电力系统稳态分析试题

2024-10-19

电力系统稳态分析试题（精选7篇）

电力系统稳态分析试题篇1

一．单选题：（在本题的每一小题的备选答案中，只有一个答案是正确的，请把你认为正确答案的题号，填入题干的括号内，多选不给分。每小题1分，共10分）

1、下面所列各组电力网接线方式中，完全属于有备用接线的一组是（）。

A、两端供电网、环网、双回线路辐射网 B、双回线路辐射网、环网、单回路链式网

C、单回路辐射网、两端供电网、单回路干线网

2、关于中性点不接地三相对称系统的中性点对地电压，下述说法中正确的是()。

A、正常运行时为零，单相接地时升高为线电压；

B、正常运行时为零，单相接地时升高为相电压；

C、正常运行时无法确定，单相接地时为相电压。

3、220kv电力系统中性点应采用的接线方式是（）。

A、不接地； B、直接接地；

C、经消弧线圈接地。

4、架空输电线路采用分裂导线的目的是()。

A、减小输电线路电阻； B、减小输电线路电抗；

C、增大输电线路电容。

5、500kv超高压输电线路两端装设并联电抗器的目的是()。

A、防止输电线路重载时末端电压降低；

B、防止输电线路轻载时末端电压升高；

C、防止输电线路轻载时末端电压降低。

6、关于单侧电源电力网，下述说法中正确的是（）。

A、电力网的功率分布由负荷分布确定，其潮流无法调控；

B、电力网的功率分布与线路阻抗有关，其潮流无法调控；

C、电力网功率自然分布就是功率的经济分布。

7、在一个具有n个独立节点的系统中，节点阻抗矩阵的阶数为()。

A、n×n阶； B、（n－1）×（n－1）阶；

C、（n＋1）×（n＋1）阶。

8、系统中有功功率不足，会造成()。

A、电压水平上升； B、电压水平下降； C、频率下降。

A、1号机组； B、2号机组； C、同时减小。

10、电力系统无功电源最优分配的目的是（）。

A、使电力系统总的能源消耗最少； B、使电力网的有功损耗最小； C、使电力系统的电能质量最好。

二．判断题：（下列各题中，你认为正确的，请在题干的括号内打“√”，错误的打“×”。每小题1分，共15分）

1、输电线路首端电压不一定总是高于末端电压。（）

2、高压系统中，有功功率总是从电压相位超前的点向电压相位滞后的点传输。（）

3、辐射形网络的潮流分布和环网的潮流分布都可调控。（）

4、在多电压等级环形电力网中一定存在循环功率。（）

5、中等长度线路是指100Km以下、300Km以下的线路。（）

6、35KV电力系统都采用中性点不接地的中性点运行方式。（）

7、电力系统无功电源的最优分配原则是等耗量微增率准则。（）

8、任何两端供电网的供载功率分布都不可能是经济功率分布。（）

9、同一电压等级的所有电气设备的平均额定电压都相同。（）

10、多电压等级环形网络中，线路串联纵向加压器主要改变电力网的无功功率分布。（）

11、未装设无功补偿装置的降压变电站的低压母线为PQ节点。（）

12、最大负荷时将电压中枢点的电压适当升高，最小负荷时将电压中枢点的电压适当降低，电压中枢点的这种调压方式称为逆调压。（）

13、有载调压变压器可以在不停电的情况下改变分接头。（）

14、并联电容器既可作为无功电源向系统送出（感性）无功功率，又可作为无功负荷从系统吸收（感性）无功功率。（）

15、我国对电力系统频率偏移的规定是正常情况下不超过+-5%。（）

三．简答题：（每小题5分，共25分）

1、对电力系统的基本要求是什么？

2、对调频电厂的基本要求是什么？什么电厂最适宜担负系统调频电厂？

3、什么叫功率分点？标出下图所示电力系统的功率分点。

4、在下图所示的电路中，变压器的实际变比如图所示，并联运行的两台变压器中有无循环功率存在？为什么？如果循环功率存在的话，请指出循环功率的方向。

5、在无功电源不足引起电压水平普遍偏低的电力系统中，能否通过改变变压器变比调压？为什么？

四．计算题：（共50分）

1、某35KV电力系统采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，已知35KV线路长度为100公里，线路每相的对地电容为，单相接地时流过接地点的电流为3.6安培，求消弧线圈的电感值。（10分）

2、110kv降压变压器铭牌数据为：

① 计算变压器的参数（归算到110KV侧）；

② 画出变压器的形等值电路。（10分）

3、某地方电力网的等值电路如下图，有关参数均已标于图中，求网络的初步功率分布标出其功率分点，并计算其经济功率分布。（10分）

4、联合电力系统的接线图及参数如下，联络线的功率传输限制为300MW，频率偏移超出才进行二次调频，当子系统A出现功率缺额200MW时，如系统A不参加一次调频，联络线的功率是否越限？（10分）

