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关键词： 部分相干艾里光束   耦合效率   少模光纤   湍流  

摘要： 空间光-光纤耦合技术是大气或水下激光探测、激光通信、激光雷达及光学遥感等领域中的一种可共用技术。该技术有利于促进成熟光纤组件在上述领域中的应用,降低开发成本、提高系统集成度。但光信号在湍流介质中传输时,容易受到湍流的干扰,使得空间光-光纤耦合效率急剧下降,耦合效率较低是亟待突破的技术瓶颈问题。相较于传统高斯光束,无衍射艾里光束在湍流介质中传输时,自聚焦特性可以抑制湍流的影响,将艾里光束做为光源引入空间光-光纤耦合系统中可以解决耦合效率较低的问题。本文主要针对以艾里光束为光源、以少模光纤为接收结构的耦合系统效率的影响因素进行详细分析,主要工作如下: (1)利用广义Huygens-Fresnel原理和Rytov近似,推导出湍流随机介质中部分相干艾里光束的交叉谱密度函数(Cross-Spectral Density Function,CSDF)。根据Parseval定理,推导出在四模(LP01、LP11、LP02和LP21模式)光纤端面的模场分布经过傅里叶变换后在透镜端面的模场分布。运用模场匹配分析法,推导了部分相干艾里光束通过单透镜耦合进少模光纤的耦合效率的解析表达式及高斯谢尔模型光束通过单透镜耦合进少模光纤的耦合效率的解析表达式。 (2)通过对比耦合效率原始积分公式和解析表达式的数值仿真结果,验证了耦合效率解析表达式的正确性;并在部分相干艾里光束通过单透镜耦合进少模光纤的耦合效率模型及高斯谢尔模型光束通过单透镜耦合进少模光纤的耦合效率模型的基础上通过数值仿真分析了光源参数(截断因子、特征长度、波长、相干长度)、透镜参数(透镜焦距、透镜直径、耦合参数)以及不同环境(理想条件下、大气湍流信道、海洋湍流信道)对耦合效率的影响,并与高斯-谢尔模型光束耦合性能进行对比分析。 仿真结果表明:耦合效率随着波长、初始半径、截断因子增大而增大,随相干长度的减小而逐渐减小,散斑数和湍流强度的增大会使耦合效率降低。在大气湍流信道中,波长为1550nm、传输距离为5km时,部分相干艾里光束的耦合效率高于高斯谢尔模型光束16.4%。在海洋湍流信道中,当传输距离分别为50m、100m和150m时,对应耦合参数分别为1.2、1.4和1.9,可使得系统耦合效率达到最佳;部分相干艾里光束的初始半径为0.04m,传输距离为200m时,部分相干艾里光束的耦合效率较高斯谢尔模型光束的耦合效率高38.2%。这为部分相干艾里光-少模光纤耦合系统的设计和参数优化提供了理论依据。

关键词： 录像分析法   数学教师   课堂教学语言   比较研究  

摘要： 教师的课堂教学语言是向学生传播数学知识以及传递数学思想的直接方式,数学学科的抽象性和严谨性对教师课堂教学语言提出了更高的要求。本研究拟从课堂教学语言内容、课堂教学语言载体、课堂教学语言组织结构、课堂教学语言机智四个维度对不同的课堂教学模式、教学课型、内容主题教师教学语言特征进行比较分析,并尝试提出可供课堂教学语言研究参考的思路与方法,为教师课堂教学语言的专业化发展提供建议。 论文首先基于已有的数学课堂教学语言相关研究,确定本研究中课堂教学语言特征研究的四个维度:课堂教学语言内容、课堂教学语言载体、课堂教学语言组织结构、课堂教学语言机智。其中,在课堂教学语言内容上又分为教学语言的数学学科特性以及教学语言功能两个角度;教学语言载体分为语速、语气和语调三个角度。接下来,本文借助NVivo12plus质性分析软件对选取的优质课样本进行教学语言编码与数据统计分析,根据编码结果比较分析不同教学模式、教学课型、内容主题的教师课堂教学语言特征,最后基于研究结果,对教师课堂教学语言的发展提出可行性建议。 本研究发现高中数学课堂教学语言主要具有如下特征:(1)教师在高中数学课堂中使用数学教学口语的占比最高,且在几何课程中更强调数学化语言的运用,在习题课教学中使用数学化语言比例相对较高;(2)陈述性语言、提问性语言在高中数学课堂中普遍使用较多,概率与统计课堂中教师的提问性语言主要以开放性提问为主,“引导—发现”教学模式中需要学生进行描述或解释的提问占比较高,教师在复习课中使用反馈性语言的占比较高;(3)“语速适中+平调/升降调+陈述语气”组合是高中数学课堂教学语言载体的主要形式;(4)教师运用教学机智因势利导、延伸教学,其教学语言组织结构遵循教学一般程序以及知识生成过程,依照教学目的和任务展开。 最后,本文对高中数学教师的课堂教学语言改进提出如下建议:(1)改善教学中数学语言使用情况,提升自身学科综合素质;(2)把握课堂教学语言节奏,实现积极的情感交流;(3)加强经验积累与反思,创设真实生动的课堂;(4)尊重数学知识生成过程,完善语言组织结构。

