温度变化规律范文

2024-05-15

温度变化规律范文（精选11篇）

温度变化规律第1篇

红外热成像技术作为非接触方式广泛应用到无损检测领域。红外检测快速、准确、安全的特点,使其在电路故障检测中的应用研究不断深入。目前,利用标准热像图与故障热像图的差分运算[1],已经可以诊断并定位故障。经过大量的红外检测实验我们有两个发现:一是这种绝对温度判别法的精度受到诸多因素(如环境温度、风力、热对流、检测时机等)的影响,会增加误判的几率;二是电路在工作过程中,其温度随时间的变化相对固定,有规律可循。本文尝试利用电路温度变化的这种规律进行故障检测。

1 红外热成像检测电路的原理

一般物体的红外辐射功率与物体表面热力学温度的4次方成正比,与物体表面的辐射率成正比。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律,灰体辐射能量的计算公式为E=εσT4,其中ε为物体表面辐射率,σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数,T为物体的绝对温度。由焦耳-楞次定律可知,当有电流流动时,电路中的耗能元器件将会产生一定的热量[2]。这个热量通过传导、对流和辐射三种方式与外界交换。根据以上两个定律,当对电路施加激励时,电路中的耗能元器件就会具有相应的工作温度。

从硬件上讲,电路故障主要是指电路和元器件的故障。电路故障一般分为短路、开路和接触不良;元器件故障主要指早期失效、由有关事件引发的故障和耗损报废。电子电路内部的物理机理通常涉及电流流动,而电流流动本身必然产生热。由于电路和元器件的热特性与电流流动密切相关,故元器件工作时的温度可以有效、可重复地反映它们的工作状态[6]。

众所周知,元器件的大多数故障都与热有关。即故障可以由过度发热引起,以及故障会导致元器件过度发热;同样存在因故障而不发热(如开路)的情况,因此不发热本身也可能揭示故障或功能失常[3]。

电路中的耗能元件和电流回路在工作状态时的温度变化最为显著,并且也是故障的多发区域。在同一种工作状态下,电路的温度是一个连续变化的过程,直到温度饱和。利用红外热像仪对整个电路进行非接触的温度扫描,就可以得到该电路的热像图。如果元器件发生故障,则电路热像图与正常工作时的热像图就会产生差异,通过这个差异就可实现电路故障的诊断。

2 故障判别方法

利用红外成像技术诊断电路故障,通常是用电路有故障时拍摄的热像图与电路正常工作时所拍摄的热像图(事先采集整理好)相比较,根据两者差异判断可能的故障部位或故障器件。在故障出现时根据维修保障需要现场采集的,因此,拍摄的故障热像图会受到多个因素的影响,主要有:

(1)环境温度。因为季节和地域的差异,拍摄故障热像图时的环境温度可能与标准热像图的相差达数十度,文献[4]给出了环境温度误差的影响。

(2)检测角度,即热像仪镜头平面与检测面的角度。红外辐射率与角度是有关系的,通常检测角度在小于30°时对检测结果的影响较小。

(3)检测距离,即热像仪镜头与待测面的距离。因为红外线在空气中的衰减很小,同时在电路检测时,一般距离在1m内,为了提高精度只需要保持多次检测的距离一致。

(4)检测时机。电路在线工作达到一定时间后温度会达到饱和,检测时机选择不当会错过故障发生过程或贻误故障暴露最明显的时刻[5]。

利用电路的温度变化规律来诊断电路故障可以较好地克服以上因素的影响。从电路工作开始,其耗能元件和电流回路的温度是逐步变化的。在同一种工作状态下,当温度相对饱和时,就趋近于一个定值。利用红外热像仪,从电路工作开始到温度相对饱和为止,以固定的时间间隔拍摄热像图。取出所关心区域或器件的温度数据,绘制时间/温度曲线图。通过对电路正常和故障时的时间/温度曲线图进行比较,即可诊断电路故障与否。

3 实验举例

选取某设备分机中的一块电路板。我们用转接板或连接线将待测电路板转接到分机外部,这样做一是在加电后减少相邻电路板对待测电路板的温度辐射,二是可以固定热像采集的距离和角度。

3.1 实验准备

检测设备是美国Fluke公司生产的Ti50型红外热像仪。主要参数如下:

(1)探测器:60Hz,320x240,焦平面阵列(FPA),氧化钒(VOX)非制冷微辐射计

(2)光谱带:8~14μm

(3)热敏度:≤0.050℃(30℃时)

(4)电子缩放:2x

(5)数字显示屏:5英寸高分辨率,320x240,日光可读彩色液晶显示屏(LCD)

(6)标准光学元件:20mmf/0.8锗视场-水平x垂直(提供可选镜头),空间分辨率(IFOV):1.3mrad,最小焦距0.15m

(7)校准温度范围:范围1=-20℃~+100℃(-4℉~+212℉),范围2=-20℃~+350℃(-4℉~+662℉)

(8)准确度:±2℃或±2%

(9)操作温度:-10℃~+50℃(14℉~122℉)

(10)可见光有效像素:1280(水平)1024(垂直)

固定热像仪,让其镜头平面正对待测电路板,保证检测时每次拍摄的距离和角度相同。根据检测环境的空间条件,在本次实验中检测距离选取50 cm。

3.2 实验电路

实验电路板为某设备的电源分配电路。图1为待测电路板的PCB图

故障设置:图1下方的P1根据实验的需要将会换上对应过载和开路的故障器件进行热像采集。

3.3 实验过程

标准热像图的采集。从加电(此时电路板的初始温度近似于环境温度)开始,每隔4秒拍摄一幅热像图,拍摄30幅热像图。图2给出第一幅(左)和第六十幅(右)热像图,需要说明的是,由热像仪直接采集的热像图是彩图,考虑到出版要求这里给出的热像图是对原图进行了灰度处理后得到的。

图2正常工作时第一幅(左)和第六十幅(右)热像图(参见右栏)

故障热像图的采集。将待测板上的P1更换成相应有故障器件。重新加电,按照上面的方法也拍摄30张热像图。图3给出故障状态下第一幅(左)和第六十幅(右)热像图。P1开路时温度仅有微小变化,限于篇幅不给出热像图比较。

3.4 实验分析

由测温软件取出图2、图3中白框区域内(即器件P1在热像图中占据的区域)的温度数据,包含区域内最高、最低温度和区域的平均温度。器件的内部结构决定了温度在其中的分布是不均匀的。本实验需要的是温度随时间变化的情况,因此选取了器件的最高温度作为实验数据。从拍摄的热像图中取出正常工作和故障时对应时刻的P1的最高温度,用MATLAB绘制曲线,如图4、图5。

图4中曲线y1表示为P1正常工作时的温度缓慢升高趋于某一值。曲线y2显示随着时间的变化P1温度迅速升高,说明器件内部的电流发生了变化,可以判断故障与P1相关。图5中曲线y3只有微小变化(受到周围器件的热辐射而升温),远小于曲线y1的变化幅度,可以判断故障与P1相关。

3.5 实验结论

根据温度变化曲线判别出的可能故障器件与实验设置的故障器件是一致的,因此利用红外热成像技术检测电路板的温度变化来诊断故障是可行的。相对红外热像图的差分检测方法,温度变化曲线能够更好地诊断出温度细微变化的故障。由图5可以看出P1开路时和正常工作时温度仅相差3℃,随着不断的热辐射,温差还会缩小,这时用差分法得出的结果就不太明显了。特别是当整幅热像图中高低温差很大的时候,较小的温度变化就很难被差分法诊断出来。

4 结束语

近几年来,"状态维修"已经取代预防性定期维修成为国际上研究的热点。基于红外温度变化规律诊断电路故障的方法正是从"状态维修"的角度出发来研究问题的,它能够分别利用器件从完好到故障过程中的不同状态下的温度变化规律来诊断器件的当前状态,方法新颖,而且具有一定的实用价值。该方法还需要进一步完善的方面有:a.完善温度数据的自动采集手段;b.细化电路红外温度变化规律的数学统计方法;c.合理地设置温度变化曲线的判决门限。

参考文献

[1]刘陶,李运祯,龚镇.基于红外热像图像的电路板故障检测[J].电子技术,2008,(4):66-67.

[2]余曼丽,潘伟,朱若寒.红外成像检测技术在工程中的应用及其发展[J].国外建材科技,2007,28(3):51-53.

[3]张永萍,李景飞,赵希.电子故障红外检测研究[J].中国表面工程,2006,19(5+):121-122.

[4]张健,杨立,刘慧开.环境高温物体对红外热像仪测温误差的影响[J].红外技术,2005,27(5):419-422.

[5]张树军,魏汝祥,范春利.电气设备红外故障诊断中的影响因素分析[J].激光与红外,2007,37(2):141.