5、某降压变电所装有一台容量为10MVA，电压为的变压器。已知：最大负荷时变压器高压侧电压为114KV，归算到高压侧的变压器电压损耗为5KV；最小负荷时变压器高压侧电压为115KV，归算到高压侧的变压器电压损耗为3KV。现要求在低压母线上实行顺调压（最大负荷时要求电压不低于线路额定电压的倍；最小负荷时要求电压不高于线路额定电压的倍），试选择变压器的分接头。（10分）

电力系统稳态分析模拟试题参考答案

一．单项选择题：（每小题1分，共10分）

1、A

2、B

3、B

4、B

5、B

6、A

7、A

8、C

9、B

10、B

二．判断题：（每小题1分，共15分）“√”，错误的打“×”)

1、√

2、√

3、×

4、×

5、√

6、×

7、×

8、×

9、√

10、√

11、√

12、√

13、√

14、×

15、×

三．简答题：（每小题5分，共25分）

1、答：对电力系统的基本要求有：满足用户对供电可靠性的要求（2分）；具有良好的电能质量（2分）；电力系统运行的经济性要好（1分）。（意思对即可得分）

2、答：对调频厂的基本要求是①具有足够的调节容量；（1分）②调节速度要快；（1分）③调节过程的经济性要好（1分）。具有调节库容的大型水电厂最适宜作为调频电厂（2分）。

3、答：电力系统中如果某一负荷点的负荷功率由两侧电源供给，则该负荷点就是功率分点，功率分点又分为有功功率分点和无功功率分点（3分），分别用“▼”和“▽”标注。图示电力系统中负荷点2为有功功率分点（1分），负荷点3为无功功率分点（1分）。

4、答：有循环功率存在（3分）。因为上述网络实际上是一个多电压等级环网，两台变压器的变比不匹配（如取绕行方向为顺时针方向，则 ,所以存在循环功率（1分）；循环功率的方向为逆时针方向（1分）。

5、答：不能（3分），因为改变变压器的变比并不能改善电力系统无功功率平衡状态（2分）。

四．计算题：（共50分）

1、解：

单相接地短路时的原理电路图和相量图如下：

电力系统稳态分析试题篇2

随着大受端电网的形成和发展,感应电动机负荷动态特性对系统安全稳定运行,特别是对电压稳定性有着越来越重要的影响[1,2,3,4,5,6]。近10余年来,国内外对感应电动机负荷建模进行了广泛的研究,就空调负荷、感应电动机堵转模型、接于高压母线的感应电动机负荷模型、考虑配电网的感应电动机负荷模型等问题取得了一系列的成果[7,8,9,10,11],提高了感应电动机负荷建模的精度。

感应电动机负荷不同于一般负荷的最大特点是电动机在运行条件恶化时会发生堵转。堵转后,电动机将吸收大量的无功功率,导致电网局部电压下降,进而诱发其附近的电动机连锁堵转,从而造成电网电压的恶性下降,乃至引发电压崩溃事故。

从电力系统建模角度来看,通常都将一个负荷节点下的感应电动机分量等值为一台电动机,以此控制系统模型中等值感应电动机的数量,达到简化模型、提高分析速度的目的。但这也造成了一个局部电网中感应电动机模型数量较少,难以精确刻画上述电动机连锁堵转及其诱发的电压下降过程。

在基于复杂性的电力系统大停电研究[12,13,14,15,16]的启发下,文献[17]采用静态仿真方法研究了单负荷无穷大系统中感应电动机连锁堵转的宏观规律,发现临界条件下该规律与大停电的规律相一致,初步揭示了电力系统负荷本身的复杂性。但该文的结果主要依赖于数值仿真,未能给出电动机群连锁堵转状态的概貌。

本文在分析单台感应电动机的稳态运行状态的基础上,研究了感应电动机初始滑差的合理分布范围,并提出了单负荷无穷大系统中分析感应电动机群全部稳态运行状态的方法。

1 仿真模型和算法

考虑图1所示的单负荷无穷大系统,其中无穷大节点和负荷节点的电压分别为E∠0和V∠θ;忽略线路电阻,线路电抗为x;负荷功率为P+jQ,由恒阻抗负荷和N台感应电动机并联构成。

感应电动机采用基于图2所示T形等值电路[18]的一阶机械模型,其中,r1,x1,r2,x2,rm,xm分别为电动机定子、转子和励磁绕组的电阻和电抗,s为电动机滑差。为简单起见,不考虑电动机的低压保护、堵转保护等复杂控制,并假设N台感应电动机的参数相同,但初始滑差和初始功率不同。

