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关键词： Rayleigh-Bénard对流   双扩散对流   固液相界面   剪切流   流动稳定性  

摘要： 浮力驱动对流是自然界和工业界最常见的流动之一,广泛存在于各种传热传质过程。值得注意的是,在过去几十年全球气候变化与南北极的冰川融化相互影响,形成恶性循环,频频引发极端天气。太阳辐射驱动的冰川表面融化和温暖海水驱动的冰川基底融化是造成冰川融化的两大主要因素。研究冰川表面融化和基底融化过程中的流动稳定性对深入认识冰川融化过程、预测冰川融化速率具有重要意义。因此本文在冰川融化背景下开展一系列浮力驱动对流的流动稳定性研究。 开展相界面和剪切流作用下Rayleigh-Bénard对流线性稳定性研究。基于受太阳辐射和极地寒风影响的表面融化的真实物理过程,考虑固液界面和剪切流共同作用下的Rayleigh-Bénard对流模型。考虑两种不同的固相热力学状态(导热和不导热)和两种常见的剪切流形式(Poiseuille流和Couette流),通过求解线性问题的特征值计算(准)稳态相界面和剪切流共同作用时Rayleigh-Bénard对流线性失稳的临界瑞利数和临界波数,发现系统存在的三种流动稳定性模式,包括边界模式,混合模式和主流模式。利用渐近能量分析明确剪切流抑制Rayleigh-Bénard不稳定的两种物理机制。 进行融化边界RB对流直接数值模拟研究。利用格子-Boltzmann方法对非稳态固液界面和Couette流作用下Rayleigh-Bénard对流的非线性动力学进行研究。研究发现非稳态固液界面会抑制Rayleigh-Bénard对流的一次失稳,随着固液界面与Rayleigh-Bénard对流之间的时间尺度间隔增大,一次失稳的临界瑞利数减小。非稳态相界面还会通过锁定效应抑制Rayleigh-Bénard对流的二次失稳,并在一定条件下强化对流换热。另一方面,当雷诺数足够大时剪切流会抑制融化边界Rayleigh-Bénard对流的一次失稳。然而,由于剪切流能够有效打破相界面的锁定效应,因而会促进RB对流的二次失稳,并降低对流换热效率。 分析相界面和剪切流作用下的扩散对流线性稳定性。基于冰川基底融化的物理背景,研究冰水界面和海洋水平流动对扩散对流稳定性的影响,明确不同盐度瑞利数时,冰层厚度对扩散对流线性临界点、以及震荡不稳定和单调不稳定转捩临界点的影响规律。考察盐度梯度较小时Kolmogorov流对扩散对流线性稳定性的影响,揭示扩散对流中震荡不稳定、单调不稳定和Kelvin-Helmholtz不稳定的基本特性和它们之间的转捩路径。在盐度梯度较大时,明确双扩散与剪切流相互作用所产生的温盐剪切不稳定的物理本质,并利用能量分析确定其根本能量来源。 探究高纬度海洋中温盐阶梯形成机理。研究扩散对流的瞬态能量增长,并分析该瞬态增长与剪切流的相互作用,提出高纬度海洋中温盐阶梯的形成的新机理。利用非模态分析,通过对线性算子进行特征值分解,计算不同模态造成的瞬态能量增长,从模态相互作用的角度揭示了纯扩散对流中瞬态能量增长的物理机制,随后利用input-output分析明确了瞬态能量增长过程中各个物理场之间的相互作用和扰动能量的主要成分。在有界Couette流作用时,发现双扩散与剪切流相互作用能够产生非常显著的瞬态能量增长,利用瞬态能量分析揭示瞬态能量增长过程中双扩散与抬升机制协同作用的物理机制。 考察海洋双扩散对流在时间-空间中的演化特性。利用时间-空间稳定分析,研究有/无单向剪切流作用时盐指对流和扩散对流的绝对与对流不稳定。明确在没有剪切作用下,无论是在单调不稳定区还是震荡不稳定区,双扩散对流都是绝对不稳定的。在Couette流作用时,发现扩散对流在时空中演化时存在的四种不稳定形式,解释雷诺数大于零时震荡对流直接分岔形成绝对不稳定的原因。此外,研究发现剪切流会造成盐指对流对普朗特数和扩散速率比的依赖性,利用能量分析解释这种依赖性背后的物理机制。