温度变化规律第2篇

西北戈壁区夏季一次降水前后土壤温度变化规律分析

利用简单的土壤热传导方程建立模型,并结合小波变换方法,分析了6月22日～8月18日金塔绿洲附近观测的`戈壁土壤温度序列,重点关注地下10 cm的土壤温度变化.结果表明,在观测时段土壤温度除了有明显的日变化外,还存在周期为准4天和准两周的波动.利用滑动相关分析后发现,太阳向下短波辐射强度与土壤温度日变化能量存在显著的正相关,这与利用土壤热传导模型分析土壤日变化振幅年变化的相关研究的结论一致.太阳向下短波辐射强度与准4天周期波动实部分量在降水前后存在负相关关系.比较观测时段土壤温度准4天波动能量与同时期的天空温度,发现准4天波动可能与持续增强的云逆辐射有关.通过分析降水前后土壤温度、土壤含水量的变化,发现二者的日变化在降水后与降水前相比,振幅增大,位相前移.这一结果可以用土壤热扩散率在一定范围内随土壤含水量增大而增大得到解释.最后利用回归分析发现T10的准两周波动可能与更大范围的大气环流场异常有关.

作者：韩博吕世华奥银焕 HAN Bo L(U) Shi-hua AO Yin-huan 作者单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所西部气候环境与灾害实验室,甘肃兰州,730000 刊名：高原气象 ISTIC PKU英文刊名：PLATEAU METEOROLOGY 年，卷(期)： 28(1) 分类号：P461+.4 关键词：Morlet小波热传导方程土壤热扩散率向下短波辐射强度天空温度土壤含水量

温度变化规律第3篇

1 前言

运动时,人体足部舒适性的影响因素包括鞋与足尺寸的符合程度、与足部接触的鞋材的柔软度、足部鞋腔内的环境等方面,其中足部鞋腔内的环境主要包括温度与湿度两个重要方面[1,2]。然而,目前对鞋内温湿度的研究相对比较少,本研究方法主要为足部散热模型建立与实验验证相结合[3,4],模型主要考虑不同足部组织的热传导系数、动静脉血液热传递、汗液挥发等因素,通过与足部接触的温湿度传感器或红外摄像仪进行温度数据采集。

邓富泉等通过对鞋相关材料的热传递进行对比研究,分析不同材料对人体热舒适的影响情况[2]。成意伟对糖尿病人足部温度情况进行研究,对服药前后足部血液循环效果进行评价[5]。国内外都有关于足部温度传递模型的建立[3,4],任萍等通过外加可控足底加热源对模型进行验证,研究表明足部不同部位对温度的响应速度不一样,脚趾部位的温度响应速度最慢,足跟部次之,足弓最快[3]。代家群等指出,脚体体表温度始终高于鞋腔温度,鞋腔温度始终高于室外温度,并且脚体体表温度和鞋腔温度随室外温度升高而升高,鞋腔温湿度变化状态与运动习惯有关,左势的受试者左脚温度数据高于右脚,右势的受试者右脚温度数据高于左脚[6]。Hennig试图通过实验揭示,不同袜子结构对足部汗液传递的影响,得出足部温度不仅随着运动距离的增加而增大,而且与袜子材料及其温度的升高幅度也有一定联系,同时该研究表明,并非材料传热性好,对比测试时穿着就更加舒服[7,8,9,10]。通过查阅以往研究文献表明,运动过程中足部温度变化规律的相关研究相对匮乏,以往研究方法主要集中在材料测试、人体实验以及计算机模拟等方面,对人体运动状态下足部温度变化规律的研究较少,而人体足底各区域在运动过程中温度的变化规律是设计运动装备的重要参考依据,因此本研究拟对不同性别受试者跑步过程中足底不同区域的温度变化规律进行研究,为运动装备改进及功能性开发提供重要参考依据。

2 研究方法

2.1 实验对象

实验选取了19名网球专项运动员(男9名,女10名),在测试前经检查确认均未有任何下肢及足部的伤病情况,且受试者穿着同品牌、同款式运动鞋、袜子接受测试。

2.2 测试仪器

非制冷焦平面热像仪(大立DL700E):测量温度范围-20～180℃,本测试实验的温度为30～40℃范围内;其他辅助设备如跑步机、秒表、环境温湿度计等。

2.3 测试方法

首先开启红外摄像仪预热3分钟以上;受试者穿着适宜跑步的运动服,在运动科学实验室赤足静坐等候20分钟拍片第一次;换上统一测试用袜子,静坐3分钟后拍片第二次(含袜子一起拍摄,以下都包括袜子);然后穿上统一款式运动鞋,开始进行跑步机运动,间隔3分钟拍片一次,累计运动时间为30分钟。运动前后共计拍片12次。男受试者跑速控制为10km/h,女受试者跑速控制为8km/h。

2.4 足底分区

本研究共把足底分成八个区域,分别是1一其他趾(OT)、2—拇趾(BT)、3—前掌外侧(LF)、4—前掌内侧(MF)、5—足中外区(LM)、6—足中内区(MM)、7一足跟外侧(LH)、8—足跟内侧(MH),具体足底分区如图1所示。

2.5 数据处理

对所拍摄红外图片各区域的最高温度,用测试仪器自动分析软件一大立红外报表分析系统进行分区统计,分析所得数据导入Excel进行统计分析。

3 结果与讨论

3.1 跑步运动对足底温度变化的影响

该实验采集了男女共计19名受试者在特定测试跑步速度条件下足底温度数据,经过大力红外报表分析系统分析统计,具体如表1所示。

℃

图2是不同时段(拍片次数)测试所得到的足底平均温度的比较,从图2中可以看出,初始温度即裸足静坐和穿袜子静坐的温度以及第一次运动3分钟后足底温度变化情况很小,从运动3分钟后开始,足底温度迅速上升,直到第9次拍片,即开始运动21分钟后出现平台,但到第1 1次拍片(25分钟左右)时出现略微下降。从整体上看,在20分钟后达到一个比较稳定的平台期,平均温度接近36°。

实验结果显示,受试者足部各分区温度随人体运动时间的增加而上升。分析原因,一方面,由于人体足部是离心脏的最远端,下肢及足部的肌肉收缩对血液回流心脏起到重要的辅组作用,当人体开始跑步后,下肢及足部肌肉有规律的收缩放松,加快足部的血液循环,从而提高足部的温度。另一方面,由于肌肉有规律的收缩,产生热,从而提高足部的温度,但是人体始终会进行动态平衡调节,足底温度从静止开始的相对较低温度,上升一定到温度后形成了新的平衡,达到一个平台区,而运动30分钟后的温度本研究没有进行测定,预计持续运动30分钟以上,平台区将有所延长,且随着运动的停止,足部温度会缓慢回落至静止状态。这一规律是否存在有待后期实验进行验证。

3.2 跑步过程中受试者足底温度的分布

图3是所有受试者整个运动过程中,不同足底区域温度平均值的横向比较图,从图3中可以看出,LF、MF,即前掌外侧、前掌内侧两个分区的温度最高,LH、MH分区,即足跟外侧、内侧的温度最低,而足中部分区LM、MM的温度相对来说并不高。

通过对男性受试者内外侧足底温度独立样本T检验,统计数据显示差异具有显著意义(P<0.05);通过对女性受试者内外侧足底温度独立样本T检验,统计数据显示具有非常显著意义(P<0.01),具体如表2所示。

实验结果显示,男女受试者足底跖趾部位温度均是最高的,且内侧高于外侧。分析原因,由于足底关节运动中跖趾关节活动范围最大,其周围肌肉收缩范围最大,使得该关节部位产热及血液分布比较丰富,从而足底该区域的温度相对其他区域温度略高。足底血管等分布规律以内侧为多,足部有规律的收缩,促进足底血液循环,血液是足底温度升高的重要来源,因此足底内侧的温度略高于外侧。

3.3 不同性别受试者足底温度的比较

通过对男女受试者整体运动过程足底平均温度独立样本T检验,统计数据显示,男女足底温度差异具有非常显著意义(P<0.01),女性受试者足底温度比男性高,达到36.38℃,而男性足底平均温度为35.84℃,具体如表3所示。

实验结果显示,女性受试者足底温度高于男性。分析原因,由于测试时,女性难以承受1Okm/h的运动强度,因此男女性受试者的运动强度设计不一样,男性以1Okm/h速度进行运动,女性以8km/h速度进行运动。但结果表明运动强度高的男性足底平均温度却比运动强度低的女性低,对于这一结果,有待后期进一步的实验来分析其中的原因。