易知,描述系统稳态的方程为:

$\begin{array}{l} Μ_{m i} - Μ_{e i} = 0 i = 1, 2, \dots, Ν (1) \\ Μ_{m i} = k_{i} [α + (1 - α) (1 - s_{i})^{p}] (2) \\ Μ_{e i} = \frac{r_{2}}{s_{i}} | \frac{z_{m}}{z_{1} z_{m} + (z_{1} + z_{m}) z_{2 i}} |^{2} V^{2} (3) \\ {\begin{cases} - \frac{E V}{x} \sin θ - G V^{2} - \sum_{i = 1}^{Ν} Ρ_{m i} = 0 \\ \frac{E V}{x} \cos θ - \frac{V^{2}}{x} + B V^{2} - \sum_{i = 1}^{Ν} Q_{m i} = 0 \end{cases} (4) \\ Ρ_{m i} - j Q_{m i} = C_{i} \frac{z_{m} + z_{2 i}}{z_{1} z_{m} + (z_{1} + z_{m}) z_{2 i}} V^{2} (5) \end{array}$

式中:Mmi和Mei分别为电动机i的机械负载转矩和电磁转矩;ki和si分别为电动机i的负荷率和滑差;α和p分别为电动机的静止阻力矩和机械负载特性指数;zm=rm+jxm;z1=r1+jx1;z2i=r2/si+jx2;G和B分别为并联恒阻抗负荷的电导和电纳;Pmi和Qmi分别为电动机i的有功和无功功率;Ci为任一时刻等值电动机i与典型电动机i的等值阻抗之比,初始化后即为常数。

式(5)表明,感应电动机在任一时刻下均可视为恒阻抗负荷,故可采用交叉迭代法求解式(1)和式(4)以避免采用较复杂的牛顿—拉夫逊法。其思路为:给定V,根据式(1)更新各电动机的si;然后由式(6)得到更新的V;如此反复,直至V收敛。

$V = \frac{E}{x \sqrt{(G + \sum_{i = 1}^{Ν} G_{m i})^{2} + (B - \frac{1}{x} + \sum_{i = 1}^{Ν} B_{m i})^{2}}} (6)$

式中:Gmi和Bmi分别为由式(5)得到的电动机i的等值电导和电纳。

2 单台电动机稳态运行状态的分析

感应电动机的稳态运行状态满足转矩平衡方程,见式(1)。按国内感应电动机负荷模型的仿真方法,通常给定电动机的初始滑差s0,结合负荷节点初始电压V0,由式(1)得电动机的负荷率k。初始化后,k即保持不变,这时式(1)描述了稳态下电机滑差s与负荷节点电压V之间的关系。

以一种国内典型感应电动机为例,其参数为[18]:r1=0.046 5,x1=0.295,r2=0.02,x2=0.12,rm=0.35,xm=3.5,s0=0.014,α=0.15,p=2.0,电动机负荷功率因数cos φ=0.8,设V0=1.0,在上述参数下,s与V间的关系见图3。

图3中有4个分岔点及其隔开的5段曲线。点1左侧的曲线对应于正常运行区间,这时电动机具有较小的s(s<0.057)。曲线段1-2和3-4对应的运行区间上,电动机小扰动不稳定。曲线段2-3对应于另一稳定运行区间,这时电动机具有较大的s(0.419<s<0.898),并要求较高的V(0.843<V<0.967),以下称该状态为亚稳定状态。点4向下的射线对应于电动机的堵转(s=1.0)运行状态。

从慢动态过程角度来看,若感应电动机初始运行于点1左侧的区间,且V逐步下降,则V<0.709后,电动机将无法正常运行,产生如图箭头所示的跳转而发生堵转。堵转后,若V逐步恢复,则V>0.864后,电动机跳转至曲线段2-3对应的亚稳定运行状态,并在V>0.967后,跳转至正常运行状态。类似地,若剧烈扰动后,电动机初步稳定于运行区间2-3,但V仍缓慢下降,则V<0.843后,电动机将跳转至堵转状态。

为叙述方便,以下记分岔点i对应的V为Vi(i=1,2,3,4);并特称分岔点1为临界点,记其s为scr。

转矩平衡方程(式(1))可写为:

$\frac{V^{2}}{k} = \frac{s}{r_{2}} | z_{1} + (1 + \frac{z_{1}}{z_{m}}) z_{2} |^{2} [α + (1 - α) (1 - s)^{p}] (7)$