关键词： 在线批阅   文本检测   版面分析   YOLOv7   DeepLabV3+  

摘要： 无结构标记试卷作为课堂测验或者期末考试中采用的答题方式,在结构设计上具有灵活性。由于此类试卷缺少对答题区域的限制,为版面分析带来了挑战。以往的版面分析方法在布局规则的版面中实现区域的划分,而无结构标记试卷中含有大量的手写文本,部分作答内容超出答题区域,导致不同题目的答题区域难以分开,影响了版面分析的准确率。 本文针对此类试卷的印刷体文本检测与版面分析的问题,首先进行试卷中印刷体文本区域的检测,再通过语义分割模型和试题区域分割算法完成版面分析。同时,构建无结构标记试卷阅卷系统,使阅卷者通过该系统完成试卷的在线批阅。 为了提高印刷体文本检测的准确率,在YOLOv7模型的骨干网络部分加入Swin Transformer V2模块,利用其特有的移动窗口化机制,增强网络的全局特征提取能力;针对YOLOv7骨干网络中ELAN模块计算复杂和参数量大的问题,采用Ghost Net V2模块替换ELAN模块,减少模型的参数并提升模型性能;针对原始损失函数缺少类别信息的权重因子问题,将模型的损失函数替换为SIo U,进一步提高模型的训练和推理速度。实验表明,同现有模型相比,改进后的模型在参数量缩减至45.6m的情况下,检测精度达到了90.8%。 为解决答题区域布局不规则,影响试卷版面分析准确率的问题,本文提出了基于Deep Lab V3+的改进模型和试题区域分割算法。构造了融合投影特征图的多通道输入模型,使模型更关注试卷的布局结构,再结合构建的C＿ASPP模块,提升网络的特征提取能力,从而提高试题区域分割的准确性。通过试题区域分割算法,将掩模图像进行水平投影,并判断印刷体文本坐标与图中波谷坐标的位置关系完成区域的修正,实现对试卷的版面分析。改进后的模型相较于原模型,平均交并比提高了2.5%,准确率提高了3.5%。 结合上述研究,本文构建了集成模型,设计并开发了阅卷系统,为无结构标记试卷的在线批阅提供了一种可行的解决方案。

关键词： 生物学学科核心素养   普通高校招生全国统一考试(乙卷)   生物试题  

摘要： 对2021—2023年普通高校招生全国统一考试(乙卷)生物试题从生物学学科核心素养的视角进行比较研究,以中国高考评价体系为指导,采用举例分析、数据统计等方法,从试题呈现方式、试题类型、学科核心素养等方面对三套试卷进行比较分析。总体而言,近三年高考全国乙卷生物试题对四大生物学学科核心素养均有所体现,且表现出多维度、多水平的考查特点。根据研究结论,分别从“重视基础知识、创设情境驱动、拓展实验教学、关注实际问题”四个方面提出培养生物学学科核心素养的教学策略。

