/TiO 2 样品对MB的光催化活性均大于纯TiO 2 ，且随石墨烯复合含量的增加，样品的光催化效率先增加而后减小。这是因为光催化过程中：(1)零带隙石墨烯持有较高的电子迁移率，它作为电子受体与TiO 2 发生耦合，可加快电子的迁移进而促进TiO 2 光生电子-空穴对的分离，使TiO 2 的光催化活性提高 [ 15 ] [ 16 ] 。(2)薄片状石墨烯修饰TiO 2 形成了比表面积增大，粒径减小的复合物。这使污染物与光催化剂更充分的接触，进一步改善了TiO 2 的光催化活性 [ 17 ] 。(3)过量的石墨烯不光会覆盖TiO 2 的部分活性位点，还易于生成颗粒分布不均的团聚产物，不利于增强TiO 2 的光催化活性。因此，适量的石墨烯掺杂可最大程度地改善TiO 2 的光催化活性。即石墨烯含量为5%时，结晶度较好、分散均匀的5% rGO/TiO 2 复合物的光催活性提高到86.3%，光催化性能最佳。
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user: 4. 结论 本文采用碱性一步水热法在180℃低温控制合成了不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 复合物，并通过XRD、SEM、Raman、Nitrogen adsorption-desorption等技术和光催化降解亚甲基蓝溶液(MB)测试，分析了石墨 图7. 不同石墨烯含量的rGO/TiO 2 样品的光催化降解图 烯及其含量对TiO 2 结构、形貌和光催化性能的影响。实验表明，适量的石墨烯掺杂不仅可增强污染物与光催化剂的有效接触，还可作为电子受体促进TiO 2 电子–空穴的分离，使TiO 2 的光催化活性提高。其中石墨烯含量为5%的rGO/TiO 2 持有结晶度好、粒径减小、比表面积增大、电荷迁移加快等优点，它对MB的光催化活性提高到86.3%，光催化性能最佳。这开拓了碳材料改性TiO 2 研究的新思路，并为绿色光催化剂的开发提供了一种可靠方法。
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user: 摘 要 目的：为适度调整农林产业结构，提高农林经济增长点。方法：以折干率、浸出物、多糖和三萜含量为指标对林下和农田两种模式栽培下的黄精品质进行全面的比较。结论：林下栽培黄精和农田栽培黄精质量无显著差异。 关键词 :黄精，林下栽培，农田栽培，品质 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 黄精为百合科植物多花黄精(Polygonatum cyrtonema Hua)、滇黄精(Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl.)或黄精(Polygonatum sibiricum Red.) 的干燥根茎。按其不同的根性，可将其称为姜形黄精和大黄精或鸡头黄精。黄精药用价值较高，具有能够补气养阴，润肺，健脾，益肾等功效。并且在我国的中医药专著中具有显著的记载，可被用于治疗脾胃气虚，胃阴不足，劳嗽咳血，肺虚燥咳，精血不足，体倦乏力，腰膝酸软，口干食少，内热消渴，须发早白等病症 [ 1 ] 。 随着我国退耕还林和封山绿化政策的出台与实施，农村产业结构的调整亟待解决，在不破坏植被的情况下，对林下作物的大力种植发展已成为当今农民和林业管理部门等的新的经济增长点。本实验对比研究了林下和农田两种栽培模式下黄精折干率、浸出物、多糖及三萜类成分等理化指标的变化特性，为确定黄精适宜采收期和产业化种植模式提供参考。
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user: 2. 实验用品 2.1. 实验材料 黄精(Polygona-tum sibiricum Red.)，采自位于中国农业科学院特产研究所的药用植物实验基地(吉林市左家镇)：采集时间从2017年8月15日开始采收样品，每15天采集1次，共采集4次。见表1。 2.2. 试剂与仪器 试剂：无水甲醇、无水乙醇、浓硫酸、冰醋酸、高氯酸、乙酸乙酯，蒽酮(固体)香草醛(固体)等均为分析纯试剂，蒸馏水；D-无水葡萄糖对照品(来自中国生物药品检定所)，齐墩果酸对照品(来自中国生物药品检定所)。 仪器：索氏回流提取器、分析天秤(Mettler)、紫外/可见光分光光度仪(德国耶拿分析仪器股份公司)，水浴锅等其它仪器。 Table 1 Schedule of sample collection of Polygonatum sibiricu A B A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 采集时间 8.01 8.15 8.30 9.14 8.01 8.15 8.30 9.14 表1. 黄精样品采集时间表 注：样品A为林下栽培黄精，样品B为农田栽培黄精。
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user: 3. 实验方法 3.1. 折干率的测定 采集林下栽培黄精和农田栽培黄精的根茎，去除其中杂物，然后冲洗干净，再用蒸馏水清洗三遍，沥干水分，称重；然后置于50℃电热鼓风机中烘干，待烘干至恒重，称其烘干后重量，计算黄精折干率。见表2。 3.2. 浸出物的测定 取烘干至恒重后黄精的样品，粉碎，过筛，即为供试品。 水溶性浸出物的测定：精密称定约4 g供试品，放置于200~250 ml的具塞三角瓶中，精密加入100 ml蒸馏水进行冷浸，先进行时时振摇6 h，然后将其静置18 h，冷浸后用干燥的滤器进行迅速的过滤，除去初滤液，精密量取20 ml滤液，将其置于干燥至恒重的蒸发皿中，于水浴锅上进行蒸干，然后在105℃的电热鼓风机中干燥3 h拿出，置干燥器中冷却30 min，迅速精密称定其重量。 以所得的干燥品的重量分别计算两种供试样品中的水溶性浸出物的含量(%)。 而对于醇溶性的浸出物来说，其测定的方法参照于水溶性的浸出物的提取方法。最终结果见表3。 3.3. 