4 结语

本实验初步研究了运动中足底温度分布状态,为运动鞋温度控制设计提供了一定的参考依据。但由于研究设备限制及跑步机本身的温度升高,数据精度还有待进一步提高。今后研究可以对受试者足底不同区域温度感受进行量表测试,以便更好地为鞋口门位置、造型等方面的设计提供参考依据。

参考文献

[1]赵荣义.关于“热舒适”的讨论.冷暖空调,2000,30(3)

[2]邓富泉,弓太生,王小丽.常用制鞋材料热舒适性能初探.中国皮革, 2008,37(1)

[3]任萍,杨阳,刘静.人体足部传热数值模拟及加热实验.纺织学报, 2009,30(3)

[4]Gonzalez J C.Modelization of the foot thermal for a wide range of footwear properties and climatic conditions. Proceedings 8th Footwear Biomechanics Symposium,2007:53-54

[5]成意伟.红外线观察血府逐瘀胶囊对2型糖尿病患者足部温度的影响.北京中医,2005,24(5)

[6]代家群,杜少勋.运动鞋鞋腔温湿度变化研究.皮革科学与工程, 2007,17(4)

[7]Henning E M.The influence of sock consstruction on foot climate in running shoes.Proceedings 7th Footwear Biomechanics Symposium,2005

[8]李园.浅谈影响成鞋舒适性的因素[J].中国皮革,2002,31(18):104-105

[9]罗逸苇.鞋类产品舒适度研究综述.中国皮革,2005,34(16):124-125

绝热过程温度变化吗第4篇

绝热过程简介

绝热过程是一个绝热体系的变化过程，绝热体系为和外界没有热量和粒子交换，但有其他形式的能量交换的体系，属于封闭体系的`一种。绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。常见的一个绝热过程的例子是绝热火焰温度，该温度是指在假定火焰燃烧时没有传递热量给外界的情况下所可能达到的温度。现实中，不存在真正意义上符合定义的绝热过程，绝热过程只是一种近似，所以有时也称为绝热近似。

绝热过程分为可逆过程(熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程，在等温过程中，最大限度的热量被转移到了外界，使得系统温度恒定如常。由于在热力学中，温度与熵是一组共轭变量，等温过程和等熵过程也可以视为”共轭"的一对过程。

《商的变化规律》教学设计第5篇

教学目标：

1、使学生结合具体情境，通过计算、观察、比较，发现商随除数（或被除数）变化而变化的规律，并在此基础上放手探讨商不变的规律。

2、培养学生初步的抽象概括能力和用数学语言表达数学结论的能力。

3、使学生体会数学来自生活实际的需要，进一步产生对数学的好奇心与兴趣。

教学重点：发现规律，掌握规律

教学难点：利用商的变化规律进行简便计算。

教学准备：课件，实物投影，计算器

教学过程：

一、情境——激趣

师：今天我们四年二班全体同学在此与老师一起来上一节数学课，看到你们这么高的积极性，老师呀，想奖励你们小粘贴。谁能帮老师算算，我可以买多少颗小粘贴，能保证咱班60人，每人都有，而且没有剩余呢？

二、探究——建构

（一）探究被除数或除数不变时，商的变化规律

生1：60颗。

师：还有不同的想法吗？教师根据学生的回答板书算式。

生2：120颗，120÷60=2（颗）

生3：180颗，180÷60=3（颗）

师：哦，还有很多不同的可能……

师：观察这些算式，你有什么发现？

根据学生的回答在算式上表示出商随被除数变化而变化的规律。

师：也就是除数不变，生：被除数扩大（或缩小）几倍，商也要扩大（或缩小）相同的倍数，师板书：

师：看来你们都想多得小粘贴，是吗？可是老师只准备了120颗，我想平均分给4个组的组长，每个组长应该得多少颗粘贴呢？

学生口答算式，教师根据学生回答板书算式。

生1：120÷4=30（颗）

生2：120÷2=60（颗）

生3：120÷1=120（颗）

师：观察这些算式，你又有什么发现？

根据学生的回答在算式上表示出商随除数变化而变化的规律。

师：也就是被除数除数不变，生：除数扩大（或缩小）几倍，商反而缩小（或扩大）相同的倍数。

（二）探究商不变的规律

师：同学们真能干，在解决问题当中，还发现了师指板书：除数不变，生：除数扩大或缩小几倍，商也要扩大或缩小相同的倍数；师：被除数不变，生：被除数扩大或缩小几倍，商反而缩小或扩大相同的倍数。那么要使商不变，被除数和除数应该怎么变呢？请你根据提供的研究素材，以4人小组为单位：

1、根据24÷12=2，在□里填上合适的数，在○里填上符号，（24○□）÷（12○□）=2成立。

（1）写出尽可能多的符合要求的算式？

（2）写完后在小组内讨论、交流：什么情况下商不变。

（学生写算式，交流。教师巡回指导并指名将算式写在卡纸上。）

2、反馈：刚才同学们讨论的都很激烈，那么哪个小组愿意上来把你们的研究结果展示一下呢？

（生报算式，师：是否正确呢？我们来验算一下。生计算。师：那你们组的研究结果是？生汇报研究结果。师：真的是这样吗？拿出第二个同学的练习纸，找一两道验证）

师：这样的算式能写完吗？（生：不能）

师：板书：……（24×m）÷（12×m）=2这个算式符合要求吗？（生：符合。师：那m可以是哪些数呢？生：不符合？师：为什么？）

师：那什么情况下商不变呀？（引导学生用自己的语言归纳出商不变规律：被除数和除数同时同时扩大（或缩小）相同的倍数（零除外），商不变，板书：）

师：出示：2400……0÷1200……0 =

你

100个0

师：你会计算吗？

三、小结

师指板书说：今天这节课你们所发现的规律就是商的变化规律（出示课题），你认为自己最大的收获是什么？

四、应用——提升

1、师：刚才同学们的表现好极了，下面我们来轻松一下，听个故事（出示相应的画面），故事的名字叫"猴王分桃"。

花果山上风景秀丽，鸟语花香。桃树上挂满了桃子，桃树下坐着一群猴子，它们在等猴王来分桃子。猴王准时来到。猴王说："给你6个桃子，平均分给3只猴子吧。"小猴子说："太少了。太少了！"猴王说："那就给你60个桃子，平均分给30只猴子，怎么样？"小猴子得寸进尺，挠挠头皮，试探地说："大王，请您开开恩，再多给点行不行啊？"猴王一拍胸脯说："那好吧，给你600个桃子，平均分给300只猴子，这下你总该满意了吧？！"这时，小猴子笑了，猴王也笑了。

师：同学们，谁的笑是聪明的一笑？为什么？

生：猴王的笑是聪明的一笑，因为猴王利用了商的变化规律把小猴子给骗了，每只猴子还是分到2个桃子。

师：你能具体说说?吗？

教师根据学生说的板书：

6÷3=2（只）

60÷30=2（只）

600÷300=2（只）

师：对！虽然数字变了，但桃子个数与小猴只数之间的倍数关系没有变。我们可不能被表面现象所迷惑，要透过现象看本质。

2、师：其实在我们生活中还有很多有关商的变化规律的例子，我们一起来看看

3、下面的计算对吗？

4、简便运算：（不能列坚式）

2000÷125

我们再来做个游戏好吗？

五、总结：

温度变化规律第6篇

1 资料来源

选取距贵德县气象局观测场5.4 km处典型的温室大棚进行定点观测, 观测地点观测大棚为一拱圆形钢架塑料大棚, 大棚呈南北向, 长96 m, 宽11 m, 高5.7 m, 观测仪器为DZZ4型无线传输自动气象站, 距离温室内入口处6 m中部, 温湿度传感器安装高度距地1.4 m, 试验时间为 (2014年9月9日至2015年8月31日) 日光温室覆盖棚膜期, 资料记录为逐小时正点自动观测, 共计获取353d逐日气温观测数据, 与常规自动气象站观测时间对应。温室管理采用当地常规方式进行, 冬季 (12月至次年2月) 大棚封闭, 春秋早上9:00—10:00揭帘, 晚上17:00—18:00覆帘。

2 结果与分析

根据葛徽衍等[14]与崔建云等[15]将每天日照时数共划分为3个等级:一级 (日照充足) :日照时数≥6 h;二级 (日照一般) , 2 h<日照时数<6 h;三级 (日照很少) , 日照时数≤2 h, 该研究按照日照时数标准进行分类分析, 将天气类型划分为:晴天、多云或少云、阴天3种。季节的划分:3—5月为春季, 6—8月为夏季、9—11月为秋季、12月至翌年2月为冬季。利用日照时数的划分对原始数据进行标准化处理后, 采用SPSS软件进行相关性分析和逐步回归分析。