关键词： 初一学生   学业浮力   学习行为   心理健康课程  

摘要： 初中生正处于青春期,面临着心理和生理的巨大变化;学生在处理青春期烦恼的同时还面临着各种学业挫折、挑战和困难,因此不可避免地会产生压力和挫折感。这种日常性的挫折、困难不仅会损害个体的心理健康,也会导致个体出现厌学、拖延等不良学习行为。学业浮力作为一种积极的心理品质,对个体在面对学业挫折时能够采取恰当策略、完成学习任务,并最终获得学业成功具有至关重要的作用;也是个体恰当地处理学习中的挫折所必需的一种能力。提升个体的学业浮力对个体养成良好的学习行为,取得学业成功十分重要。因此,本研究以学业浮力为主题设计干预课程,探索改善学业浮力、学习行为的有效方法,为良好学习行为的养成提供一些参考。 本研究包括两个方面,研究一采用问卷调查法探讨初一学业浮力对学习行为的影响,对大理市某中学初一年级510名学生进行,选用学业浮力问卷和学习行为综合评定量表了解初一学生学业浮力和学习行为的总体状况及特点。研究二基于研究一的结果,学业浮力与学习行为呈正相关关系,且学业浮力能正向预测学习行为。以学业浮力为切入点,结合“5C”模型从自我效能感、情绪稳定性、坚持、计划、控制和外在支持六个方面,设计了 8节学业浮力干预课程对初一学生进行干预。对实验班(n=43)进行8周的学业浮力课程干预,对照班(n=42)不做任何处理;在干预课程结束后对两个班学生都进行后测,并对实验班的干预效果进行评估。 研究结果表明:(1)初一学生学业浮力和学习行为整体处于中等水平;(2)学业浮力、学习行为在性别、家庭所在地、是否担任班干部、父母文化程度上存在不同程度的差异;(3)初一学生学业浮力与学习行为存在显著正相关关系,学业浮力的执行力、外在支持、自我效能感能够正向预测学习行为。(4)学业浮力干预课程对初一学生的干预效果较好,学业浮力干预课程能有效提高学生的学业浮力水平,进而养成良好的学习行为,达到预期的干预效果。 基于以上结论本研究分别为学校及教师和学生提出以下教育建议:首先对学校及教师的建议:(1)积极落实学业浮力课程,提升学生学业浮力水平;(2)激发学生的学习兴趣,培养学生的自我效能感;(3)引导学生建立积极认知,掌握情绪调节的方法;(4)利用多方资源,提供社会支持。其次对学生的建议:(1)建立积极认知,增强自我效能感;(2)把握自我管理的方法,制定切实可行的目标;(3)建立良好的人际关系,完善社会支持系统。

摘要： 为研究高压直喷天然气发动机的欠膨胀射流特性,构建直喷发动机射流瞬态特性数值模型,仿真分析气体射流发展过程及特性,欠膨胀射流试验与模拟近场对比如图1所示,图中D为喷孔直径。由图1可知:欠膨胀射流最主要的特征是出现马赫盘,数值模拟较好地展现了射流近场马赫盘的结构,仿真的马赫盘高度与试验结果吻合较好。通过高速摄像技术捕捉瞬态射流形态,并提取射流轮廓,获得射流参数,经过0.8 ms后不同喷射压力p时的射流如图2所示。由图2可知:随着喷射压力增大,马赫盘的尺寸增大,射流在轴向和径向的尺度增加,有利于天然气和周围空气快速混合。

摘要： 组合动力高超声速飞行器具备更快的响应速度、更强的突防能力，能够执行侦查、攻击和损伤评估等任务，是未来高超声速飞行器发展的重点方向。当前组合动力的使用策略研究主要集中于周期性巡航轨迹优化、再入式武器动力补能、上升段连续助推等问题，而针对下降段动力使用策略相关研究较少。

