冰雪是我国北方特有的自然现象。关于东北大尺度冰雪分布[1]，北方河流小尺度浮冰的漂流规律[2]及浮冰对桥墩等结构物的作用[3]均有一定成果报道。结冰河流和湖泊冰下水环境研究也有报道[4]，但它的精细分层采样测试受到水深和采水器分层的限制。本文所研究的冰下分层采水器是一种一次性采集不同深度冰下水样的仪器。目前已经成型的冰下分层采水器模型由于采水器内部设有许多隔板，它对水在仪器内部的流动产生影响。而使用冰下分层采水器的目的是获取某一层没有被干扰过的水样。为验证采水器模型的设计合理性，本文根据原有设计尺寸利用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件Fluent对采水器内部水体流动进行数值模拟。通过改变不同参数的取值得到一系列数值模拟结果，并对模拟结果进行后期处理分析，最终得出最优的设计方案。

1 原尺寸模型的数值模拟

原尺寸采水器模型一共有40层，由于第一层以后，流场分布相同，所以仅采用3层简化模拟采水器。在Fluent前处理软件Gambit中生成采水器模型的计算域，并对计算域进行网格划分，得到.msh文件。 在Fluent前处理软件Gambit中生成采水器模型的计算域时，需要对计算域进行网格划分[5]，涉及到网格步长的设置。为验证网格步长与所得流场图无关，设置网格步长分别为0.5、0.8、1、2 mm的实验组进行对比(图1)，实验结果显示，网格步长不同时，涡流所占总体积比例保持在49%左右，上下浮动不超过1%，故认为网格步长与流场图无关。将.msh文件导入Fluent，设置流体的进口速度为v=0.01 m/s，进行计算。利用后处理软件Tecplot得到采水器内部流场图(图2)。该流场图建立在k-ε模型模拟计算结果的基础上，可真实反映采水器内部的复杂流动[6-11]。

  

图1 网格无关性验证 Fig.1 Grid independent verification

  

图2 原模型尺寸示意图Fig.2 Original model size diagram

图2中曲线表示水流在仪器内的流线，箭头表示水流方向，闭合曲线表示水体进入仪器后形成涡流(涡流滞留在当前位置，不再向上流动，涡流部分就是该层水样被干扰的部分)。根据图2定义以下参量，两个圆环形隔板之间的距离，即每一层的高度记为h，圆形盖板距离上方隔板的距离记为z，采水器半径记为r。涡流区域主要表现为隔板的尾流区域和盖板的尾流区域。以涡流体积占总体积的比例表示涡流影响的大小。

利用CFD软件Fluent和后处理软件Tecplot可得到不同情况下采水器内部的二维流场图，将二维流场图内涡流面积旋转一周得到的旋转体体积即为涡流体积。为方便计算做以下设定，将采水器半径r=100 mm时的二维流场图宽度统一设置为876 pi，锁定高宽比，从而得到不同层高同一比例下的二维流场图。利用Photoshop软件对流场图进行网格划分，采水器半径r=100 mm的二维流场图被划分为62竖列，行数由层高决定。此时，每个二维流场图均被若干小网格划分，且每个小网格边长相同。由于采水器直径为200 mm，且被分成62格，故每一个网格的边长为3.23 mm。设小网格边长为1，则每个小网格面积S1为1，以此算出来的体积乘以比例系数3.233则为真实体积。通过不同半径得到的二维流场图，其宽度像素值按照其半径r与原始模型半径r=100 mm的比例计算。

从最外部到仪器中心线对每一竖列编号，分别是1～31。第i列小网格中心距离仪器中心线的距离为Ri。第i列上每个小网格经旋转后，所形成的旋转体体积相同，故数出第i列中涡流所占小网格数即可计算出该列涡流面积，从而计算该列涡流体积。

从图11可以看出级联型串联方式下，不控整流输出电压出现毛刺，而对毛刺进行傅里叶变换将会得到某些谐波，这种情况主要由于网端电源换向所致，为下一阶段通过加装滤波器进行滤波，使整流电压波形更为理想提供了思路。

总体积：

 

即：

(1)

式中R为仪器半径;SD为仪器底面面积;SP为仪器剖面面积。

图5、图6中还设置了z=0.5h时的对照组，当盖板距离隔板越来越近时，涡流体积所占比例是下降的。考虑实际情况，盖板到隔板的距离至少需要20 mm以便粘贴橡胶条进行密封封闭，故采用z=20 mm。

 

即：VZ=2πrSJ

两组患者在出院时空腹血糖值比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；出院后3个月时，两组空腹血糖值比较，差异具有统计学意义（P＜0.05），见（表1）。

变电站改造期间，临时供电模式的建设需要根据具体的工程进行，因此，临时模式具有多变形和灵活性，施工单位可以根据每次临时供电模式建设的效果积累经验，在不同的工程中，不断探索、不断改进，弥补不足，发掘更好的临时供电模式系统[4，5]。

(2)