2.1 日光温室大棚内气温随季节日变化规律

2.1.1 秋季晴天、多云、阴天状况下温棚内平均气温的日变化规律

图1为秋季温室内气温的日变化分析图, 其中晴天为56 d、多云13 d、阴天10 d。温室内气温日变化白天变温幅度大, 夜间变温平缓, 气温自10:00增温幅度明显, 增温速度自快到慢排序依次为晴天>多云>阴天, 自16:00呈现降温趋势, 降温速度自快到慢排序依次为晴天>多云>阴天。不同天空状况下温室内最低气温均出现在每日的7:00—8:00, 最高气温随天况的不同出现时间亦不同, 阴天最高气温出现时间较晴天、多云天早1~2 h。夜间变温缓慢, 晴、多云、阴天气温差异相对较小, 平均日最高气温晴天>多云天>阴天分别为32.9、31.0、20.5℃;平均日最低气温晴天<阴天<多云天, 分别为10.1、10.4、12.2℃, 相差很小;气温日较差晴天>多云天>阴天, 分别为22.8、18.8、10.1℃, 晴天时气温日较差最大。

2.1.2 冬季晴天、多云、阴天状况下温棚内平均气温的日变化规律

冬季在晴天、多云、阴天3种天气条件下日光温室内气温日变化分布见图2, 其中, 晴天为72 d、多云14 d、阴天4 d, 温室内气温日变化与秋季趋势一致, 气温最低值出现时间较其他季节都迟, 为每日的10:00, 这较外界最低气温出现时间晚近1 h;晴天最高气温出现时间和其它季节一致, 较室外最高温度出现时间提前1 h (室外气温最高一般出现于16:00) , 15:00后温室内气温开始下降, 晴天和多云天下降幅度远大于阴天;随着放风结束和大棚盖帘后, 18:00后下降减缓;夜间0:00至早上9:00, 3种天气条件下棚内气温都基本一致, 相差0.4℃及以下;白天都是晴天气温最高, 晚上1:00至次日10:00多云天气下气温为最高, 气温遵循多云天>晴天>阴天。观测时段内, 棚内平均气温17.5℃, 3种天气类型平均气温与平均日最高气温晴天>多云>阴天;晴天较多云时相差1℃左右, 阴天比前2种天气类型偏低5~9℃。平均日最低气温遵循阴天<晴天<多云, 气温日较差晴天>多云天>阴天, 分别为13.5、10.7、4.0℃, 晴天气温日较差比较大。

2.1.3 春季晴天、多云、阴天状况下温棚内平均气温的日变化规律

图3为春季晴天、多云、阴天日光温室内外气温日变化曲线, 棚内气温变化趋势与秋冬季基本一致, 其中晴天为70、多云14、阴天8 d, 春季日光温室内的平均气温为21.5℃, 比室外高10.4℃, 具有极佳的保温和增温效应, 早晨9:00揭帘后室内气温迅速升高, 到下午14:00—15:00达到最大, 此后气温开始下降, 到18:00棉被覆盖后气温下降速度变缓, 直至次日揭帘前后降到最低, 在晴、多云、阴天3种天况下气温最低值均出现在7:00。不同天气类型下日光温室增温效应不同, 晴天增温效果好, 温室增温10.9℃, 最大温差出现在14:00, 差值为17.9℃, 最小差值出现在21:00—22:00, 差值为6.8℃。多云时, 室内增温9.2℃, 最大温差出现在12:00, 差值为13.7℃, 最小差值出现在夜间0:00—1:00, 差值为7.1℃。由于阴天室外光照弱, 气温变化缓和, 气温日变化较晴天和多云天气小。阴天室内增温7.7℃, 室内外最大温差出现在16:00, 差值为12.9℃, 最小差值出现在23:00, 差值为5.1℃。阴天夜间室外气温明显高于晴天和多云天气, 多云夜间室内气温高于晴天和阴天。

按照晴天、多云、阴天等典型的天气背景下对不同季节温室内的日温度变化进行了分析, 就冬春季来说, 冬季棚内最低气温出现在早上掀帘时8:00—9:00;春季, 最低值出现在6:00—7:00, 8:00揭帘后, 棚内气温迅速上升;10:00—11:00气温上升到23.5~27.5℃后, 此后, 气温上升缓慢, 在小范围内波动频繁, 至15:00, 温度已达到最高值, 比室外日最高气温出现时间提前2 h。15:00以后, 棚内气温开始缓慢下降。晚盖帘后, 因月份不同, 气温下降速度有所差异。12月至翌年2月, 盖帘后, 气温小幅度平稳下降, 平均每小时下降0.3~1.4℃;3—4月上旬, 由于日照时数增长, 日落时间推后, 晚盖帘时间为18:00左右, 盖帘后, 气温基本趋于平稳, 至早掀帘前, 气温下降范围仅为0.4~0.9℃, 5月中旬以后, 晚间已不用盖帘。

2.2 温室内预报模型的建立

2.1.1 模型一

预报模型主要采用逐步回归方法构建, 根据相邻观测站点的观测资料, 按不同季节不同天气类型对每天温室内气温进行模拟建模, 可以用于预测未来一天24 h的棚内气温变化情况。利用主要影响因子构建预报模型, 设日光温室内的气温为y, 最高温 (Tmax) 、最低温 (Tmin) 、平均温度 (T) , T1前1日室内平均, T2前1日室内最大, T3前1日室内最小, T4前1日室外平均, T5前1日室外最大, T6前1日室外最小, 对二者进行回归相关分析, 选取通过0.001显著性水平检验的因子建立温室内部最高 (最低) 温度最终的预报模型, 春、秋和冬季日光温室内最高温度 (Tmax) 、最低温度 (Tmin) 、平均温度的预报模型 (n为样本个数) 见表1。

由于样本个数限制, 没有预测模式的是因为没有通过显著性检验。

2.2.2 模型二

通过预报的当日最高、最低气温, 温室内外前一日最高最低气温资料, 采用主要影响因子做预报模型, (室外最高温、前1日室内最高温、前1日室内最低温、前1日室内平均温、前1日室外最高温、前1日室外最低温、当日预报室外最高温、当日预报室外最低温) 预测当日温室内气温最高最低值 (表2) 。

2.3 预报模型检验

通过预报的最高、最低气温, 测站前一日气温 (最高、最低、平均值) 以及温室内部气温资料预测春季温室内最高气温。

2.3.1 春季温室内气温最高检验

春季温度内最高温度实测值与预测值绝对误差在2℃以内的占总样本数的76%。

2.3.2 春季温室内气温最低检验

由图5可知, 春季温室内最低温度实测与预测值绝对误差在2℃以内的占总样本数的83%。

2.3.3 秋季温室内气温最高检验

由图6可知, 秋季温室内最高温度预测值与实测值绝对误差在2℃以内的占总样本数的71%。秋季由于最高温出现在15时左右, 下午由于受到通风作业的干扰, 棚内气温预测效果波动较大。

2.3.4 秋季温室内气温最低检验

由图7可知, 秋季温室内最低温度预测值与实测值绝对误差在2℃以内的占总样本数的86%。

2.3.5 冬季温室内气温最高检验

由图8可知, 冬季温室内最高温度预测值与预测值绝对误差在2℃以内的占总样本数的65%。

2.3.6 冬季温室内气温最低检验难度

由图9可知, 冬季温度内最低气温预测值与实测值绝对误差在2℃以下的占总样本数的98%。

2.4 预报模型的实况检验

利用建立的模型二:秋季最高温度Tmax=9.432+0.466T1-1.344T4+1.016T6+0.647T3

式中, 各变量分别是T1, 前1日室内最高温, T2, 前1日室内最低温, T3, 前1日室内平均温, T4, 前1日室外最高温, T5, 前1日室外最低温, T6当日预报室外最高温, T7, 当日预报室外最低温, 温度单位为℃。通过10月外界实时气温模拟温室内气温, 结合每日16时气象台预报的当日最高、最低气温, 验证10月份的预报模型, 见图10。

由图10可以看出, 样本14、15、27日温度模拟不准, 日最高温度预测值与实测值相关系数 (R2) 为0.5618, ≤2℃的准确率为73%。

3 结论

(1) 在晴天、多云、阴天3种典型的天气背景下, 温度均存在单波峰变化情况, 日光温室内温度的增高受天气条件影响较大, 晴天的增温效果明显高于多云和阴天。四季的平均、最高、最低气温都是室内高于室外。四季不同天况下室内平均、最高气温都是晴天>多云天>阴天;冬、春季在不同天况下室内最低气温是多云天>晴天>阴天, 夏秋季状况刚好相反多云>阴天>晴天。