式中:z2=r2/s+jx2。

式(7)右侧仅与电动机及其负载的参数有关,故各分岔点的s值与初始状态无关,但与相应的Vi和k有关。

3 电动机初始滑差分布范围的分析

在电力系统计算中,通常都将感应电动机的s0作为一个额定参数指定。但实际系统中,电动机的s0并不严格等于该值,而是分布在某一可能的范围中,因此,在分析感应电动机群运行状态前,需确定s0的合理分布范围。s0间接决定了电动机过载能力km、电效率η及临界电压Vcr等重要指标。其中,km指电动机最大转矩与额定转矩的比值,η指电动机输出电磁功率与总输入功率的比值,Vcr指临界点对应的电压。因此,可以通过考察这些电动机选型时需考虑的指标,反推电动机s0的合理分布范围。

图4给出了上述国内典型感应电动机的3个指标与s0的关系曲线,其中,圆圈所示位置为默认s0对应的值。可见,V0=1.0,s0∈时,km为2.207 26～1.301 93,Vcr为0.647 031～0.850 734,η>0.919,指标比较适中,可认为是较合理的s0分布范围。

4 电动机群稳态运行状态的分析方法

由于所用感应电动机参数下每台电动机可能具有3种稳态运行状态,即正常状态、亚稳定状态和堵转状态,因此,N台电动机排列组合的结果是N3种状态。这种计算量在N较大时难以承受。考虑到本文研究中,N台电动机均接于同一负荷节点,具有相同的参数但不同的初始条件,故在动态过程中,电动机的运动轨线不可能相交。这意味着,若N台电动机按其s0大小排列,且暂态结束后,分属3种状态的电动机数为n1,n2,n3,则必然有n1台最小s0的电动机正常运行,其后n2台电动机亚稳定运行,最后n3台电动机堵转。以下将此稳态运行状态记为S1。

显然,对N台电动机,n1∈[0,N],有N+1种情况;当n1确定后,并考虑到上述原则,则n2和n3的全部排列数为n2+n3+1,即N-n1+1;因此N台电动机的可能运行状态数为(N+1)(N+2)/2。这一数目远小于N3,计算较易实现。

进一步,由于电动机的3种状态分别对V有一定要求,故并不是全部(N+1)(N+2)/2种状态都存在。作为示例,图5给出了上述典型电动机参数下V0=1.0,s0∈CR,0.4SCR时4个分岔点对应的V曲线,记为V1,V2,V3,V4。

设电动机群的稳态运行状态为S1,记第n1台电动机的V1、第n1+1台电动机的V2、第n1+n2台电动机的V3以及第n1+n2+1台电动机的V4分别为Va,Vb,Vc,Vd,则n1台电动机正常运行需要V>Va,n2台电动机亚稳定运行需要Vc<V<Vb,n3台电动机堵转需要V<Vd。若不存在满足这些要求的V区间,则该运行状态不可能存在;否则记该V区间为L,VH。

上述V区间仅是电动机群自身的要求,尚未考虑系统潮流的约束。为此,假设电动机群维持在状态S1,采用第1节的算法迭代求解系统稳态;迭代中,若V越出区间L,VH,则该状态不可行;否则即可获得状态S1的稳态V。

以图1系统为例,设E=1.054 75,P+jQ=1.0+j0.5,故障前线路电抗xn=0.1;上述条件下,V0=1.0。记故障后线路电抗为xp;感应电动机负荷与节点总负荷之比为Mratio。设电动机分量由100台国内典型感应电动机构成;为便于分析和比较,再设各电动机的s0为MIN,SMAX之间的等差数列,初始功率相等。

图6显示了s0∈CR,0.4SCR,Mratio=0.6,xp=0.2下各稳态运行状态的V,P+jQ及VL和VH,其中状态总数为101,即堵转0～100台。可见,尽管存在5 151种可能的状态,但事实上仅有101种简单的情况存在。由图中曲线可见,随堵转台数Ns的增加,V和P几乎线性下降,而Q则接近于线性增加。这完全不同于负荷仅包含单台感应电动机时,若非正常即为堵转的情况。由于本文仅进行稳态分析,不涉及动态仿真,故不能判断系统在动态后最终稳定于何种运行状态。但较明显的是,随着扰动强度(如故障切除时间)的增加,Ns将趋于增大。若扰动为一随机量,且变化范围足够大,则必将包含全部可行的稳态运行状态。

在图6参数的基础上,将Mratio增加至0.9,分析结果见图7。

这时仅有26种稳态运行状态,即堵转0～24台及100台。由于堵转24台后电动机群的稳态运行状态缺失,故若扰动强度在堵转24台的基础上略增,则必将诱发连锁堵转,导致100台电动机全部堵转。同样,V,P,Q与Ns在Ns∈[0,24]时亦有较好的线性关系,但曲线斜率的绝对值增大,即每台电动机的堵转将造成更大的V,P,Q变化。