黄精多糖的测定 制备对照品溶液：精密称取适量的D-无水葡萄糖对照品，加入蒸馏水配制成浓度为0.24 mg/ml的溶液，即得。 制备0.1%的硫酸蒽酮溶液：精密称取0.1 g蒽酮于烧杯中，加入100 ml浓硫酸使其溶解。 绘制标准曲线：分别精密量取对照品溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 ml，将其置于10 ml的具塞试管中，各加入蒸馏水至2.0 ml，然后迅速的精密加入6 ml的0.1%硫酸蒽酮溶液，即刻摇匀；静置15分钟后，并立即置于冰中冷却15分钟，以蒸馏水做空白对照，使用紫外-可见光分光光度仪于625 nm的 Table 2 The results of the determination of dry rat 林下黄精(A) 农田黄精(B) 鲜重(g) 干重(g) 折干率(%) 鲜重(g) 干重(g) 折干率(%) A1 213.47 36.99 17.33 B1 321.43 63.96 19.90 A2 235.83 45.16 19.15 B2 225.65 45.51 20.17 A3 302.92 61.31 20.24 B3 275.68 63.99 23.21 A4 256.96 59.29 23.07 B4 236.9 61.57 25.99 表2. 折干率测定结果 注：林下黄精A4、农田黄精B4的折干率最高，分别为23.07%、25.99%。 Table 3 The results of determination of the extract 林下黄精(A) 农田黄精(B) A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 水溶性(%) 55.75 58.78 60.33 66.08 50.16 52.23 55.25 59.03 醇溶性(%) 3.89 4.07 4.44 4.70 7.55 8.03 8.31 9.52 表3. 浸出物测定的结果 注：林下黄精A4的水溶性、醇溶性浸出物的含量较高，分别达到了66.08%、4.70%；而农田混啊干净同样也是B4的浸出物的含量较高，分别为59.03%、9.53%。 波长处测定其吸光度，以溶液的浓度作横坐标，其吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。如图1所示，所得到的回归曲线方程为y = −0.019 + 0.0386x。 制备供试样品溶液分别取不同时期采收的林下黄精A和农田黄精B的样品粉末约2 g，精密称定，置于圆底烧瓶中，加蒸馏水60 ml放置1 h后，利用索氏提取进行加热回流4 h，趁热过滤，并用少量的热水洗涤滤器和滤渣，然后将滤渣及过滤纸置于圆底烧瓶中，再次加入蒸馏水60 ml，进行第二次加热回流。3 h后趁热滤过，合并两次的滤液，置于水浴上加热蒸干，待完全蒸干后，其残渣用5 ml热蒸馏水溶解，然后向其中缓慢地滴加75 ml无水乙醇，并且不断搅拌、摇匀使其混合完全，然后将其放在4℃冰箱中放置12 h；在转速为3000 rm/min的情况下，离心5 min，弃去上清液，其沉淀物用热蒸馏水溶解，并将其转移至50 ml的容量瓶中，放冷后，加蒸馏水定容至刻度，摇匀；取适量的溶液，再离心，精密吸取上清液3 ml，置于25 ml的容量瓶中，加蒸馏水定容，摇匀，即得。 测定供试样品溶液对于各供试品精密量取溶液1 ml，置于10 ml的具塞试管中，按照上面的标准曲线制备项下的方法，自“加入硫酸蒽酮试液”开始，测定其吸光度，从标准曲线上读出其葡萄糖的含量，然后计算其样品的多糖含量，即得。结果见表4。 图1. 多糖：标准试验系统结果曲线 Table 4 The results of determination of polysaccharide 林下黄精(A) 农田黄精(B) A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 含量(%) 7.33 7.47 7.91 8.16 6.94 7.16 7.57 8.03 表4. 多糖测定的结果 注：林下黄精A4、农田黄精B4的多糖含量较高，分别为8.16%、8.03%。 3.4. 黄精中三萜类物质的测定 制备对照品溶液：精密称取适量齐墩果酸对照品，加入甲醇配制成0.2 mg/ml的溶液，即得。 配置香草醛冰醋酸溶液：精密称取0.5 g香草醛，加入冰醋酸使其溶解，定容成10 ml，即得。 绘制标准曲线 分别精密吸取对齐墩果酸照品溶液0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1 ml，置于10 ml的具塞试管中，于通风厨中加热挥干，待其完全放冷后，精密量取0.2 ml新配制的香草醛冰醋酸溶液，0.8 ml高氯酸，迅速地摇匀，放置于70℃水浴中加热15 min，立即拿出置于冰中冷却5分钟，取出后精密加入4 ml乙酸乙酯，摇匀，以相应试剂作空白对照，使用紫外-可见光分光光度法仪，于546 nm波长处测定其吸光度，以已知溶液的浓度作横坐标、其吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。如图2所示，所得到的回归曲线方程为：y = −0.2082 + 0.0494x。 制备供试品溶液：分别精密称取约2 g样品的粉末，置于具塞锥形瓶中，加入50 ml乙醇，超声处理(功率140 W，频率42 kHz) 45 min，过滤，用适量无水乙醇，分次洗涤滤器和滤渣，将其滤液、洗液并入100 ml的容量瓶中，加无水乙醇定容至刻度，摇匀，即得。 检测样品：精密量取0.2 ml的供试品溶液，将其置于10 ml的具塞试管中，照绘制标准曲线项下的方法，即自“挥干”起，进行同法操作，测定其吸光度，从标准曲线上读出其齐墩果酸的含量，然后计算其样品的三萜类物质的含量，即得。结果见表5。