关键词： 旋风分离器   气固两相流   湍流调制   分离效率  

摘要： 旋风分离器作为石油、化工等行业中颗粒净化的主要设备,具有结构简单、高效分离的优点。其高效的分离能力受到气固两相流动特性的影响显著。由于颗粒的存在会对旋风分离器内的气相流动产生调制作用,深入探究这一现象对优化旋风分离器设计至关重要。而针对颗粒对湍流的调制作用方面的研究主要集中在管道、射流等情况下。因此,开展旋风分离器内部气固两相流动数值模拟,揭示其内部颗粒与气相湍流之间的相互作用规律,即可为合理准确的两相湍流模型的建立和发展提供数据支持,又有助于进一步提升旋风分离器的性能和优化设计。 本研究通过Fluent软件结合雷诺应力模型（RSM）进行的数值模拟,以湍流流场动力学为理论基础,着重于探究旋风分离器内颗粒对气相湍流的调制机理,旨在深入理解气固两相流场的动力学特性。研究结论如下: 对旋风分离器内流场特性进行分析,其内部为双层旋流流场结构,切向速度的作用在分离中占主导。流场外旋流的压强较高,而内旋流的压强相对较低。湍动能和湍流强度沿径向呈轴对称分布。在筒体和升气管下端区域气流湍流脉动较为剧烈。 在颗粒对气相湍流的调制作用方面,发现相比于气体单相流动,加入颗粒后流场的切向速度下降,切向速度随颗粒直径的减小而下降。而随着颗粒浓度的增加,切向速度的下降幅度先减小后增加,颗粒浓度为0.04%至0.06%时,总体切向速度最低。有无颗粒对流场的湍流分布特征影响不大,但加入颗粒后的流场最大湍流强度低于气体单相流场,分离器内湍流强度降低会使切割粒径d50增大。颗粒直径越小,对湍流的抑制作用越强,大粒径颗粒对湍流存在增强作用。颗粒浓度越大,对湍流的抑制作用越强,但调制效果随颗粒浓度的增大呈先增大后减小趋势,浓度0.06%时的调制效果最强。颗粒在分离器内各部位的调制作用方面,发现在锥体部分,颗粒直径、颗粒浓度的变化对湍流的调制作用不明显,均弱于其在筒体、升气管部分的调制作用。运用无量纲化分析,针对湍流强度对粒径、浓度变化的响应程度进行研究,发现颗粒直径变化引起的湍流强度变化强于颗粒浓度引起的湍流强度变化。 在分离效率方面,针对颗粒直径、颗粒浓度、颗粒密度、颗粒进口速度四个因素对分离效率的影响进行了数值模拟研究。发现颗粒直径越大,分离效率越高。颗粒浓度对分离效率的影响存在拐点,颗粒低于切割粒径、起始进口浓度较低（1～10g/m3）时,分离效率随颗粒浓度的增大呈略微上升的趋势,而后逐渐下降。增大颗粒密度、颗粒进口速度,会使旋风分离器对同一粒径颗粒的分离效率上升。但颗粒进口速度增加,会使压降大幅上升,造成能耗损失。根据正交试验进行影 响显著性分析,发现影响显著性强弱排序为:颗粒直径>颗粒流速>颗粒密度>颗粒浓度。其中颗粒直径对分离效率的影响为高度显著,颗粒流速、密度影响程度为显著,颗粒浓度影响程度为不显著。 在结构优化方面,针对筒锥比、排尘口直径两个因素对分离效率的影响进行了研究。筒锥比的下降会提升分离效率,同时也会增加压降损失,研究发现在筒锥比1.0至1.4范围内进行优化,对颗粒分离效果的提升最大。分离器排尘口直径对分离效率及压降的影响规律与筒锥比一致,但其性能优化能力较弱。