(2) 不同天气类型下, 室内外日较差亦存在较大差异, 平均温差都是冬季最大, 春、秋季次之, 夏季最小。最高和最低温差分布情况和日平均温差基本相当, 最高 (最低) 温差在冬春季是晴天>多云>阴天, 夏季最小。

温度变化规律第7篇

目前关于高温合金中γ′和γ基体两相成分随温度和时间的变化规律研究表明,高温合金在不同时效温度后γ基体的成分变化较明显[5,6,7,8,9]。而γ′相成分随温度和时间的变化规律研究却出现不同结果。例如,Y. Shimaunuki[5],Ursula Hemmersmeier[6] 和D. Blavete[7,8] 等人的实验结果表明,高温合金在不同温度时效不同时间后, 合金中的γ′相成分发生变化。而E .H. Van Der Molen[9]等人的研究结果表明合金在不同温度时效不同时间后γ′相成分内几乎没有变化,即γ′相成分不受温度和时效时间的影响。所以,鉴于高温合金中相成分随温度和时间的变化规律研究结果存在分歧,本工作利用透射电镜所附带的能谱仪(TEM-EDX)研究了GH742合金中γ′相和γ基体的成分随温度和时间的变化规律。

1 实验材料和方法

镍基高温合金GH742是一种高合金化的现代涡轮盘材料。合金中含有大量γ′相形成元素Ti,Al,Nb等,其中Al+Ti含量达5.2%(质量分数,下同),合金中γ′相含量可达35%～39%[10]。本实验选用的GH742合金采用真空感应+真空自耗的双联熔炼工艺制备而成,其主要成分如下:Cr 14.15%,Mo 5.03%,Ti 2.59%, Al 2.49%,Nb 2.62%,Co 10.14%,W 0.2%,Fe 0.16%,Ni为余量。实验首先将合金在1200℃完全固溶1h后得到过饱和的γ基体。为研究合金中γ′和γ基体成分随时间的变化规律,将试样在1050℃分别时效120,300,1440,2880,4320min后快速淬火。为研究合金中γ′和γ基体相成分随温度的变化规律,将完全固溶处理后的试样在750,850,950,1050,1080,1100℃分别时效一定时间后快速淬火。快速淬火是为了抑制合金在冷却过程中已有γ′相的长大和细小γ′相从过饱和γ基体中的重新析出,从而有效保留不同温度下γ′和γ基体两相的原始成分。实验中分别选用了氩气,液氮和15%冰盐水作为淬火介质,并利用高分辨场发射扫描电镜(FEG-SEM)观察了经不同介质淬火后合金中γ′相的析出分布。FEG-SEM 试样的制备采用机械抛光和电解腐蚀的方法,电解腐蚀规范为:腐蚀液9gCrO3+90mL H3PO4+30mL H2SO4,腐蚀电压3～4V,时间8～12s。

利用具有高空间分辨能力的透射电镜Tecnai G20所附带的能谱仪分析测定了合金经不同温度和时间时效后γ′和γ基体的相成分。为了准确分析小γ′颗粒和γ通道的微区成分,必须保证TEM薄样品能谱的空间分辨率,实验中利用了透射电镜附带的扫描附件(STEM)所提供的纳米探针模式(Nanoprobe),探针的光斑尺寸小于20nm。为保证能谱测定的精确度,每次能谱采数时间设定为5～8min以获得足够的总计数量,并且每一成分测定结果为10个测量点的平均值。TEM-EDX样品制备采用双喷减薄的方法,双喷液为:10mL HClO4+25mL C2H5OH +65C4H9OH,双喷电压和温度分别为 25V 和 -30℃。

2 实验结果及分析

2.1 淬火介质的确定

图1为合金在1200℃固溶1h后用氩气,液氮和15%冰盐水淬火后的场发射扫描电镜照片。结果表明,在1200℃固溶1h后,尺寸为ϕ3mm×2mm的试样经15%冰盐水淬火后,在过饱和的γ基体中没有观察到冷却过程中γ′颗粒的重新析出。

图2为合金经1200℃×1h固溶+1050℃×4h时效后用15%冰盐水淬火的合金组织照片。结果表明,经15%冰盐水淬火后的γ基体中仅存在1050℃时效时所析出的粗大γ′颗粒而没有观察到淬火过程中冷却γ′颗粒的析出。因此确定利用15%冰盐水作为淬火介质可以有效抑制冷却过程中γ′颗粒在γ基体中的重新析出。

根据Newtonian冷却定律undefined:试样体积,h:热传导系数, A:试样表面积,ρ:材料密度,t1 , t2:试样的初始和最终温度,Cp:比热容)。可以计算得出,当尺寸为ϕ3mm×2mm的合金试样从1200℃和1050℃淬入冰盐水时,冷速分别为57660K/min和48780K/min,其中冰盐水的热传导系数h取2700 W/m2K[12]。这一计算值与Kusabiraki K等人[13]提出的抑制高温合金中γ′颗粒形核的最小临界冷速104K/min相一致。

2.2 γ′/γ相成分随时间的变化规律

图3为合金在1050℃分别时效120,300,1440,2880,4320min 后,合金中各元素在γ′相和γ基体中的分布随时间的变化规律。结果表明,合金在1050℃时效时,当时效时间少于1440min时γ′和γ两相成分变化较大,其中γ′相中的Al,Ti,Nb等γ′相形成元素含量随时间延长迅速增加而γ形成元素Co的含量迅速减小,Cr和Mo 元素含量变化不明显。在γ基体中γ′形成元素Al,Ti,Nb在短时间时效时,其含量变化较大而γ形成元素的含量变化幅度较小。当时效时间超过1440min后,γ′相和γ基体两相成分随时间延长而基本保持不变。由γ′相析出特点而知,合金在时效初期,过饱和γ基体中γ′相的大量析出和已析出γ′相的迅速长大使得γ′和γ两相成分变化明显。当时效一定时间后,γ′颗粒的析出和长大均趋于稳定,各合金元素在γ′和γ相之间的扩散也随之趋于稳定,因此两相成分随时效时间的延长基本保持不变。

2.3 γ′/γ相成分随温度的变化规律

图4为合金在750,850,950,1050,1080,1100℃分别时效1440min后测得的γ′和γ基体相成分随温度的变化规律。结果表明,随着温度的变化,γ′相和γ基体中各合金元素的含量发生了变化。其中Al,Ti,Nb等γ′相形成元素在γ′相和γ基体中的含量均随着温度的升高而增加。在γ′相中,Al,Ti,Nb的含量分别增加了1.1%(原子分数,下同), 1.8%, 2.0%,在γ基体中分别增加了2.97%,3.0%,1.4%。并且Cr,Co,Mo等非γ′相形成元素含量在γ′相中随温度升高分别增加了2.2%,3.8%,0.9%,而在γ基体中Cr,Co,Mo的含量随温度升高分别降低了7.7%, 2.6%, 1.5%。并且合金中γ基体的相成分随温度升高变化明显,这可能是由于较高温度时效时,部分γ′相重新回溶入γ基体从而引起γ基体中Al,Ti,Nb等γ′相形成元素含量增加,Cr,Co,Mo等γ相偏析元素含量降低。

2.4 合金元素偏析率Cγ′/Cγ随温度的变化规律

图5为合金中各元素在γ′和γ两相中的偏析率Cγ′/Cγ随温度的变化规律。由图可见,各元素在γ′相和γ基体中的偏析系数均随温度的升高而发生变化。其中偏析率大于1的γ′形成元素Ti,Al,Nb,Ni的偏析率随着温度升高而降低,偏析率Cγ′/Cγ小于1的Cr,Co,Mo等非γ′形成元素的偏析率随着温度的升高而增大。并且在1100℃时,大多元素的偏析率值接近1。由此可见,各元素在合金中作用的确不同,其中偏析率Cγ′/Cγ小于1的Cr,Co,Mo等元素对合金主要是固溶强化作用,而偏析率大于1的Ti,Al,Nb等元素主要起第二相强化作用。并且随着温度的升高,合金元素扩散变得容易以及合金基体析出的γ′相较少,从而使合金元素的偏析率逐渐接近1。

3 结论

(1)利用15%(质量分数)冰盐水作为淬火介质能够有效抑制合金在高温冷却过程中冷却γ′相从过饱和γ基体中的重新析出。

(2)当合金在1050℃时效不同时间,合金中γ′相和γ基体两相成分在时效早期变化剧烈。当时效时间达到1440min后,γ′和γ基体两相成分趋于稳定。

(3)当合金在750～1100℃时效时,合金中γ′相和γ基体中的 Al,Ti,Nb等γ′相形成元素含量均随温度的升高而增加。Cr,Co,Mo等非γ′相形成元素含量在γ′相中随温度升高而增加但在γ基体中却随温度升高而降低。并且合金中γ基体的成份随温度升高变化明显。