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user: 4. 实验结果 由测定结果表2~5可知，林下栽培黄精与农田栽培黄精相比较，9月中旬采收的样品(A4、B4)其折干、浸出物、多糖和三萜均具有较高的水平。见表6。 图2. 三萜：标准试验系统结果曲线 Table 5 The results of determination of the three terpenoid 林下黄精(A) 农田黄精(B) A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 含量(%) 0.65 0.74 0.79 0.83 0.69 0.71 0.82 0.94 表5. 三萜类物质测定结果 注：林下黄精A4、农田黄精B4的三萜类物质的含量较高，分别是0.83%、0.94%。 Table 6 The result of determination of various parameters of A4 and B 样品 折干率(%) 浸出物(%) 多糖(%) 三萜(%) 醇溶性 水溶性 A4 23.07 4.70 66.08 8.16 0.83 B4 25.99 9.52 59.03 8.03 0.94 表6. A4、B4各参数测定水平 由表6提示，A4样品的折干率、醇溶性的浸出物和三萜类物质成分含量均低于B4，而水溶性的浸出物和多糖的含量均高于B4，且差异不显著。因此，其林下栽培的黄精与农田栽培的黄精内在质量并无较大差异。
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user: 5. 实验结论 综合以上结果，为了适应我国退耕还林及天然林的保护政策，在不影响其粮食生产及粮食安全的前提下，我们可以适度地调整农村产业结构，进行林下种植黄精，将可能成为农村和农林业新的经济增长点，带动农村地区的经济快速、健康的发展。
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user: 摘 要 以正己烷为提取溶剂，采用气相色谱–质谱联用法(GC-MS)鉴定出水稻三叶期叶片6种单萜类化合物和2种倍半萜类化合物。针对鉴定出来的8种化合物建立靶向定量代谢组方法，采用多反应监测(MRM)的质谱方法对水稻三叶期叶片中的6种单萜类物质及2种倍半萜类物质进行定量分析。结果表明，倍半萜trans-金合欢醇的含量在这8种化合物中含量最高(10359.1 ± 117.7ng∙g −1 FW)，同时也是水稻叶子中单萜倍半萜类化合物的主要组成成分。 关键词 :水稻，单萜，倍半萜，气相色谱–质谱联用，多反应监测 Copyright © 2017 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 次生代谢产物是指生物体内一大类并非生长发育所必需的小分子有机化合物。次生代谢是生物长期进化中对生态环境适应的结果，因此次生代谢产物的产生和分布通常有种属、器官、组织、和生长发育的特异性 [ 1 ] 。植物次生代谢产物是次生代谢产物中很大的一类，这些丰富种类的化合物在医药、农业和工厂生产中扮演了很重要的角色 [ 2 ] 。萜类化合物是已知植物次生代谢产物中种类最多的物质，目前已经在植物中发现了超过15，000种的各种萜类物质。很多萜类物质具有重要的医药价值，例如从黄花蒿中提取出来的倍半萜类化合物青蒿素是目前有效的抗疟药，红豆杉中提取出来的二萜类物质紫杉醇是常用的抗癌药物 [ 3 ] [ 4 ] 。因此对植物次生代谢产物萜类物质的研究一直以来都是研究的热点。 水稻是我国主要的粮食作物之一，对于其产量以及抗逆相关的研究一直是东南亚乃至世界学者们的研究热点 [ 5 ] 。已有的研究表明，挥发性萜类物质如单萜倍半萜在主要的农作物例如水稻、玉米中具有间接防御的作用，这些易挥发的香气物质可以吸引害虫天敌从而起到保护自身的目的 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。而对于这些易挥发的单萜倍半萜类物质在植物体内的功能研究却寥寥无几。我们以水稻叶子为材料建立了并优化了一种测定体内单萜倍半萜的方法，成功检测到了水稻三叶期叶片中的8种单萜倍半萜类化合物，并对这8种化合物进行了定量分析，为接下来单萜倍半萜在植物体内功能的研究奠定了基础。
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user: 2. 仪器与材料 2.1. 仪器 Shimadzu TQ8040三重四级杆气相色谱–质谱联用仪，METTLER电子分析天平，Retsch MM400磨样机。 2.2. 试剂 8种萜类化合物标准品均购自美国Sigma公司；正己烷为色谱纯(Sigma)；其它试剂均为分析纯。
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user: 3. 方法 3.1. 色谱条件 色谱柱：Rtx-5MS capillary column (5% diphenyl/95% dimethyl siloxane， 30 m × 0.25 mm inside diameter， 0.25 mm film thickness， GL science)；流动相：高纯氦气；He流速：0.8 mL/min；进样方式：不分流进样；进样量：1 μL；进样口温度：250℃；柱温箱温度：50℃；柱温箱升温程序：50℃保持1 min，然后以5℃/min升温至300℃，保持5 min。 3.2. 质谱条件 溶剂延时时间：3 min；EI源：70 eV；离子源温度：200℃；连接杆温度：250℃；检测器电压：0.9 kV (TIC)，1.6 kV (MRM)；全扫描方法：Q3 Scan m/z 45-300；MRM方法：RT 5-14 min Ch1 m/z 93.00 > 73.10，CE 10 eV。RT 14-30 min Ch1 m/z 69.00 > 53.10，CE 10 eV。 3.3. 样品制备 采用溶剂提取法，以纯正己烷为溶剂制备样品 [ 10 ] 。取新鲜水稻三叶期叶片0.1~0.2 g，置于2 mL EP管中，迅速放入液氮速冻。用磨样机磨碎后，按0.1 g/700 μL的比例加入正己烷，每隔10 min剧烈震荡10 s，共3次，置于4℃冰箱过夜。第二天4℃冷冻离心13，000 g 10 min，取上清微孔滤膜过滤至进样瓶待测。