摘要： 《普通高中语文课程标准（2017年版2020年修订）》在“学业质量水平4-2”中提到，大家要“能综合运用多种表达方式，从多个角度、多个方面表达自己的理解和感受，力求做到观点明确，内容丰富，思路清晰，感情真实健康，表达准确、生动”。“观点明确，内容丰富，思路清晰”就是要求我们在审准材料的基础上有层次、有条理地阐述自己的观点。下面，笔者就以2024年高三九省适应性联考试卷中的作文题为例，重点谈一谈如何在写作的过程中合理利用题目所给的材料丰富文章的内容。

关键词： 煤泥浮选过程   混合贝叶斯网络   安全与质量一体化控制  

摘要： 煤炭是我国的基础能源,在国家经济发展中扮演了至关重要的角色。作为一种有效的煤炭分选方法,煤泥浮选因其精细的分选粒度和高效的分选效率,在去除原煤杂质、提升产品煤质量方面得到了广泛应用,提升了煤炭的利用效率和环保性能。然而由于生产环境复杂、运行参数多变,煤泥浮选过程容易偏离最优操作点,导致产品煤质量下降甚至出现异常工况。因此,结合实时工况信息,制定相应的安全控制决策与质量控制决策,对于保障煤泥浮选过程的安全稳定运行以及提升综合经济效益,具有重要的理论研究与实际应用价值。本文在深入分析煤泥浮选过程运行机理的基础上,开展了基于贝叶斯网络的煤泥浮选过程安全与质量一体化控制方法研究,主要研究内容如下: (1)针对煤泥浮选过程由于原煤属性变化、关键变量参数波动而造成的产品质量下降甚至异常工况问题,本文提出一种基于混合贝叶斯网络的煤泥浮选过程安全与质量一体化控制方法。贝叶斯网络能够有效地融合专家知识与数据信息,在工业领域过程控制中得到了广泛应用。然而现有的离散贝叶斯网络在推理控制决策时仅能得到粗糙的调整方向,在恢复正常工况以后,无法进一步提升产品质量。因此本文通过建立包含离散节点与连续节点的混合贝叶斯网络模型,提升控制决策的推理精度,获取精确的调整值。该方法首先将实时工况数据作为证据信息输入到混合贝叶斯网络模型中,利用贝叶斯网络推理获取安全控制决策;在消除异常工况的基础上,结合模拟退火算法,获取质量控制决策,进一步提升产品质量,实现煤泥浮选过程的安全与质量一体化控制。最后,通过煤泥浮选仿真实验平台验证所提方法的有效性。 (2)煤泥浮选过程复杂度与规模化程度较高,包含原煤处理、重介质分选、泡沫浮选等多个关键环节,传统的集中式建模难以完整描述各环节变量间的复杂因果关系,从而导致构建的贝叶斯网络控制模型精度较低。因此本文结合分布式建模策略,提出一种基于分布式混合贝叶斯网络的煤泥浮选过程安全与质量一体化控制方法。离线建模过程中,该方法将煤泥浮选过程划分为若干相互关联的局部模块,每个局部模块根据自身的需求和特点建立相应的局部混合贝叶斯网络模型,进一步利用关联变量建立煤泥浮选过程的全局混合贝叶斯网络模型,根据实际情况对各局部模块进行调整和优化,降低计算与推理的复杂度。在线应用过程中,首先采用贡献图算法识别异常模块,从局部混合贝叶斯网络角度出发,利用贝叶斯网络推理得到调整该异常模块的安全控制决策;在此基础上从全局混合贝叶斯网络角度出发,结合模拟退火算法获取质量控制决策,提升产品质量,实现煤泥浮选过程的安全与质量一体化控制。最后,通过煤泥浮选仿真实验平台验证所提方法的有效性。 (3)针对由于工况波动导致的贝叶斯网络模型泛化能力不足,无法制定精确的控制决策问题,本文提出一种基于集成学习与分布式混合贝叶斯网络的煤泥浮选过程安全控制方法。该方法利用集成学习中的Bagging算法策略,通过对训练集进行分层抽样生成多个子训练集,从而构建混合贝叶斯网络模型组。在异常工况发生时,这些模型能够独立制定各自的控制决策;在此基础上,采用权值法加权融合各模型的决策结果,形成最终的安全控制决策,显著提高控制决策的准确性和鲁棒性。最后,通过煤泥浮选仿真实验平台验证所提方法的有效性。 该论文有图26幅,表19个,参考文献91篇。