图8为图6条件下xp等于故障前线路电抗时的分析结果。这时有613种稳态运行状态;其中558种涉及亚稳定状态,分布在Ns∈[28,79]的区间中,这些状态均具有较高的VL;另外55种状态为简单状态,即堵转0～54台,其共同特点是具有较低的VL。由于亚稳定运行的电动机比正常运行的电动机吸收更多的无功功率,故对具有相同Ns的运行状态,所含亚稳定运行电动机数越多,其稳态电压和稳态有功功率也越低,这导致了图8中运行状态在Ns∈[28,79]区间呈带状分布。显然,在所研究的条件下,感应电动机群不会全部堵转,至少也会恢复至堵转79台的亚稳定状态。

图8及图5皆表明,亚稳定运行状态需要V接近于相应状态的VH,这通常意味着系统相对于负荷很强壮,因此可认为实际系统中很难出现该情况,故实用计算中,可忽略亚稳定运行状态的存在,而认为每台电动机只存在正常和堵转2种运行状态。

图9为Mratio=0.3,xp=0.2,s0∈的分析结果。该条件下具有155种运行状态,其中66种含亚稳定状态,分布在Ns∈[84,92]的区间中。简单运行状态89种,即堵转1～89台。显然,堵转0台、即全部电动机都正常运行的状态不存在。若将参数变化视为一个恶化系统运行条件的连续过程,则该算例的参数刚好使系统开始发生堵转,其smax的数值接近于文献[17]采用Γ形等值电路研究感应电动机静态连锁堵转时的一个临界条件。由于Mratio较小,与图6等相比,V,P,Q曲线斜率的绝对值较小,即每台电动机的堵转仅造成小量的变化。

5 电动机群和单台电动机在一定随机条件下的期望运行状态

5.1 一定随机条件下的电动机群

设图1系统中N台感应电动机的初始滑差s0为平均分布上的随机数。设各电动机初始功率在初始总电动机功率中的比重为平均分布[1,ρP,ratio上的随机数。这里,ρP,ratio为各电动机初始功率的最大比值,以此控制各电动机初始功率的差异。根据随机的比重,不难将初始总功率随机地分配至各电动机。易知,在上述条件下,各电动机初始功率的期望值为总功率的1/N。

由于在所研究的系统中,电动机群的等值导纳体现了所有的随机因素,且各电动机具有相同的随机性,按期望值公式,有

$G_{m} + j B_{m} = Ν \iint_{s_{0}, p} C (s_{0}, p) Y (s_{0}, V) f (p) g (s_{0}) d p d s_{0} (8)$

式中:p为刻画初始功率随机性的变量;C为等值机与典型机的等值阻抗比,是s0和p的函数;Y为初始滑差为s0的典型机在V下的等值阻抗;f和g分别为随机变量p和s0的概率密度函数。

由于各电动机初始功率的期望值为总电动机功率的1/N,故对p的积分很容易获得,并将问题化简为各电动机s0平均分布、初始功率相等的情况,这时有

$G_{m} + j B_{m} = \frac{Ν}{s_{\max} - s_{\min}} \int_{s_{\min}}^{s_{\max}} C (s_{0}) Y (s_{0}, V) d s_{0} (9)$

利用中点积分近似公式,式(9)可化为等间距的N项离散求和,有

$G_{m} + j B_{m} \approx \sum_{i = 1}^{Ν} C (s_{0 i}) Y (s_{0 i}, V) (10)$

式(10)可视为s0i为等差数列、功率为总电动机功率1/N的N台电动机在电压V下的等值导纳,从而s0平均分布、初始功率按平均分布[1,ρP,ratio分配的N台感应电动机群的期望等值导纳近似为s0呈等差数列,初始功率相等的N台电动机的等值导纳。这一结论说明第4节的计算结果可解释为相应堵转台数下,负荷节点电压和负荷功率的期望值。

5.2 一定随机条件下的单台电动机

设图1系统中的负荷仅包含一台感应电动机,其s0满足平均分布,则电动机的期望导纳为:

$G_{m} + j B_{m} = \frac{1}{s_{\max} - s_{\min}} \int_{s_{\min}}^{s_{\max}} C (s_{0}) Y (s_{0}, V) d s_{0} (11)$

类似地,化式(11)为等间距的N项离散求和,有

$G_{m} + j B_{m} \approx \sum_{i = 1}^{Ν} \frac{C (s_{0 i})}{Ν} Y (s_{0 i}, V) (12)$

式(12)可视为s0i为等差数列、功率为总电动机功率1/N的N台电动机在电压V下的等值导纳,从而第4节的结果亦可解释为s0平均分布的单台电动机在不同堵转期望Ns/N下,负荷节点电压和负荷功率的期望值。