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user: 4. 结果与分析 4.1. 水稻叶子代谢样全扫描分析 我们首先对样品进行了全扫描分析，质谱碎片(m/z)扫描范围为45-300。TIC峰图如图1所示，对该图进行提取质谱分析，分别提取69与93这两个单萜倍半萜特征碎片，对提取出来的峰进行库(NEST)比对，找到了8种萜类物质(图2)。其中6种单萜类物质分别为α-蒎烯(RT 7.1 min)、β-月桂烯(RT 8.6 min)、柠檬烯(RT 9.8 min)、罗勒烯(RT 10.3 min)、芳樟醇(RT 11.8 min)、香叶醇(RT 16.1 min)，2种倍半萜类物质分别为trans-橙花叔醇(RT 24.3 min)和trans-金合欢醇(RT 27.9 min)。为进一步验证物质鉴定结果，我们购买并测定了以上8种物质的标准品(图3)，通过对比保留时间及二级碎片，发现上述8种物质的鉴定结果完全正确。 4.2. MRM方法的建立及优化 基于四级杆质谱的扫描特点，全扫描虽然能收集到更多的碎片信息，利于物质的鉴定，但是由于背景碎片的影响，对于物质的定量尤其是低含量物质的定量略显不足。MRM是基于三重四级杆质谱的一种扫描方法，这种扫描方法通过对一级碎片的筛选、进一步中性裂解、裂解后二级碎片的再次筛选来进行物质的扫描，所以这种方法具有灵敏度高、准确度高、重现性好的优点，非常有利于物质的定量。针对我们所检测到的8种萜类化合物，选取特异性高、丰度高的69和93这两个母离子进行碎片离子扫描，并对其碰撞能量进行优化(图4)，找出最适宜的离子对及其所对应的CE能量。 4.3. 水稻叶子代谢样MRM定量分析 GC方法不变，设定MS的MRM方法为93.00 > 77.10 (CE 10 eV) RT 5~14 min，69.00 > 53.10 (CE 10 eV) RT 14~30 min。重新对水稻叶子代谢样进行测定，并对混合标准品进行测定，对水稻叶子中8种萜类化合物进行定量分析(表1)。其中，倍半萜trans-金合欢醇的含量在这8种化合物中含量最高(10359.1 ± 117.7 ng∙g −1 FW)，为水稻叶子中单萜倍半萜类物质的主要成分(74.93%) (图5)；单萜香叶醇为含量最高的单萜类物质(797.4 ± 6.9 ng∙g −1 FW)。
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user: 5. 结论 本研究通过建立一种MRM的方法，成功对水稻叶片中的8种易挥发单萜倍半萜类物质进行定量检测，其中的主要成分金合欢醇是一种重要的生物活性物质或活性物质中间体，也是重要的高级香料之一 [ 11 ] 。已有的研究表明，玉米在被害虫咬食后其金合欢醇的挥发量有明显的上升 [ 12 ] ，表明金合欢醇很有 图1. 水稻叶片总离子图 图2. 水稻叶子中的8种单萜倍半萜类物质。1. 芳樟醇 2. 香叶醇 3. α-蒎烯 4. β-月桂烯 5. 柠檬烯 6. 罗勒烯 7. trans-橙花叔醇 8. trans-金合欢醇 图3. 8种单萜倍半萜类物质混合标样的总离子图 图4. MRM碎片能量优化图。CE碰撞能量Relative intensity相对强度 图5. 水稻叶子中单萜倍半萜的组成成分 Table 1 List of monoterpene and sesquiterpene compounds in rice leave 化合物名称 含量(ng∙g −1 鲜重) 芳樟醇 16.2 ± 7.6 香叶醇 797.4 ± 6.9 α-蒎烯 186.5 ± 26.1 β-月桂烯 80.8 ± 34.1 柠檬烯 755.9 ± 302.4 罗勒烯 586.7 ± 137.5 trans-橙花叔醇 1042.0 ± 252.4 trans-金合欢醇 10359.1 ± 117.7 表1. 水稻叶子中单萜和倍半萜类物质含量表 Values are means ± SE of three replicates. Three leaf blades were used per 1 replicate. 一共有3个生物重复. 每个生物重复中含3片叶子。 可能参与了植物受害虫侵食过后的一系列抗逆反应。同时金合欢醇在自然界中具有广泛的资源分布，主要存在于植物的花、叶子和种子的精油中，尤其是在中草药植物中具有较高的含量，是中草药植物重要的活性成分之一，可用于精神抑制药和防癌抗癌药物等 [ 13 ] 。本文通过对水稻叶片中单萜倍半萜的检测及定量，建立了稳定性重现性好的挥发性萜类物质检测方法。同时在研究过程中发现金合欢醇为水稻叶片中的主要单萜倍半萜类物质，暗示了它在水稻的一系列抗逆反应中可能起到了很关键的作用，后续将围绕金合欢醇在水稻抗逆中的作用展开研究。
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user: 摘 要 本文设计并开发了一种基于ARM + CPLD的三相无刷直流电机模型参考自适PI调速控制系统：由CPLD芯片实现无刷直流电机的换相与方波驱动、快速故障保护，兼具电机转子机械转速实时测量功能；由ARM芯片实现模型参考自适应PI控制算法。ARM与CPLD之间通过SPI总线接口实现全双工通信，两块芯片联合工作实现电机转速的精确控制。通过Simulink仿真和实际试验，验证了该驱动控制系统硬件结构和控制算法的有效性。采用的模型参考自适应PI控制算法，提高了无刷直流电机闭环负反馈控制的鲁棒性，使得电机参数或者电机负载发生变化时，在不重新整定PI参数的前提下，闭环控制系统依然能够保持良好的控制性能。 关键词 :无刷直流电机，模型参考自适应，仿真模型，鲁棒性，ARM，CPLD 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 无刷直流电机(BLDCM)具备直流电机优越的调速性能，伺服性能强，又取消了碳刷、滑环等结构所带来的各种问题，使得电机本身不附加励磁损耗和机械损耗，节电率很高 [ 1 ] ，非常适合应用于对用电量要求较为严苛的场合，例如，风电变桨控制系统所使用的变桨电机，或者是电动汽车所用驱动电机，就可以采用无刷直流电机，既可以达到优越的控制性能，又可以最大限度的可节省用电量，从而有效促进新能源产业的发展。 采用双芯片的控制结构，使得两块芯片各司其职，由CPLD负责无刷直流电机的换向与方波驱动，充分发挥了其硬件逻辑快速响应的优势，使得电机发生故障时能够实现快速保护；由ARM实现模型参考自适应PI控制算法，当电机的自身参数发生变化或者出现负载扰动时，模型参考自适应PI控制算法相较于传统的PI控制算法，有着更强的鲁棒性。两块芯片协同工作，确保电机安全、可靠、平稳运行。