关键词： 螺旋折叠体   手性控制   手性诱导   螺旋手性   内消旋螺旋分子  

摘要： 手性是物质世界的基本特征,它在自然界和生物体中普遍存在。生命体系不仅有常见的分子手性,还存在螺旋手性等高层级手性,如蛋白质的α-螺旋、双螺旋DNA以及胶原蛋白的三重螺旋等。在生物系统中,从分子、大分子到纳米级的分层组装结构的手性和能量信息的转移对于实现生命过程中识别、复制和催化等复杂功能至关重要。目前,科学家们利用化学手段对手性物质的性质和功能进行了广泛的研究,不仅能够精准高效地合成结构丰富的手性化合物,而且拓展了手性物质在生命科学、信息科学、材料科学等学科领域的应用。 天然生物大分子通常具有特定的螺旋结构,在维持生命体正常的生理活动中发挥着至关重要的作用,这些折叠的高级结构大多以非共价键的形式连接起来。受到天然高级结构的启发,科研工作者们尝试利用化学合成方法构筑具有明确分子构象的人造折叠体,以期能够模拟天然螺旋的结构与功能,帮助人们理解生命体系中的分子折叠机制。除了构建人造折叠体来实现天然螺旋结构的化学模拟之外,如何控制螺旋结构的手性,揭示螺旋结构之间的手性竞争关系,成为螺旋手性领域亟待研究的重要课题。可以预期的是,当通过共价甚至非共价作用在螺旋折叠结构中引入分子手性时,可以实现对称性破缺现象从分子手性到螺旋手性甚至超分子手性的传递与放大,这为高层级手性材料的设计提供了分子基础。因此,研究螺旋折叠结构中的手性演化过程对揭示手性的层级传递机制以及构建高层级手性结构具有重要的研究意义,也为制备新型手性物质提供了新的思路。 本论文旨在利用分子折叠策略合成了具有螺旋结构的人造折叠体,探究从分子手性到螺旋手性的诱导与放大机制,研究螺旋手性在分子内的竞争关系,实现螺旋手性的有效控制。主要研究工作包括两个部分,其一:成功合成了具有单一手性的折叠体分子,并通过环化策略增强了螺旋结构的稳定性,探究了螺旋结构手性的控制问题;其二:通过分子内超分子作用设计一种螺旋内消旋体结构,探究螺旋手性的传递以及在传递过程中的手性竞争问题。这些研究结果为理解螺旋结构的有效控制及其手性变化提供了有价值的信息。具体的研究内容如下: 1)人造折叠体螺旋手性的控制 利用有机合成与分子折叠策略制备了芳香酰胺螺旋折叠体,并通过各种光谱技术包括晶体衍射表征了它们的分子结构及其螺旋构象。通过在螺旋折叠体的羧基末端(C末端)引入S/R-2-(4-苯基-噁唑-2-基)苯胺手性基团分别获得具有单一左手和单一右手的螺旋折叠体,并利用分子折叠产生的空间效应实现了螺旋构象的共价固定化。通过侧链共价桥连的环化折叠体展现出比未环化的折叠体更高的螺旋构象稳定性,并有效抵抗溶剂以及金属离子络合作用对螺旋结构稳定性的影响。研究表明,环化螺旋折叠体在酸碱调控螺旋手性的过程中可以从解折叠状态回到最初折叠状态,且此过程可以多次循环,展现出优异的手性开关性质。 2)人造折叠体螺旋手性竞争 利用分子内氢键作用锁住两个螺旋分子实现在空间上螺旋折叠受限的设计理念,成功合成了一种由左手螺旋和右手螺旋组成的内消旋体结构,并通过各种表征技术证明了其左手螺旋和右手螺旋共存结构。通过紫外光谱和荧光光谱探究了内消旋螺旋分子的光谱性质,为高层级手性发光材料的设计提供了新结构模型。同时,圆二色谱实验发现,两个镜像螺旋手性的内消旋分子在手性诱导过程中产生了中间生色基团的手性,表明镜像螺旋手性对中心生色基团的手性竞争不能导致消旋作用,而是受到远程分子手性的控制。这些研究结果证实内消旋结构中手性诱导表现出手性远程控制的特点,这为理解螺旋手性间的传递、竞争以及控制提供了新的思路。