6 结论

1)分析了感应电动机T形等值电路下转矩平衡方程的分岔情况,表明了分岔点的滑差仅与电动机及负载的参数有关,而分岔点的电压还与初始状态有关;研究了感应电动机的3个运行指标与初始滑差的关系,为获得初始滑差的合理分布范围提供了依据。

2)提出了单负荷无穷大系统中感应电动机群稳态运行状态的分析方法。电动机群初始滑差呈等差数列、初始功率相等的算例表明:感应电动机群可以有很多个稳态运行状态;运行状态数随系统运行条件的恶化而减少;影响系统运行条件的因素包括负荷中感应电动机分量的大小、初始滑差的分布范围、故障后系统的连接强度等;中等系统运行条件下,电动机群仅有简单运行状态,即各电动机或正常运行或堵转;重载条件下,电动机群的简单运行状态不连续,在扰动强度足够大时,将导致电动机连锁堵转;轻载条件下,电动机群会包含亚稳定运行状态,即某些电动机稳定运行于高滑差的状态;电动机群的简单运行状态连续时,负荷节点电压、负荷总有功/无功功率与堵转台数之间具有很好的线性关系。

3)研究了初始滑差平均分布、初始功率平均分布分配下的感应电动机群等值导纳的期望值,以及初始滑差平均分布下的单台感应电动机等值导纳的期望值,结果表明,初始滑差呈等差数列、初始功率相等的电动机群的确定性分析结果近似了随机条件下相应结果的期望值,这大大丰富了相关研究结果的意义。

电力系统稳态分析试题篇3

1.教学目标

1.知识目标：

⑴说出生态系统能量流动的概念；分析生态系统能量流动的过程和特点；概述研究生态系统能量流动的意义。

⑵通过图解分析各种元素在生物圈中的循环情况，通过比较总结物质循环的基本过程与特点。

2.能力目标：

⑴引导学生用数据来分析能量流动的特点，让学生在归纳总结的基础上，阐述出生态系统能量流动具有的两个特点。

⑵指导学生构建能量流动的概念模型、数学模型、物理模型。

⑶对生态系统中能量流动和物质循环加以分析，培养知识迁移和运用能力。3.情感、态度和价值观目标：

⑴通过小组分工与自主性学习相结合，培训同学发现问题解决问题以及与他人合作交流的能力。

⑵注重生态学观点的培养，同时关注农业的发展和生态农业的建设。⑶培养实事求是的科学态度，树立科学服务于社会的观点。

2.教学重点/难点

重点：

⑴生态系统能量流动的过程和特点。⑵研究生态系统能量流动的意义。⑶比较各种物质循环的基本过程与特点。难点：

⑴生态系统中能量流动、物质循环、的特点。⑵掌握生态系统中能量流动和物质循环的关系。

3.教学用具多媒体

4.标签

生物,苏教版,教案

教学过程(一)预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）情景导入、展示目标。

教师：根据你所完成“草地（或湖泊）生态系统与农田生态系统的能量流向与能量的利用率”的课外生物科技活动，完成由感性知识向理性知识的转化的实践。请你问答：两个不同的生态系统中，哪个生态系统的能量更多地流向人类。学生：农田生态系统。

教师：产生这种现象的原因是什么？

学生：在人的干预下缩短了食物链，并给予了该生态系统的最大能量和物质的输入。

教师：那么什么叫做能量流动？物质循环又是指的什么呢？能量流动和物质循环的关系是怎样的呢？

学生：随着温度的升高，蚂蚁活动加剧直至死亡。

师生共同分析：从上述例子不难看出，环境中的各种因素对生物的影响是十分深刻的。因此，我们把环境中影响生物的形态、生理和分布的因素，叫做生态因素。

教师：根据有无生命的特征可以把生态因素分为非生物因素和生物因素。生物因素指周围环境中的其他生物，包括同种和不同种生物的个体和种群。非生物因素包括光、温度、水等很多种，下面我们重点讲述光、温度和水这三种非生物因素对生物的影响。

（三）合作探究、精讲点拨。探究一

对能量流动的理解

阅读课本P83-84相关内容，结合“塞达伯格湖的能量流动图解”，进行分析、思考并小组讨论下列问题：〖问1〗图中各箭头代表的是什么意思？何谓能量流动？

【讲述】该生态系统中的能量流动的方向及能量的多少。能量流动是指生态系统中能量的输入、传递和散失的过程，称为生态系统中的能量流动。〖问2〗分析图示可知能量流动具有什么样的特点？生态系统能量的作用又是什么？

【讲述】从方向上看能量流动是单向流动的，从数值上看能量流动是逐级递减的。生态系统能量的作用：是维持生态系统稳态的动力。

〖问3〗生态系统中所需要的能量主要来自于哪？能量流动是从什么地方开始的？输入生态系统的总能量是多少？能量流动的渠道是什么？【讲述】生态系统中能量的源头：太阳能。能量流动的起点：从生产者固定的全部太阳能开始。流经生态系统的总能量：生产者所固定的太阳能总量。能量流动的渠道：食物链和食物网。