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user: 2. 系统总体设计 系统的硬件结构如图1所示，三相无刷直流电机的驱动电路为三相全桥电路，电机的额定工作电压为24VDC，电机内置三相霍尔传感器用于转子位置检测。CPLD芯片5M240ZT100I5N主要实现电机的换相驱动和PWM调速，以及电机的快速故障保护，包括过压和过流保护等，还具备电机转子机械转速的实时测量的功能；ARM芯片STM32F100为主控制器，片内实现模型参考自适应PI控制算法，与CPLD配合实现转速双闭环控制。 ARM与CPLD通过SPI总线接口进行全双工通信。具体的通信机制是：ARM向CPLD发送控制字来，再由CPLD按照通信协议进行解析，进而控制电机的转速、转向和制动等，每一次下发控制字的同时CPLD上传当前的电机转速或位置信息给ARM。 闭环控制结构为双闭环串级控制系统，外环为转速环，内环为电流环，充分发挥了串级控制系统快速响应的优点；闭环控制算法的选择，摒弃了传统的增量式PI控制算法，而是采用了模型参考自适应 图1. 系统硬件结构图 PI算法，提高了直流无刷电机双闭环负反馈控制的鲁棒性，使得电机参数或者电机负载发生变化时，闭环控制系统依然能够保持良好的控制性能。
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user: 3. 三相无刷直流电机数学模型 本文涉及的三相无刷直流电机的转子结构为隐极式结构，定子绕组为星型连接。 无刷直流电机的电压方程的矩阵形式可以具体表示为 [ 2 ] [ u a u b u c ] = [ R a 0 0 0 R b 0 0 0 R c ] [ i a i b i c ] + [ L a M a b M a c M b a L b M b c M c a M c b L c ] d d t [ i a i b i c ] + [ e a e b e c ] (1) 式中： u a ， u b ， u c ——每相定子绕组的相电压(V)； R a ， R b ， R c ——每相定子绕组的电阻(Ω)； i a ， i b ， i c ——每相定子绕组的相电流(A)； L a ， L b ， L c ——每相定子绕组的自感(H)； M a b ， M a c ， M b a ， M b c ， M c a ， M c b ——两相定子绕组之间的互感(H)； e a ， e b ， e c ——每相定子绕组的反电动势(V)。 由于电机的三相定子绕组完全对称，所以有 R a = R b = R c = R (2) 因为直流无刷电机的转子结构形式为表面粘贴式的隐极结构，所以我们可以认为，电机的绕组电感一个常量，不随着时间的变化而变化。由于电机的定子三相绕组是结构完全相同而且对称摆放的，因此每相绕组的自感是相等的，两相绕组之间的互感也相等，可以取L，M，令： L a = L b = L c = L M a b = M a c = M b a = M b c = M c a = M c b = M (3) 则式(1)可以改写为 [ u a u b u c ] = [ R 0 0 0 R 0 0 0 R ] [ i a i b i c ] + [ L M M M L M M M L ] d d t [ i a i b i c ] + [ e a e b e c ] (4) 由于三相电流满足 i a + i b + i c = 0 (5) 式(4)可进一步简化为 [ u a u b u c ] = [ R 0 0 0 R 0 0 0 R ] [ i a i b i c ] + [ L s 0 0 0 L s 0 0 0 L s ] d d t [ i a i b i c ] + [ e a e b e c ] (6) 其中 L s = L − M 。 与大多数的物理系统相类似，在分析直流无刷电机的转矩和功率的时候，也可以采用能量转换的方式。电机在运行的过程中从电源吸收电功率，这些功率一部分转化电机的铜耗和铁耗，另一部分转化为机械驱动传递给转子，这部分功率就是电磁功率，它在数值上等于各相绕组的反电动势和电流的乘积之和，即 [ 2 ] ： P e = e a i a + e b i b + e c i c (7) 不计转子的机械损耗和其他损耗，电机输出的电磁功率能够全部转化为转子的动能，所以机械功率可以表示为： P e = T e ω (8) 式中： T e ——电磁转矩(N.m)； ω ——电机的机械角速度(rad/s)。 由式(7)和式(8)得 T e = e a i a + e b i b + e c i c ω (9) 要想能够构成一个完整的机电系统数学模型，除了上述推导出的电机的电压方程和转矩方程，还需要引入电机的运动方程 [ 2 ] ， T e − T L = J d ω d t (10) 式中： T L ——负载转矩(N∙m)； J ——转子的转动惯量(kg)。