摘要： 浸在液体(或气体)中的物体会受到向上的力,我们称这个力为浮力.浮力的方向始终竖直向上,浮力的大小与物体所处的液体(或气体)的密度和排开液体(或气体)的体积有关.在科技发展的过程中,浮力知识的应用贯穿古今.下面,我们跟随数理化小组的小姝、小丽和小华一起来探索我国科技发展过程中的浮力知识吧.题源1:孔明灯是我国古代的一项发明,小姝查阅资料得知孔明灯的升空原理和现代的热气球的升空原理一致,请你利用所学的浮力知识解答小姝给出的问题.

关键词： 空间末端拦截   近距离接近   姿轨耦合控制   多约束   预设时间控制   固定时间控制  

摘要： 随着航天系统在军事领域的地位不断提高,世界各国开始发展反卫星技术。空间拦截和在轨捕获是两种典型的反卫星手段,而空间末端拦截和近距离接近作为上述反卫星手段的重要环节,决定了攻击任务的成功与否。此外,在任务期间,受到传感器、执行器、星体结构的限制,需要系统满足不同的约束和收敛时间要求。基于以上分析,本文分别针对空间末端拦截和攻击航天器近距离接近两种作战场景,研究姿态轨道联合控制方法,并综合考虑输入饱和约束、导引头视场约束、相对状态约束、系统性能约束、避碰安全约束和姿态禁止约束,研究具有固定时间收敛特性、高精度、强鲁棒性的控制策略。本文主要研究内容如下: 首先,针对考虑导引头视场约束的空间末端拦截问题,通过提出一种非奇异固定时间滑模面并基于平行接近法思想,分别设计固定时间滑模制导律和固定时间姿态跟踪控制器。在此基础上,考虑拦截器惯性参数未知情况,基于参数辨识理论对惯性参数进行在线辨识。之后,结合自适应控制方法设计自适应固定时间滑模制导律和自适应固定时间姿态跟踪控制器,并基于脉宽脉频调制技术将连续推力转化为脉冲推力。可以实现当系统存在未知扰动、模型不确定性、测量噪声等不利因素时系统状态在固定时间内收敛以及对拦截器惯性参数的辨识。 其次,针对考虑系统状态约束的航天器近距离接近问题,通过设计一种基于神经网络的固定时间扰动观测器,在不使用模型信息条件下对系统不确定项进行估计并移除扰动导数有界的假设。利用反步控制方法和状态变换的思想提出一种可以同时处理系统全状态约束和无约束情况的统一框架,并设计自适应固定时间位姿一体化控制器。之后,为了同时对系统的动态性能和稳态性能进行约束,以及避免对系统收敛时间上界的复杂计算,提出一种预设时间性能约束函数,并基于动态面控制方法设计预设时间性能约束控制器。考虑到系统性能约束和输入饱和之间的矛盾问题,基于“降低性能约束函数收敛速度”的思想提出一种自适应抗饱和性能约束函数,并设计基于神经网络的抗饱和预设时间性能约束控制器。 再次,针对考虑避碰安全约束的航天器近距离接近问题,考虑目标的几何外形设计一种光滑的安全包络曲面,解决了攻击航天器飞行过程中安全区域的界定问题。进而通过提出一种非奇异固定时间终端滑模面并结合人工势函数方法设计自适应固定时间安全约束控制器。之后,进一步考虑攻击航天器不携带速度传感器情况,利用固定时间扩张状态观测器对系统的相对角速度和相对速度进行估计,并在无速度测量情况下基于扩张状态观测器设计自适应抗饱和固定时间安全约束控制器。 最后,针对同时考虑全状态性能约束和避碰安全约束的航天器近距离接近问题,通过构建预设时间性能约束函数并基于人工势函数方法描述了系统的全状态性能约束和避碰安全约束。通过状态变换的思想将受约束的系统等效成无约束的系统,并使用复合神经学习方法对系统的模型项和不确定项进行估计,设计了低复杂度复合神经学习预设时间多约束控制器。之后,进一步考虑了姿态禁止约束,并为解决输入饱和与性能约束的矛盾问题,基于“扩大性能约束范围”的设计思想,给出了自适应抗饱和性能约束函数,进而设计复合神经学习抗饱和预设时间多约束控制器。