(4)当合金在750～1100℃时效时,Ti,Al,Nb,Ni等γ′形成元素的偏析率Cγ′/ Cγ随温度的升高而降低。而Cr,Co,Mo等非γ′形成元素的偏析率Cγ′/ Cγ随温度的升高而增大。

摘要：利用透射电镜能谱法(TEM-EDX)研究了GH742合金中γ′和γ基体两相成分随温度和时效时间的变化规律。结果表明:合金在1050℃时效时,γ′相和γ基体的成分在时效初期变化较大,当时效时间超过1440min后,γ′相和γ基体的成份基本稳定。合金在750～1100℃时效时,γ′相和γ基体的成分均随着温度的升高而发生变化,其中γ基体的成分随温度变化较明显。合金中各元素在γ′和γ两相中的偏析率Cγ′/Cγ变化规律研究表明:Ti,Al,Nb,Ni等γ′形成元素的偏析率均随着时效温度的升高而降低,而Cr,Co,Mo等γ形成元素的偏析率均随着时效温度的升高而增大。

温度变化规律第8篇

关键词：高凝油,黏度,孔隙度,渗透率,相渗曲线

一般地, 凝固点在40℃以上, 含蜡量高的原油叫高凝油, 原油性质为高凝油的油藏称为高凝油藏。这类油藏开发时, 面临的较大挑战是随着油藏温度的降低, 原油黏度降低, 并会发生析蜡现象[1—3]。而蜡的吸附、沉淀将降低孔隙度、渗透率, 使储层流动性变差, 影响开发效果。可以通过不同温度下的室内岩心驱替试验研究黏度降低以及析蜡对驱替效果的影响, 继而判断其对油田开发的影响程度。但目前针对高凝油藏的相关室内驱替试验结果较少, 且至今尚无定量研究结果[4—6]。

海外某高凝油田A, 原油凝固点42~45℃, 含蜡量24%~32%。对其采用地层原油和岩心进行的流变性试验及驱替试验结果进行分析, 旨在研究温度的变化对原油黏度、孔隙度、渗透率以及油水相对渗透率的影响和规律[7,8]。

1 高凝油流变性试验分析

对油田原油黏度在不同剪切速率下进行了流变性试验[9,10], 获得μo∝T曲线如图1所示。

从图中可以看出, 当温度在50℃以下时, 原油黏度变化规律随试验剪切速率的变化而不同;50℃以上时, 黏度只是温度的单值函数。此时有如下关系式

式中, μo为原油黏度, m Pa·s, T为温度, ℃。

2 高凝油藏温度变化对与孔隙度、渗透率影响试验分析

选取A油田C层三组岩样进行不同温度下的驱替试验, 其在地层条件下 (85℃) 的基本参数如表1。

2.1 孔隙度

高凝油在流动的过程中, 随着温度降低, 析出的蜡会堵塞岩石孔隙并沉淀于表面, 使岩石的孔隙度下降。定义损失孔隙度100Δ (t) 为蜡沉积量和岩心表观体积的比值, 则有

式 (2) 中, 100Δф (t) 为损失孔隙度 (%) ;σ (t) 为蜡沉积量 (cm3) ;Vb为岩心表观体积 (cm3) 。

对不同岩样在不同温度下进行恒温驱替试验, 得到孔隙度损失值及孔隙度剩余百分比与温度的关系如图2、图3所示。

从试验结果可以看出, 随着驱替的进行和蜡的吸附、沉淀, 岩样孔隙度将不同程度地降低。温度越低 (图2) , 初始孔渗越低 (图3) , 孔隙度损失量越大, 即剩余孔隙度越低。随着PV (注入体积倍数) 的增加, 孔隙度损失将逐渐趋于平衡。

2.2 渗透率

原油流动时的蜡沉积同样导致渗透率下降。不同温度下驱替的渗透率变化规律见图4, 图5。

从图中可知, 温度越低, 初始渗透率越低, 渗透率损失越大 (图4, 图5) 。随着PV (注入体积倍数) 的增加, 渗透率降低比逐渐趋于平衡。

由上述不同温度下驱替试验得到的孔隙度、渗透率变化图可知, 在温度高于50℃的条件下, 对于不同初始 (Ko, Φ) 条件的岩样, 均可由下线性关系式表示

式中, фi为初始孔隙度 (小数) ;ф为孔隙度 (小数) ;Koi为初始油相渗透率 (m D) ;Ko为油相渗透率 (m D) 。

3 高凝油藏不同温度下相渗曲线特征变化规律

选取11组岩样开展不同温度下的油水相渗试验, 试验用油为地层原油, 地层条件下 (85℃) 黏度4.8c P。样品基本参数如表2。

一般地, 常规相渗试验时测得的表征岩心孔渗特征的参数与相渗曲线特征参数Sor、ER等均呈较好的线性关系。而高凝油岩心驱替试验中, 随着试验温度的降低, Ko、Φ、μo均发生了变化, 此时与Sor、ER的关系曲线杂乱无章。这说明温度的降低将使孔隙度、渗透率下降, 原油黏度增高、流动阻力增大。这些作用相互叠加, 都会影响相渗曲线形态。这里引入储层特征参数, 即有

由式 (1) ~式 (5) , 计算表2中相同Ko、Φ区间的岩心在降低温度后的试验值减小、Sor增大、ER减小及其之间的相互关系, 结果如图6、图7所示。

由图 (6) 和图 (7) 可知, 不同温度下的与残余油饱和度Sor、驱油效率ER均呈较好的相关关系, 且可表示为

由式 (5) ~式 (7) , 可得到对于不同初始Koi、фi、μoi的岩心在降温驱替时的Ko、ф、μo及其与相渗特征参数的相关关系, 即

式 (9) 中, a2、a3为与Ki、фi相关的系数, A、B、C、D为与温度相关的系数, Sor为残余油饱和度 (小数) ;ER为驱油效率 (小数) 。

4实例验证

对部分试验实测相渗参数随温度的变化值以及通过式 (8) , 式 (9) 计算值相对比 (图8, 图9) :

从以上对比结果可以看出, 一定的岩心在不同温度下驱替时的T与、Sor、ER均具有较好的相关性和一致规律。本文提出的计算方法与实测结果具有较高的一致性。不同初始Koi、фi值的岩心也均能得到较好的拟合效果。

采用本文研究的结果分析了不同温度下储层物性及相渗曲线的变化及对开发效果的影响 (见图10和图11) 。其中相渗影响区域半径根据实验及温度场模拟结果为200 m。由图中可以看出, 注水温度高, 可得到较高的采出程度, 但对注水设施的要求也更高;注水温度低, 采出程度低, 且有析蜡的风险。在实际制定油田开发方案的过程中, 综合考虑各方面因素以及经济评价结果, 确定注水温度为70℃。

5 结论

根据海外某高凝油田A不同温度下的岩心驱替试验, 对原油黏度、孔隙度、渗透率等变化规律进行了分析, 结论如下。

(1) 高凝油在流动的过程中, 随着温度降低, 原油黏度升高, 析蜡量增加, 孔隙度、渗透率减小。油水相渗驱油效率下降, 残余油饱和度升高。

(2) 在一定温度范围内, 随温度的降低, μo的增加, Ko、ф的下降均与T呈较好的相关关系。

(3) 不同温度下的与油水相渗曲线特征参数均呈较好的线性关系。但随着温度降低, 斜率降低, 斜率增加。线性关系系数均可由Koi、фi、T计算获得。

(4) 实测相渗曲线特征参数值与本文计算值较一致, 采用本文的方法, 可以计算允许温度范围内、任意初始Koi、фi、T的岩心在温度变化后的Ko/фμo、Sor、ER等相渗特征参数, 对判断高凝油田合理注水温度、水驱效果预测等均具有较好的参考作用。

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高寒公路隧道温度场分布规律第9篇

关键词：寒区隧道,温度场,防寒泄水洞

0 引言

季节性冻土区和一般地区隧道道温度场的变化规律国内目前已经开展了大量的研究[1,2,3,4]。陈建勋对秦青公路上的梯子岭隧道进行了温度场的现场测试和分析, 得出了隧道洞内外温度随径深, 时间的变化规律, 以及最大冻结深度的分布规律。何川在线鹧鸪山隧道进行了温度场进行了测试和分析, 得出了隧道洞内外温度的年变化规律。吴紫汪对青海大坂山公路隧道进口段进行了温度场的现场测试和研究, 得出了隧道洞内和隧道衬砌的温度变化规律。但是以上文献关于青藏和高原永久冻土区的隧道温度场特性提及不多。