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user: 4. 驱动逻辑设计 如图2所示为三相无刷直流电机的驱动主回路。六个MOSFET的标号为M1~M6，的开关驱动信号由CPLD给出，三相霍尔传感器的输出脉冲信号接入CPLD的I/O引脚，CPLD片内逻辑首先对这三路脉冲信号进行整形，整形的目的是为了滤除脉冲信号上叠加的干扰信号。然后对应于整形后的脉冲信号组合，根据表1所示的真值表给出MOSFET的开关驱动信号。 表1所示的真值表适用于所有内置三相霍尔传感器的三相无刷直流电机。可以看出，任意时候，仅有两个MOSFET导通，也就是说，图2中所示三相全桥逆变电路为120˚导通型逆变电路，三相无刷直流电机在任意时刻仅有两相定子绕组通有电流，第三相定子绕组为悬空状态。 ARM片内程序，基于模型参考自适应PI控制算法，计算出控制量，然后通过SPI总线下发给CPLD，CPLD接收后按照通信协议解析，将控制量转化成对应占空比的方波信号，即PWM信号。CPLD基于表1确定了当前时刻应该导通的2个MOSFET，上桥MOSFET的驱动电平为常高，下桥MOSFET的驱动信号为PWM信号。开环控制下，电机转速满足式(11)： 图2. 三相无刷直流电机驱动主回路 Table 1 True value table of three-phase brushless DC motor commutation driv 状态编号 霍尔(U、V、W) 电机转向 控制信号M1~M6 1 101 正转 100100 2 100 正转 100001 3 110 正转 001001 4 010 正转 011000 5 011 正转 010010 6 001 正转 000110 1’ 101 反转 011000 2’ 100 反转 010010 3’ 110 反转 000110 4’ 010 反转 100100 5’ 011 反转 100001 6’ 001 反转 001001 表1. 三相无刷直流电机换相驱动真值表 n =     PWM_Duty_Ratio ⋅ n 0 (11) 其中， n 0 为电机的额定转速，转速n与PWM信号的占空比 PWM_Duty_Ratio   成正比关系。 CPLD的片内逻辑还能够实现电机转子机械转速的实时测量，其硬件逻辑框图如图3所示。 具体实现方式是：CPLD接收到电机内置三相霍尔传感器的输出脉冲后，首先进行信号调理，也就是前述的脉冲整形。将整形后的脉冲信号作“异或”运算，可以得到频率与转子机械转速成正比的方波信号，然后基于传统的“T法测速”原理，在CPLD片内设计一个20 kHz的时基脉冲信号，也就是图3中的“基准时钟”。通过计算计算“异或”后得到的方波信号相邻两个上升沿之间的20 kHz时基脉冲信号的个数 N ，然后通过CPLD片内的D触发器，在D触发器的时钟上升沿，将计数值 N 通过SPI总线上传给ARM，ARM片内程序即可按照式(12)计算出当前电机的转子机械转速。 Rotor_Speed = 1 N / 20000 ⋅ 3 ⋅ p ⋅ 60 (12) 式(12)中， Rotor_Speed 为电机的转子机械转速， p 为电机的极对数， Rotor_Speed 的单位是rpm。图3中的“时间计数”时序图如图4所示。 图3. CPLD片内转子机械转速实时测量逻辑框图 图4. 时间计数逻辑的时序图 CPLD芯片的片内逻辑本质上属于“硬件逻辑”，其响应延时仅为逻辑门电路的输出延时，因此可以实现电机的快速故障保护。图1中所示的“电压电流检测”电路，首先将电压/电流传感器的输出信号转化为电压信号，然后接入两路电压比较器，电压比较器的输出接入CPLD的I/O引脚。只要有一路电压比较器的输出为高电平，CPLD接收到之后就会立刻封锁图2中6个MOSFET的驱动信号，起到保护电机的作用。
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user: 5. 控制算法设计 模型参考自适应控制在直流无刷电机控制系统中的应用主要的有三种：基于状态反馈的设计方法，基于信号自适应的设计方法，基于参数估计的设计方法 [ 3 ] 。本系统采用的基于信号自适应的控制算法，而这一控制算法正是通过ARM来实现的。 5.1. 基于信号自适应的设计方法 取直流无刷电机双闭环控制系统的状态方程为 x ˙ = A x ( t ) + B u ( t ) (13) 其中 x ( t ) ∈ R n 可测， u ( t ) ∈ R m ， A ∈ R n × n ， B ∈ R n × m 是常系数矩阵。取参考模型的状态方程为 x ˙ m = A m x m ( t ) + B m r ( t ) (14) 其中 A m ∈ R n × n 是一个常系数且稳定的矩阵， B m ∈ R n × m 是一个常系数矩阵， r ( t ) ∈ R m 是一个可选的、有界的、分段连续的参考输入。 控制系统的理想性能可以理解为直流无刷电机的双闭环控制的状态矢量 x ( t ) 能够跟踪参考系统给出的状态矢量 x m ( t ) 。 定义跟踪误差 e ( t ) = x ( t ) − x m ( t ) (15) 由式(13)，(14)和(15)可得 e ˙ ( t ) = x ˙ ( t ) − x ˙ m ( t ) = A m e ( t ) + σ ( t ) − b u A ( t ) (16) 其中 σ ( t ) = ( A m − A ) x ( t ) + ( b m − b ) r ( t ) 。 取Lyapunov函数为 [ 4 ] [ 5 ] V = 1 2 e T P e (17) 其中 A T P + P A = − Q ， Q 是一个正定矩阵。 对式(17)求导，得 V ˙ = e ˙ T P e + e T P e ˙ (18) 将式(16)带入上式得 V ˙ = − e T Q e + 2 e T P σ − 2 e T P b u A (19) 取信号自适应控制律为 [ 6 ] u A ( t ) = h ⋅ s i g n ( v ( t ) ) v ( t ) = d T e ( t ) ，     d T = b T P ，     P = P T > 0 (20) 其中 v ( t ) 是通用误差表达式， d T 误差加权系数向量， P 是对称的正定矩阵，且满足 A m T P + P A m = − Q ， Q = Q T > 0 。 