〖问4〗生产者固定的能量，流经第二营养级的能量来源及去处如何？【讲述】每个营养级的能量来源。（1）生产者：来自太阳能。

（2）消费者：一般来自上一个营养级。（3）分解者：来自生产者和消费者。各营养级能量的去处：

（1）一是自身通过呼吸作用分解一部分有机物,释放能量；（2）随尸体、排泄物等流入到分解者中；

（3）有一小部分有机物中的能量流入到下一个营养级。〖问5〗为什么一个营养级的能量不能全部流向下一个营养级？

【讲述】由于每一营养级的生物在呼吸的过程中都会消耗一部分能量，加上动物在摄食过程中总有一部分的能量会消耗在动物排出的粪便中，因此流经生态系统的能量在数量上是不断发生变化的。〖问6〗分析每一营养级上能量的“流入”和“流出”是否平衡。试分析原因。【讲述】不平衡。原因是能量流动具有单向流动和逐级递减的特点，即(1)单向流动：

①食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，因为捕食关系不可逆转，这是长期自然选择的结果。

②各营养级的能量大部分以呼吸作用产生的热能的形式散失，这部分能量是不能被重复利用的。(2)逐级递减

①每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。②各个营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量。③各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。(3)传递效率平均约为10%。

〖问7〗为什么一条食物链中营养级一般不超过五个？

【讲述】能量通过四个左右的营养级，已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度，所以一条食物链中营养级一般不超过五个。〖问8〗能量流动的最终归宿是什么？

【讲述】能量流动的途径：食物链和食物网。能量的变化情况是：太阳能→生物体中的化学能→热能。因此热量是能量流动的最终归宿。〖问9〗能量散失的过程是怎样的？【讲述】

〖问10〗

初级消费者粪便中的能量包括在它的同化量中吗？为什么？【讲述】粪便是未消化吸收的食物残渣形成的，所以初级消费者粪便中的能量是他没有同化的，因此这部分能量不是初级消费者的，而是他的上一营养级——生产者的同化量，其关系式为：消费者摄入量=同化量+粪便量，同化量=积累量+呼吸量，积累量=下一营养级同化量+分解者（+未被利用）。〖问11〗研究能量流动的意义，并最终指导学生归纳。

【讲述】通过学习生态系统的能量流动，我们知道生态系统必须不断地从外界获取能量。能量是一切生命活动的动力，是生态系统的基础。能量的流动维持各个营养级的生命和繁衍，使得一个生态系统得以存在和发展。探究二

生态系统有关能量的计算

阅读课本P83相关内容，结合“塞达伯格湖的能量流动图解”，进行分析、思考并小组讨论下列问题：

〖问12〗分析“塞达伯格湖的能量流动图解”可知第二营养级获得第一营养级所同化的效率是多少？第三营养级获得第二营养级所同化的效率是多少？能量在相邻的营养级之间传递的效率是多少？

【讲述】62.8/464.6×100%＝13.5%；12.6/62.8×100%＝20%；10%～20%。〖问13〗计算某一个营养级一段时间的能量变化。

【讲述】输入＝输出＋未利用，该营养级全部个体同化的能量。

输出：呼吸消耗的能量＋被分解者分解释放的能量＋传递给下一营养级的能量。〖问14〗计算某一个生物群落一段时间的能量变化。

【讲述】输入＝输出＋未利用，该生物群落中生产者固定的全部太阳能。输出：该生物群落中所有生物(包括分解者)的呼吸作用释放的能量。〖问15〗温带地区一年四季中生物群落的能量是如何波动的？【讲述】春末～秋初：生物群落总能量逐渐增加。秋末～来年早春：生物群落总能量逐渐减少。

〖问16〗根据以上几问，试总结能量最值的计算规律？【讲述】(1)若一食物网中，已知最高营养级增重为N：

①要求最多需第一营养级多少时，按最长食物链，最低传递效率计算。②要求至少消耗第一营养级多少时，按最短食物链，最高传递效率计算。(2)若一食物网中，已知第一营养级重量M：

①要求最高营养级最多获得多少能量时，应按最短食物链，最高传递效率计算。②要求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链，最低传递效率计算。以上措施可表述为：