式中SJ为旋转面面积；VZ为旋转体体积；VW和VN分别为旋转面外侧和内侧形成的旋转体体积；r为旋转面中心到旋转轴的距离；RW和RN分别为旋转面外侧边缘和内侧边缘到旋转轴的距离。

根据上述涡流体积计算方法可以得出的涡流体积变化趋势(图5和图6)。

随着非洲猪瘟病毒影响范围的不断扩大，这一疾病在我国国内也受到更多的关注，为避免这一病毒在我国进一步扩散，对猪的养殖以及其他普通消费者生命健康带来的影响，针对这一疾病的流行方式、防控办法以及带来的风险进行研究非常有必要。结合现状分析，我国大部分养殖人员对于非洲猪瘟已有初步的认识，但对于具体防控工作的展开，由于对这一疾病的作用方式、致死概率等的了解不深入，相关人员在防控工作展开中经常会出现掉以轻心甚至敷衍了事的现象。一旦非洲猪瘟在我国养殖市场中的影响范围不断扩大，那么必然会对猪的养殖及贩卖等带来极大的打击[1]。

Vi=2πRiS1

(3)

第i列涡流形成的旋转体体积：

由图8可见，与未改进工艺的实验组相对比，侧挡板1实验组、侧挡板2实验组和侧挡板、上锥、下锥组合实验组的涡流体积比例均减小，上锥实验组和下锥实验组的涡流体积比例略有增大。其中，侧挡板2实验组的涡流体积比例减少最多，从原来的42.95%降低到27.75%，实验效果最好。未改进工艺实验组和侧挡板2实验组的流场对比见图9。由图9可见，侧挡板2实验组的涡流区域明显减小；上锥实验组和下锥实验组的流场对比见图10，其中上锥实验组隔板后的涡流区域相比于未改进工艺实验组和下锥实验组稍有增大。

Vj=nVi

(4)

涡流总体积：

(1)在O D I S-E工程师软件右侧菜单“0 1 0数据传输”(图19)，点开菜单前面三角，双击“010.01写入数据记录”(图20)。

 

(5)

当z=20 mm时，由图5、图6可见，涡流体积占总体积的比值随着层高的增加，先升高后下降。原因是，刚开始增加层高时，涡流体积也随之增加，且在h<100 mm时，涡流体积增加速度大于总体积增加速度，二者比值呈增长趋势；当h>100 mm时，涡流体积增加速度减小且小于总体积增加速度，二者比值呈下降趋势。 当层高h≥300 mm时，涡流的绝对体积开始趋于稳定，此时再增加层高h对涡流区域几乎没有影响，故此后的实验将建立在层高h=300 mm的基础上进行。

m=V1/V

(6)

2 不同参数条件下的数值模拟与结果分析

2.1 层高h、盖板与隔板间距z对涡流区域的影响

保持采水器半径r=100 mm不变，使圆形盖板处于距采水器每一层上隔板20 mm处，即z=20 mm，改变层高h，观察该情况下，层高h对涡流体积所占总体积比例的影响。

共设置了5组不同高度数据，z=20 mm时，h=50、100、300、500、750 mm，图3和图4为h=50、100、300、500 mm的流场图。

  

图3 h=50 mm(左)、h=100 mm(右)流场图Fig.3 Flow field with h=50 mm (left) and h=100 mm(right)

  

图4 h=300 mm(左)、h=500 mm(右)流场图Fig.4 Flow field with h=300 mm (left) and h=500 mm(right)

第i列一个网格形成的旋转体体积：

旋转体体积(假设旋转面为正方形)：

  

图5 涡流体积随层高变化Fig.5 Change of vortex volume with the height

  

图6 涡流体积所占比例随层高变化Fig.6 Change of vortex volume proportion with the height

涡流所占体积比列：

2.2 工艺改进对涡流区域的影响

由上述分析可知，涡流区域主要集中于采水器盖板和隔板的尾流区域，在采水器盖板和隔板处由于流体流动的转角很大，流动分离的尾流影响区域也较远。故做以下猜想：若改变流体流动的转角，使转角变小，流态也将随之缓和，尾流的影响区域减小。因此，在此猜想的基础上进行工艺改进，改变采水器流道,并进行数值模拟。流道设置示意图见图7。

图7的流道改变类型分为：①在采水器的盖板上方添加一个上锥；②在盖板下方添加一个下锥；③在采水器隔板下游一侧添加侧挡板。上下锥的高度结合之前的算例设置为10 mm，使其小于原来涡流区域的高度。侧挡板的高度结合之前的算例设置为120 mm，使其恰好等于原来涡流区域的高度，由于侧挡板的空间可调度较大，故增设一组高度60 mm的对照组。综上所述，工艺改进系列的实验设置分为5组，上锥1组，下锥1组，侧挡板2组(侧挡板1高度为60 mm,侧挡板2高度为120 mm)，上锥、下锥和侧挡板组合1组。实验结果见图8。

仪表电缆绝缘层的厚度主要与导体的截面积、耐压等级、绝缘材质等有关，绝缘层厚度应不小于所选用电缆相关标准的规定。绝缘层还作为仪表电缆绝缘线芯的识别标识，通常采用阿拉伯数字、标准颜色来区分多芯电缆的不同线芯或标明线芯的功能。