由式(19)、(20)得 V ˙ = − e T Q e + 2 e T P σ − 2 e T P b h ⋅ s i g n ( b T P e ( t ) ) (21) 为了使 V ˙ < 0 ，我们就要合理地取 h 值使 h > σ ，这样才能保证系统的稳定性 [ 7 ] 。 5.2. 参考模型的选取 取参考模型系统的传递函数为 G ( s ) = k 1 s 2 + k 2 s + k 3 (22) 相应的状态方程为 ( x ˙ 1 ( t ) x ˙ 2 ( t ) ) = ( 0 1 − k 3 − k 2 ) ( x 1 ( t ) x 1 ( t ) ) + ( 0 k 1 ) r ( t ) (23) 对应式(14)可知， A m = ( 0 1 − k 3 − k 2 ) ，   B m = ( 0 k 1 ) (24) 5.3. 自适应控制率的计算 取 [ 8 ] Q = m ( 1 0 0 1 ) (25) 其中m为可变的正数，参考模型(22)的参数选择为 k 1 = 6.6 ，     k 2 = 3.3 ，     k 3 = 6.6 (26) 则根据式(20)可以计算出 P = m ( 7 5 3 40 3 40 69 400 ) ，     b = ( 0 20 3 ) (27) u A ( t ) = h ⋅ s i g n ( m ( 1 2 23 20 ) e ( t ) ) (28)
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user: 6. Simulink仿真 图5为三相无刷直流电机的模型参考自适应PI调速控制系统结构图，被控参数是电机的转速。 对应于图5，得到图6所示仿真模型。 对应于式(20)，取 h = 3000 ，   d T = ( 120                   12 ) ，基于图6所示的模型，分别在电机参数变化和电机负载变化两种情况下进行仿真，给定转速均为3000 rpm。图7为电机的转动惯量发生变化时的转速响应曲线，图8为电机的定子绕组电阻值发生变化时的速度响应曲线，图9为电机的负载发生变化时的速度响应曲线。 图5. 三相无刷直流电机模型参考自适应PI调速控制系统结构图 图6. Simulink仿真模型 图7. 电机转动惯量变化时的速度响应 图8. 电机定子绕组电阻值发生变化时的速度响应 图9. 电机负载发生变化时的速度响应 由仿真结果可以看出，模型参考自适应PI控制算法能够保证当电机自身参数或者电机负载发生变化时，闭环负反馈系统仍能够保持较好的控制性能。
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user: 7. 试验结果与分析(开环 + 闭环) 表2为试验所用三相无刷直流电机参数。 7.1. 开环试验结果 图10为电机开环调速试验时，上桥PWM驱动信号占空比分别10%和20%的情况下，示波器抓取的U相桥路的上、下桥MOSFET的驱动信号。 图10. 电机开环调速上、下桥MOSFET驱动信号波形 7.2. 闭环试验结果 图11为电机转速闭环控制响应曲线，给定转速为1000 rpm，控制算法为模型参考自适应PI控制算法。在试验的过程中，当电机的转速达到稳态后，多次施加了负载扰动，由试验结果可以看出，当负载扰动出现时，电机转速会发生小幅波动，随后在控制算法的调节作用下，最终达到稳态1000 rpm，从而验证了模型参考自适应PI控制算法的有效性，也验证了这种基于ARM + CPLD的硬件架构的可靠性。 图11. 电机转速闭环控制时的速度响应曲线 Table 2 Parameters list of moto 符号 参数 值 P m 额定功率 110 W V m 额定电压 24 VDC T m 额定转矩 0.35 N∙m ω m 额定转速 3000 rpm p 极对数 4 R p p 定子绕组电阻 0.85 Ω T C 转矩常数 0.11 N∙m/A 表2. 电机参数列表
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user: 8. 总结 本文详细介绍了一种基于ARM + CPLD的三相无刷直流电机模型参考自适应PI调速控制系统，由CPLD实现换相与方波驱动、快速故障保护和电机转子机械转速实时测量功能，由ARM实现模型参考自适应PI控制算法。双芯片联合控制实现电机精确的转速闭环控制，充分发挥了硬件架构与模型参考自适应PI控制算法的优越性。
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user: 摘 要 磨料射流与电火花复合加工技术是一种用来提高工件加工质量和加工效率的新型加工技术，射流流体在喷嘴内流场和喷嘴出口处的速度分布对工件加工过程会产生重要影响。通过建立喷嘴内流场的有限元模型和改变喷嘴入口尺寸和入口速度，本文研究了喷嘴工作液入口尺寸、磨料入口尺寸、喷嘴出口尺寸、工作液入口速度、磨料入口速度对喷嘴内部流场和喷嘴出口处速度分布的影响，结果表明：随着工作液入口尺寸和磨料入口尺寸的增加，喷嘴出口处速度值都会增加，但速度分布均匀性却相应变差；喷嘴出口尺寸的增加，会导致喷嘴出口处速度值的降低，但速度分布均匀性变化不大；低速时，磨料入口速度增加对喷嘴内部流场的速度分布状况影响不大，而高速时影响较大；对于不同的工作液入口速度，喷嘴内部流场的速度分布大致一致，速度较大部分主要分布在工作液入口与喷嘴出口连线下部区域。本文的研究结果可用于优化喷嘴的内部几何结构。 关键词 :喷嘴，有限元模型，磨料射流，流场速度分布 Copyright © 2017 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 与传统机械加工方法相比，在加工高强度高硬度材料、微型结构、微小孔时，电火花加工方法具有很大优势，但其加工效率和加工质量仍然不能很好地满足工程应用的要求 [ 1 ] 。