1 温度场测试内容

1.1 测试时间和频率

结合隧址所在地区气象资料, 隧址区历年年平均气温≧-4.2℃的时间段为4月2日至11月2日, 日最低气温普遍出现在6-8时, 日最高气温普遍出现在13时。按以上气象数据制定监测频率:4至11月每月监测4次, 12月至次年三月每月监测8次, 每天监测时间:1:00、8:00、13:00、20:00, 如果偶遇特殊天气, 可以适当加测。

1.2 监测断面布设

温度测试过程当中集中将主洞进口k329+710-k330+280范围内的隧道结构体和围岩圈以及洞外环境作为温度监测段;进设置7个温度监测断面如下图1所示:

1.3 测点埋设

1.3.1二衬钢筋施工完成后, 将温度计绑扎在二衬钢筋上, 等待二衬混凝土浇筑完成, 完成测点的埋设;二衬表面的温度将测温元件用粘胶布粘贴在脱模的混凝土表面。

1.3.2 2、4、11、13号断面用来检测仰拱不同深度的混凝土温度, 必须抓住仰拱施做钢筋的时段, 将测温元件绑扎于仰拱钢筋的不同部位, 混凝土浇筑完成, 完成测点埋设。

1.3.3 围岩中测温元器件的埋设, 必须先用电钻打孔, 孔深1500mm、孔径45mm, 清孔后浇筑满水泥砂浆, 最后整理好测线。

2 温度场分布规律

2.1 洞内外气温的相互关系

通过2012年4月至2013年4月一年时间内, 姜路岭隧道进口外界和洞内实测气温数据分析, 温度的变化具有明显的规律性和周期性。

本文采用气象学中常用的数理统计方法———正弦函数回归法对该隧址区洞外气温和隧道内气温年变化曲线进行拟合, 该拟合方程形式如下:

上式中:

T (Φ) ———日平均气温;

Φ———天数;

Φ0———日相位;

t———年平均温度;

A———年气温振幅;

由于姜路岭隧道目前尚未贯通, 现只拟合贯通前进口的掘进纵深, 隧道内以及隧道外不同位置的气温的拟合参数:

图2给出了姜路岭隧道进不同开挖掌子面桩号处外界气温和隧道内气温的拟合曲线。由拟合曲线可以看出:隧址区的外界环境温度在每年12月初至次年4月初为负温时间段, 2月的月平均气温达到了最小值。隧道的冻害情况也相应的发生在本月, 在本月也是温度监控量测的关键月份。

(2012-2013年, 纵坐标:温度/℃, 横坐标:环向深度/m)

2.2 隧道内围岩及衬砌结构温度的环向分布规律

要切合实际的选择隧道的保温材料之前, 必须充分的认识该保温材料所应用的环境温度、围岩和衬砌结构的环向温度分布规律和材料本身的性能。我们通过安装在姜路岭隧道进口的7个温度监测断面的测温元件, 经过为期一年的观测记录, 得到了如下的温度分布曲线:

注:姜路岭隧道进口起点桩号:K329+710.

(2012-2013年, 纵坐标:温度/℃, 横坐标:环向深度/m)

从上面的曲线图中可以发现:

(1) 沿隧道环向, 从衬砌表面到围岩, 由浅到深, 深处的温度变化总是滞后于同一桩号处浅处的温度, 最终与衬砌表面温度达到统一;

(2) 围岩及衬砌结构温度在径深约3m处变化幅度较大, 说明环境温度对围岩及衬砌结构在环向方向上的影响具有一定的范围, 该范围之内的围岩及衬砌结构的温度将随着环境温度的变化而变化, 在该范围之外的围岩温度趋于稳定;

(3) 进口目前已开挖区段范围之内二衬甚至围岩在环向方向上都呈现负温度, 而且随着环境温度的降低, 负温区相对应的冻结区也逐渐增大;离洞口越近, 冻结区越大, 离掌子面越近, 冻结区越小;

(4) 随着距隧道洞口距离的增加, 温度的变化幅度逐渐减小, 在任意桩号环向方向上也呈现此变化规律。

2.3 隧道内围岩及衬砌结构温度的纵向分布规律

(2012-2013年, 纵坐标:温度/℃)

从上面的曲线图中可以发现:

(1) 在2月份, 从洞口到掌子面方向, 随着距洞口距离的增大, 衬砌表面温度递增, 但是最大值小于0°;8月份, 从洞口到掌子面方向, 随着距洞口距离的增大, 衬砌表面温度递减, 最小值大于0°;

(2) 随着距隧道洞口距离的增加, 温度的变化幅度逐渐减小, 在任意桩号环向方向上也呈现此变化规律;

(3) 2月由于洞内施工车辆等排放热量, 洞内实际气温比洞口和外界高;8月由于原岩温度较低, 洞内实际气温比洞口和外界温度低;

(4) 隧道洞口及洞外环境温度对洞内围岩、衬砌温度的环向影响具有一定的范围, 沿着纵向方向, 在距离洞口350m范围之外, 围岩、衬砌温度受洞口及洞外环境温度影响较小。

3 结语

通过对依托工程温度场的现场监控量测, 得到了详实的数据资料, 接着采用正弦函数回归法对该隧址区外界气温和隧道内气温年变化曲线进行拟合, 得到了: (1) 青藏高原高海拔地区公路隧道洞内外气温的相互关系; (2) 隧道内围岩及衬砌结构温度的环向变化规律; (3) 隧道内围岩及衬砌结构温度的纵向变化规律;为我国在青藏高寒高海拔地区的公路隧道建设当中保温层和防寒泄水洞的设置提供的可靠的基础资料。

参考文献

[1]何川, 谢红强.多场耦合分析在隧道工程中的应用[M].成都:西南交通大学出版社, 2007.Hechuan XieHongqiang.Application of multiaspect coupling-analysis in tunnel construction[M].Chengdu:The Southeast Traffic University Press.

[2]陈建勋, 罗彦斌.寒冷地区隧道温度场的变化规律[J].交通运输工程学报, 2008, 8 (2) :44-48.ChenJianxun, LuoYanbin.The variety regular pattern of temperature field in cold regions[J].The Traffic Engineering Journal, 2008, 8 (2) :44-48.

[3]赖远明, 刘松玉, 吴紫汪.寒区挡土墙温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析[J].土木工程学报, 2003, 36 (6) :88-95.Lai Yuanming, Liu Songyu, Wu Ziwang.Nonlinear analyses for retaining walls in frigid zone-a coupled problem of temperature, seepage, and stress fields[J].China Civil Engineering Journal, 2003, 36 (6) :88-95.

《交变电流的产生和变化规律》教案第10篇

1.知识与技能

运用电磁感应知识分析交流发电机的实际模型，理解交流电的产生原理和过程。

综合运用电磁感应知识，并借助数学工具，推导并总结交流电的变化规律。

结合交流电产生过程的分析，正确理解中性面、交流电的瞬时值、最大值的含义。

2.过程与方法

通过对交流发电机的实际模型观察，提高观察能力、空间想象能力，并领会立体图转化为平面图处理问题的方法。

通过对交流电变化规律的推导，逐步形成利用数学工具及物理规律解决实际问题的能力。

3.情感态度与价值观

通过观看三峡工程的相关视频，了解它的作用和意义，激发学生爱国主义热情，体会物理理论应用于实践所产生的价值。

通过对交流电变化规律的推导，逐步树立应用物理规律分析实际问题的信念。

教学重难点：

1.重点：交流电的产生原理和过程及交流电的变化规律。

2.难点：交流电的变化规律的推导。

教学资源：

演示实验：交流发电机、灯泡、电流表；交流发电机模型；示波器、函数信号发生器。

课时安排：45分钟。

教学过程：

活动之一：引入交变电流的概念。

图片引入：展示“三峡大坝”图片并简单介绍，引入实验。

演示实验：实验1：发电机与小灯泡连接。

实验2：发电机与电流表连接。

进入新课引入概念：引导学生观察实验现象，得出发电机产生的是大小和方向都随时间变化的交变电流，并进入新课。

活动之二：分析交变电流的产生过程。

设置疑问：对比恒定电流和直流电流，引出问题：为什么会产生交变电流？

介绍结构：介绍教学手摇发电机的主要构造。

理论分析：结合发电机模型，引导学生从理论上分析交变电流产生的过程，引出中性面的概念，让学生定性的得出交变电流的大小和方向的变化特点。

实验验证：通过实验验证交变电流的方向变化特点。

动画模拟：模拟形成电流的微观自由电荷定向运动的特点

活动之三：推导交变电流的具体变化规律。

创设情景：情景1：单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动。提供已知条件，推导线圈在中性面和垂直中性面两个特殊位置的感应电动势。

引导分析。

得出结果：引导学生先将立体图转化为平面图，再进行分析，得出结果。

拓展情景。

学生推导。

集体评价。

确定结果：情景2：单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。提供已知条件，推导线圈在t时刻的感应电动势。