关键词： 湍流   气体爆炸   爆炸极限   火焰传播   合成气  

摘要： 在实际生产生活中,燃爆事故的发生多处于湍流流场中,研究湍流对可燃气体爆炸极限和火焰传播过程的影响具有重要意义。合成气作为一种清洁能源,在国防工业生产与使用中具有广阔的应用前景。由于合成气制备方式的差异,造成合成气中不同组分的含量差别较大,进而引起燃料理化性质的差异。在制备的合成气中除了主要的可燃气体氢气和一氧化碳以外,还有组分不等的惰性气体氮气和二氧化碳。本文针对不同化工生产过程合成气组分和含量的多变性特点,研究了3种不同组分的合成气H2/CO,H2/CO/N2和H2/CO/CO2的爆炸极限和火焰传播过程。主要研究内容如下: 1.研究了湍流对不同组分合成气爆炸极限的影响。利用FRTA爆炸极限测试仪进行爆炸极限的测试,通过调节仪器内置搅拌转子的转速改变湍流状态与强度。首先,对静止状态下及湍流状态下不同组分及含量的合成气（H2/CO,H2/CO/N2和H2/CO/CO2）的爆炸极限进行测试;其次,对湍流和温度耦合条件下不同组分及含量的合成气（H2/CO,H2/CO/N2和H2/CO/CO2）的爆炸极限进行研究。结果表明,随着湍流强度增加,合成气的爆炸下限逐步降低,且爆炸下限在初始温度和湍流强度耦合作用下的变化幅度更大。当合成气中含有惰性气体N2或CO2时,随着合成气组分中惰性气体比例的增大,相应的合成气爆炸下限升高,爆炸上限也升高。当惰性气体比例相同时,合成气H2/CO/CO2的爆炸下限高于合成气H2/CO/N2的爆炸下限,而爆炸上限低于合成气H2/CO/N2的爆炸上限,爆炸范围缩小。 2.研究了合成气-空气预混火焰的演变过程。利用高速摄影系统实现了火焰传播动态全过程的完整记录,得到了合成气组分、浓度和湍流强度对火焰形态和火焰传播时间的影响规律。结果表明,相同浓度下,H2/CO/N2合成气和H2/CO/CO2合成气同时刻的火焰高度和火焰亮度均低于H2/CO合成气,火焰传播时间也相对滞后,且H2/CO/CO2合成气比H2/CO/N2合成气火焰更弱。在爆炸下限附近,同一组分的合成气,随着其浓度增大,火焰亮度增强,火焰传播加快,达到最大高度的时间缩短,火焰持续时间也变短。当合成气-空气混合气体在静止状态时,火焰前锋阵面较为平滑。当合成气-空气混合气体在湍流状态时,湍流扰动作用使火焰形态发生变化,其前锋阵面产生褶皱,边界不清晰,且随着湍流强度的增大,这种现象更加明显。在弱湍流环境下,即当搅拌子转速为0-600 r/min时,随着湍流强度增大,火焰达到最大高度的时间增加,火焰传播时间变长。在强湍流环境下,即当搅拌子转速为800-1200 r/min时,随着湍流强度增大,火焰达到最大高度的时间提前,火焰传播时间变短。 3.研究了不同组分、不同浓度和不同湍流强度下合成气的火焰传播速度。在火焰演变过程研究的基础上,对拍摄的火焰传播图像进行处理,获得不同时刻的火焰前锋阵面高度,从而计算得到火焰传播速度。结果表明,相同浓度下,H2/CO/N2合成气和H2/CO/CO2合成气同时刻的火焰前锋阵面高度和火焰传播速度均低于H2/CO合成气,达到最大高度及传播速度峰值的时间也相对滞后,且H2/CO/CO2合成气比H2/CO/N2合成气火焰传播更慢。在爆炸下限附近,同一组分的合成气,随着合成气浓度增大,火焰传播速度增大,相同时刻火焰前锋阵面更高,火焰达到最大高度及速度峰值的时间提前。湍流环境对火焰传播的影响作用是复杂的。在弱湍流环境下,即当转速范围在0-600 r/min时,对应于同一时间,随着湍流强度增大,火焰前锋阵面的高度降低,达到速度峰值的时间推后。火焰传播的最大速度因合成气种类和浓度的不同随湍流强度改变呈现出不同的变化。在强湍流环境下,即当转速范围在800-1200 r/min时,随着湍流强度增大,火焰前锋阵面高度升高,火焰传播速度增大,且达到速度峰值的时间提前。 4.化学当量浓度下合成气爆炸危险性较大,难以通过实验获得其燃爆过程。利用ANSYS Fluent三维软件对化学当量浓度下合成气-空气混合物的爆炸行为进行了模拟研究。首先,建立了合成气-空气燃料预混爆炸仿真模型,对合成气-空气预混燃烧情况进行数值模拟,并与相同初始条件下的实验结果进行对比,发现模拟中的火焰发展过程与实验中的呈现一致性。实验和模拟结果表明高湍流强度加快火焰传播速度的趋势是一致的。其次,利用所建立的仿真模型对合成气化学当量浓度的爆炸过程进行了预测。研究发现在化学当量浓度下,湍流强度对合成气火焰锋面和火焰传播速度的影响作用较弱。这是因为合成气在化学当量浓度下的化学反应速率最快,反应完成的时间最短,湍流流动对火焰面的扰动作用时间太短导致火焰褶皱和火焰加速都不明显。