因此，国内外学者针对这一问题，从加工工艺上进行了许多研究，提出了超声振动辅助电火花加工方法 [ 2 ] 、磁力辅助电火花加工方法 [ 3 ] [ 4 ] 、电火花磨削加工方法 [ 5 ] 等复合加工方法。复合电火花加工方法在去除工具电极和工件间的杂质、增加工作液的循环速度等方面对电火花加工效率和加工质量产生重要影响。 磨料水射流加工方法是通过磨料和水混合成高压流体，以一定速度冲蚀工件表面，达到加工目的 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。本文提出了磨料射流加工与电火花加工相结合的复合加工技术——磨料射流与电火花复合加工技术，该技术通过射流流体取代传统电火花加工的工作液，利用快速的流体对工件加工表面进行冲蚀，以提高工件表面的加工质量和加工效率。磨料射流流体射入加工区域之前，要在喷嘴内进行混合，混合后以一定速度冲蚀工件表面，达到加工的目的。磨料与工作液在喷嘴内流场速度的分布情况，对工件表面的加工过程会产生重要影响。因此，需要对喷嘴内磨料与工作液的流场速度分布进行研究。 对于高压水射流喷嘴流场的数值模拟，许多学者进行了研究。沈娟 [ 9 ] 设计了五种不同流线的喷嘴流道，并建立了相应的固液二相流模型，研究了喷嘴主要参数对喷嘴内部压力和流场速度的影响。通过建立磨料水射流喷嘴系统的有限元模型，康磊 [ 10 ] 对喷嘴内部的流场进行了数值模拟研究，得到了喷嘴内部结构参数对射流的影响规律。基于CFD多相流欧拉模型，刘国勇等 [ 11 ] 通过喷嘴内部流场速度矢量图分析了3种进料方式下高压水与磨料的作用机理，并通过磨料体积分数云图比较了流场的均匀性。基于Euler-Lagrange方法和Discrete Particle模型，Long等 [ 12 ] 研究了喷嘴内磨料的运动情况，结果表明长管道能减少粒子的圆周运动。基于计算流体力学软件，Nie等 [ 13 ] 研究了高压磨料水射流喷嘴内外流场的分布，研究过程中选用了湍流模型和SIMPLE算法，结果表明流体冲击范围是喷嘴直径的2到7倍。总之，喷嘴几何结构参数对流场速度的影响 [ 9 ] [ 10 ] [ 13 ] 、喷嘴内部磨料运动情况和均匀性 [ 11 ] [ 12 ] 等都得到了研究，但对于磨料射流与电火花复合加工技术所需要的喷嘴，其入口与出口速度要比传统高压高速的磨料水射流加工的入口和出口速度均小得多，在相同喷嘴内部结构情况下，磨料与工作液入口速度不同，会得到不同的喷嘴内部流场速度分布。 所以，通过建立喷嘴内部流场的有限元模型，在不同的入口尺寸和入口速度条件下，本文研究了喷嘴内部流场速度分布情况，得到了喷嘴入口尺寸和入口速度对喷嘴内部流场速度的影响规律，为磨料射流与电火花复合加工技术喷嘴的结构优化设计提供理论参考。
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user: 2. 计算模型 2.1. 磨料射流与电火花复合加工技术原理 图1给出了磨料射流与电火花复合加工技术的原理图。从图中可以发现，该加工技术主要由电火花加工和磨料射流加工两大部分组成。磨料通过搅拌器和输送管进入喷嘴，然后和高压流体混合后喷向电火花加工工具电极和加工工件之间的加工区域。工具电极与工件之间的放电加工通过伺服机构、脉冲电源等进行驱动和控制。图2给出了磨料射流与电火花加工技术对应的加工区域示意图。从喷嘴喷出的磨料与工作液混合物，对工件表面具有冲蚀作用，会对电火花放电加工后的表面进行二次加工，提高加工效率和加工质量。需要说明的是，可以选择导电颗粒作为磨料，以改变电火花工作液的介电系数。 2.2. 湍流流动的理论基础 喷嘴内流体的流动，是一种典型的湍流流动。湍流流动复杂，许多学者对湍流流动机理进行了系统深入研究，提出了很多模型，其中K-ε双方程模型得到了广泛应用，其基本方程组为 图1. 磨料射流与电火花复合加工技术原理图 图2. 电火花加工区域示意图 { ∂ ρ ∂ t + ∂ ρ v j ∂ x i = 0 ∂ ρ v i ∂ t + ∂ ρ v j ∂ x i = − ∂ P ∂ x j + ∂ ∂ x j [ μ e ( ∂ v j ∂ x j + ∂ v i ∂ x i ) ] − ρ g i β T ∂ ( ρ k ) ∂ x j + ∂ ( ρ v j ) ∂ x j = ∂ ∂ x i ( μ e ε k ∂ k ∂ x j ) + P k + P b − ρ ε ∂ ρ ε ∂ t + ∂ ρ v k ε ∂ x k = ∂ ∂ x k ( μ e ε k ∂ ε ∂ x j ) + ε k ( c ε 1 P k − ρ c ε 2 ε ) + c ε 3 ε k P k (1) 其中，第一个方程为连续方程；第二个方程为动量方程；第三个方程为动能方程；第四个方程为动能耗散率方程。v k 、v i 、v j 为速度分量，单位为米/秒(m/s)；P、P k 和P b 均为压力，单位为帕(Pa)；ρ为密度，单位为千克/立方米(kg/m 3 )；μ e 为粘性系数；x i 、x j 为坐标分量；k为湍流动能，ε为湍流动能耗散率。方程(1)是一个复杂的偏微分方程组，需要通过数值方法对它进行求解，常用的数值方法有有限体积法、有限差分法、有限元法等等，本文通过选用Ansys-Fluent中的SIMPLE算法进行求解。 2.3. 喷嘴内流场有限元计算模型 本文的研究基于Ansys workbench软件，在DesignModeler中建立几何模型，然后在Meshing [ANSYS CFD]中进行网格划分，最后在Fluent中进行计算。通过这样的计算平台，在修改喷嘴几何尺寸后，计算系统自动生成有限元计算模型，不需要重复进行网格划分、边界条件设置等繁琐的步骤，大大提高了效率。参考相应的水射流喷嘴几何模型 [ 8 ] ，本文采用的喷嘴内部结构如图3所示。 图4给出了喷嘴网格划分示意图，选用的网格类型是四边形网格。在计算过程中，选用Mixture固液模型，湍流模型为k-epsilon (2 eqn)模型。主相为工作液，第二相为磨料。工作液入口和磨料入口设置为速度类型的边界条件，对于不同的速度，可以得到不同的喷嘴内部流场速度分布。