学生请一个学生上台推导，得出结果。然后集体评价，得出正确结论。

拓展情景：情景3：n匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，求感应电动势。

集体完成：情景4：n匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。求感应电流，路端电压。

总结规律：规律：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动时，产生正弦式。

交变电流。简称正弦式电流。

实验演示：告诉学生正弦式电流只是常见的交变电流的一种，还有其它的形式。

知识延伸同时将其它某几种通过示波器显示出来。

活动之四：描述交变电流的变化规律。

公式描述：借鉴前面的推导结果，直接写出正弦式交变电流的数学表达式。

图象描述：引导学生画出感应电动势的变化图像，强调画图的规范性和条理性。

实验验证：运用示波器显示人工匀速摇动发电机的电压随时间变化的图象，并引导学生分析不是正弦式图象的原因。

实验演示：引入家庭用电，输入到示波器。显示出正弦式波形。

知识延伸：告诉学生正弦式电流只是常见的交变电流的一种，还有其它的形式，同时将其它某几种通过示波器显示出来。

活动之五：大型交流发电机的介绍。

播放视频：播放大型发电机的视频。

知识介绍：介绍交流发电机的基本组成和种类。

课堂小结：引导学生进行课堂小结。

播放视频：通过视频展示三峡工程的全面效益。

课后任务：布置课后作业。

板书设计。

第一节交变电流的产生和变化规律。

一、交变电流的产生

1.什么是交變电流？

大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

2.交变电流的产生过程：

中性面：线框平面与磁感线垂直的位置。

线圈位于中性面时，Φ最大，

线圈垂直中性面时，Φ=0，最大

线圈越过中性面时，线圈中I感方向要改变，转一周，改变两次。

二、交变电流的变化规律

线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生正弦式交变电流，简称正弦式电流。

1.正弦式电流的表达式： 2.正弦式电流的图象：

三、几种常见的交变电流波形

温度变化规律第11篇

武汉市地处我国东部沿海向内地过渡地带,属亚热带湿润性季风气候,具有冬寒夏暖、夏季多高温、冬季少雪、冬夏交替明显、春湿秋旱、夏季多雨、冬夏长、春秋短、四季分明的特征。在武汉地区预应力混凝土箱梁建设中,结合工程建设,通过现场测试,研究该地区箱梁温度场的变化规律对工程建设具有重要的意义。

1 温度荷载测试

1.1 混凝土箱形结构温度分布

桥梁结构因自然条件变化而引起的温度差效可归纳为日照、降温、年温度变化等3个原因[6,7]。日照辐射及寒冷骤然降温属于局部温度影响,导致结构温度次内力或温度次应力是产生结构裂缝的主要因素[8]。梁段因外界自然条件变化引起的内部和表面温度变化称之为该梁段的温度荷载,而混凝土结构物内部的温度场是确定温度荷载的关键。采用不同的温度场模式进行计算得到的箱内温度应力值相差很大,因此应当根据结构物所处的当地条件,选择合理的温度场模式;要想精确求解温度应力就必须先精确地表述温度分布,然后借助于力学理论求解温度荷载对混凝土结构的效应。为求得理想的温度场,太阳辐射下混凝土箱梁温度分布的现场观测与数据分析是首要的,也是关键的一步。

1.2 箱形梁温度传感器埋设

武汉市轨道交通一号线二期工程区间及车站土建第八标是武汉市轨道交通一号线二期工程及车站,线路从二七路(不含二七路站)高架至丹水池(含丹水池站),里程范围为EK2+018~EK4+338,线路长度2.32 km,高架车站2座,分别为徐州新村站(EK2+773)及丹水池站(EK4+303)。梁跨度类型有25 m,30 m,40 m。25 m跨度简支梁有单线、双线箱梁;30 m跨度简支梁有双线箱梁。25 m,30 m梁高为1.8 m,梁的高跨比为1∶16.67。40 m为双线单箱梁,梁高2.4 m。连续箱梁的孔跨组合35 m+50 m+35 m,3 m×25 m,40 m+60 m+40 m共3联。在建武汉市轻轨交通一号线二期工程典型预应力箱梁见第86页图1,在箱梁典型部位的截面内埋设温度传感器。

2 预应力箱形梁温度场测试结果及分析

箱梁温度场观测选在2个有代表性的天气进行,一个阴天和一个晴天。一天中的观测时间从早晨6:00开始,一个小时一次,直到晚上20:00为止。经过理论分析计算和实际观测,在15:00左右,箱梁温度达到最大值。表1为15:00测得的箱梁关键点温度。

由观测数据的分析可知,沿桥梁纵向,除了箱梁顶板的温度变化相对较大外,腹板和底板的温度变化很小,故沿纵向可以视为一致,从而箱梁的三维温度场简化为二维温度场,即沿箱梁横向和竖向。

由于影响顶板温度的主要因素是太阳辐射,而左、右幅受太阳辐射的强度基本一致,所以左、右相同位置处的温度大体相同。由图2给出的箱梁顶板典型观测数据可见,箱梁顶板表面受太阳辐射时间最长,也是辐射最剧烈的部位,因此,顶板的温度变化最剧烈,15:00近表面温度达到最高,而由于混凝土的热传导滞后性,顶板中间温度上升速度比近表面缓慢且最高温度较近表面也低,两者间最大温差在14:00时达到11.9℃。对于同一幅桥,顶板横向温差最大达3.2℃,这主要是由于箱梁两侧的悬臂部位和箱室顶板处的热交换条件差异很大,悬臂部位的翼缘板完全处于大气中,下侧除了受地面反射还与周围的空气发生对流换热和热辐射换热,而箱室顶板下侧只与箱内空气发生对流换热和热辐射换热,且箱内温度变化较小,风速几乎为零,故箱室上的顶板温度和翼缘板处的顶板温度有差异。腹板外表面受太阳直射、散射、反射的多重影响,其强度与顶板比相对较低,左、右幅桥平行设置,可以相互遮挡,加之箱梁具有较长的翼缘板,因此同一观测时间左、右幅腹板的温度基本相同,但由于路线中心线两侧的腹板受到翼缘板的相互遮挡,其温度较另一侧略低。

箱梁典型观测数据表明,底板的温度变化相对于箱梁顶板表面总体上要平缓得多,升温幅度不大,仅为3.1℃。由于底板的温度主要受地面反射作用,加之沙银沟大桥地表裸露,无植被覆盖,因此在13:00以后底板温升加剧,到19:00趋于平缓。底板终日不受日照,其外表面主要受到地面反射作用。同一观测时间左、右幅底板的温度基本相同,横向温差较小,最大温差为1.3℃。底板靠近腹板外表面处受腹板表面温度的影响,温度比中间部分略高。箱梁截面在日照影响下存在非线形的竖向温度梯度,顶板在太阳直射的影响下温度急剧上升,随后底板及腹板均有不同程度上升。随太阳辐射强度的逐渐增强,箱梁竖向的温度梯度在15:00左右也达到最大。

3 结论

以在建武汉轻轨一号线典型箱梁为工程背景,通过现场实测,分析了武汉地区典型预应力箱梁温度场的变化,通过实测数据可以得出如下结论:

1)武汉地区预应力箱梁的温度梯度与现行规范存在差异,地域差异性和桥位朝向对温度的实测数据都有影响。

2)由于混凝土本身的导热性能较差,在太阳辐射和大气温度的升高过程中导致其内部温度变化的明显滞后,形成非线性分布的温度状态,但这种滞后性在混凝土箱形主梁的纵向温度差异不明显;在梁高及腹板厚度方向则表现明显,并且有明显的地域差异。

3)武汉地区混凝土箱形梁外腹板的最高温差在10:30左右,内翼缘板的最高温差在14:30左右。其主梁在梁高和梁宽方向上的温差分布近似为指数形式,与铁路规范的温差分布模式基本一致。

摘要：在温度场模式的选取方面各国的规范有所不同,由于温度场带有强烈的地域性,很难形成一种通用温度场模式。以在建的武汉轻轨一号线典型箱梁为工程背景,通过现场实测,分析了武汉地区典型预应力箱梁温度场的变化规律。

关键词：温度场,公路桥规,温度梯度,温度应力

参考文献

[1]刘兴法.混凝土结构的温度应力分析[M].北京:人民交通出版社,1991:1-3.

[2]Kehlbeck F.太阳辐射对桥梁结构的影响[M].刘兴法,译.北京:中国铁道出版社,1981:3-5.

[3]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001:1-10.

[4]叶建曙,贾琳,钱培舒.混凝土箱梁温度分布观测与研究[J].东南大学学报:自然科学版,2002,32(5):788-793.