施工机械设备的调试和试运行应选择对桥面施工影响较小的场地进行，并确保机械设备处于最佳工作状态。为提升施工质量，钢纤维混凝土必须符合技术指标要求，并尽量减轻不必要的振动。结合桥梁工程实际情况选择适宜的混凝土铺筑方式，不同施工区域应采用不同的铺筑方式。

  

图7 流道设置示意图Fig.7 Flow path setting diagram

  

图8 不同工艺改进下涡流体积比例对比Fig.8 Comparison of Vortex Volume Proportions under Different Process Improvement

  

图9 未改进工艺组(左)侧挡板2组(右)Fig.9 Unimproved process group (left) Side baffle 2 (right)

  

图10 上锥组(左)下锥组(右)Fig.10 Upper cone (left) Lower cone (right)

2.3 采水器半径r对涡流区域的影响

在层高h不变，改变采水器半径r将影响采水器总体积的变化，导致采水器重量的增加或减少。由于原采水器的重量适合现场的实际操作，故采水器半径不做太大的变化。仅研究以原采水器半径为中心，上下浮动20 mm的涡流体积变化规律。设置采水器半径为80 mm和120 mm的实验组与采水器半径为100 mm的实验进行对比，在满足该系列实验要求的前提下简化实验，取层高h=300 mm，隔板下游侧不加侧挡板。

采水器半径在80～120 mm，涡流体积比例随隔板内径的增大而增大(图11)。当采水器半径r=80 mm时，涡流体积比例在此系列实验内达到最小，为38.19%。

3 最优设计方案

综合以上实验可得出最优设计方案，即取层高h=300 mm，采水器半径r=80 mm，在采水器隔板下游侧添加高度为120 mm的侧挡板。根据最优设计方案进行数值模拟，对该方案得到的二维流场图处理之后，计算的涡流体积比例仅占25.10%。将该计算结果与工艺改进系列实验中的侧挡板2实验组、采水器半径r系列实验中r=80 mm实验组的实验结果分别进行比较，该计算结果均小于另两组实验结果，可验证该设计方案为基于目前实验的最优设计方案。根据最优设计方案可得相应的流场图(图12)和实验数据(表1)。

锁相环在相位锁相方面的精确度建立在较高信噪比上,但锁相环并不能有效地提取出高噪声背景下的微弱信号。然而在感应式磁力仪的数据处理中,我们需要对未知频率的微弱信号进行频率锁定并进行信号恢复,因此,我们引入卡尔曼滤波进行信号处理算法研究。

  

图11 涡流体积比例随采水器半径r变化趋势Fig.11 Vortex volume proportions changes with radius of the water harvester

  

图12 最优设计方案流场图Fig.12 Optimal design flow diagram

 

表1 实验数据

 

Table 1 Experimental data

  

模拟条件层高h/mm50300500750工艺改进侧挡板1侧挡板2上锥下锥组合采水器半径r/mm80100120最优设计方案涡流体积比例/%4991429525631720355427754848437529363819429549462510

4 结 论

通过CFD软件Fluent对采水器内部水体流动进行数值模拟,得到采水器的内部流场图，并利用Photoshop软件对流场图进行处理，计算涡流体积所占总体积的比例。在此基础上，利用CFD软件Fluent建立不同的采水器模型，以完成对采水器的优化设计，得到最优设计方案为：取层高h=300 mm，采水器半径r=80 mm，在采水器隔板下游侧添加高度为120 mm的侧挡板。

致谢：本文得到李志军教授，王庆凯、曹晓卫、祖永恒博士研究生和徐梓俊硕士研究生的悉心指导，在此表示衷心感谢。感谢第9届“全国冰工程”学术研讨会推荐。

在以时间为轴线的历史长河中，中国建筑与中国陶艺不仅在各自领域高度发展而且相互有着密切的交汇融合。而随着建筑与陶艺在新时期的进一步发展与繁荣，两者将会产生更多样、更丰富的交流与新生。这也将吸引更多的陶艺家投身此中，为我们带来更加多元化的审美享受。

参考文献：

在《三国演义》中，地名、人名比较多，在普及本的文字过录中，会涉及繁体字、异体字、古今字等的选择甄别问题。在我们所考察的文本中，多有谬讹非当之处。

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[3] 李志军，张丽敏.冰对水工结构物作用力的物理模拟-Ⅳ.冰对结构物挤压作用力模拟实例[J].黑龙江大学工程学报，2012,3(1):1-6.

SPS是利用软组织应力松弛的原理治疗关节挛缩的新方法，该方法将挛缩的关节两端肢体保持在一定的角度(较AROM增加5～10°)，随着牵伸时间的延长，关节周围软组织内所承受的应力逐渐减少，此后进一步增加关节的牵伸角度,如此重复进行使得关节活动范围不断增加[13]。近年来，SPS广泛被应用于关节僵硬的治疗中，其中关于JASTM这类SPS支具的研究报道较多，其临床疗效亦被有效地证实[14-17]。

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