〖问17〗请用表格的形式，将图中营养级之间能量流动的数据进行整理。并计算能量传递的效率。【讲述】

〖问18〗根据以上知识，构建能量流动的数学模型与物理模型【讲述】

数学模型：第n营养级获得的能量最多为，最少为物理模型：生态金字塔

探究三

生态系统的物质循环

阅读课本P84相关内容，思考并小组讨论下列问题：

〖问20〗生态系统中的物质循环与生物地球化学循环是否是同一概念？其特点是什么？

【讲述】是指在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素，不断进行着从无机环境到无机环境，再回到生物群落的循环，又叫生物地球化学循环。

特点：循环流动，反复出现

〖问21〗既然物质是循环的，为什么人们还不断向农田中施加氮肥？【讲述】物质在生物圈范围内是循环的。农田中不断有粮食产出，所以要不断施加氮肥。

〖问22〗碳在生物群落中以什么形式传递？【讲述】碳水化合物。

〖问23〗参与循环的物质指的是什么？

【讲述】参与循环的物质是组成生物体的各种元素。

〖问24〗碳在生物群落与无机环境之间以什么形式循环？在生物群落内部以什么形式循环？【讲述】碳循环是在生物群落和无机环境之间以CO2形式循环，而不是在生物群落内部循环，碳循环在生物群落内部流动的形式是有机物。〖问25〗造成温室效应的主要原因是什么？

【讲述】化学燃料的大量燃烧会产生大量的CO2，导致全球气候变暖，从而造成温室效应。

〖问26〗生物圈中水循环的主要过程如下图所示。分析图示可知生物圈的水循环中包括了哪些元素的循环？其中生物圈中水循环有几条途径？在生物圈中水循环的动力是什么？

生物圈中水循环的主要过程

【讲述】水循环中包括了H、O元素的循环。海洋水和陆地水蒸发以及植物的蒸腾作用散发的水分在空中形成云，通过降雨返回地表或海洋，一部分地表水渗入地下，地表水和地下水都有一部分流入海洋。水循环是依托水在气态、液态和固态之间的转换才完成的，而这三态的转换需要太阳光的照射，也就是来自太阳光能。

〖问27〗仔细阅读p87课题研究，思考：小张、小王、小李三人的说法错在哪里？你能设计出更科学合理的实验来探究氮肥和磷肥含量与池塘富营养化的关系吗？设计实验时注意对照实验的设置。

【讲述】(1)水体的富营养化是指湖泊、河流、水库等水体中氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。

(2)水体富营养化的危害：过多的氮磷流入水体可能造成水体富营养化，使水生植物(藻类等)过度繁殖，在淡水体中形成“水华”，在海洋中形成“赤潮”，进而导致生态系统的稳态被破坏。

(3)具体分析如下：水体中N、P增加→藻类等浮游植物过度繁殖→大量植物死亡，被好氧细菌分解→消耗水中溶氧，水体缺氧→水生生物死亡。(4)实验设计：①可分别检测3个水样，即随机各检测5个样品，平均藻类个体数多的样品密度大，反之密度小。

②使水质贫营养化，以便进行后面的实验。

③协调的营养(一定的N、P比)可促进藻类的生长发育，也是水质富营养化的原因之一。

④加设一个烧杯，其中只加入洗衣粉而不加尿素。⑤天然池塘可能富含固氮细菌，因而磷元素成为制约因素。

〖问28〗氮元素以什么形式被植物吸收？生物群落中的氮通过怎样的途径转化为大气中的氮气？

【讲述】硝化细菌把氨氧化成硝酸盐；进入生物体的氮可形成尿素可被转化为氨，并可进一步转化N2；反硝化细菌可把硝酸盐转化为N2。〖问29〗请表格法归纳总结能量流动与物质循环的关系。【讲述】物质循环和能量流动的关系

课堂小结

本教案已多次用于实际教学中，课后我对整节课作了反思，归纳以下几点： 1.成功点：教学中，由于引入了网络功能，使得教学中知识点更加生动，便于理解。在课堂上通过学生的互相讨论，学生的思维被充分地调动起来，主动参与学习，成为学习的主人。从而使复杂性的问题简单化。同时我努力引导学生通过多手段、多角度的探索，多次运用模型构建的方法分析问题、解决问题，发展创新意识。使学生能很好的理解并运用所学知识。

2.疑惑点：本节课知识点多且难，而课标要求只能用一课时来教学。故教学中难度与广度很难把握。知识点稍为拓深，时间就会超出要求。如何做到在一节课内，完成本节课所以知识点，还需探讨更有效率的教学方法。3.感悟点：通过追踪教学过程，审视教学环节。我发现兴趣仍是大部分学生的学习推动力。而通过多媒体的教学手法则很好的调动了学生的学习兴趣。当然，认真严谨的教学设计也是必需的。如今，网络已经改变了人们的生活。若能合理的搜索网络资源并整合到教学中，将于教于学都大有裨益。

课后习题

1.对下列两条食物链的分析正确的是()①玉米→人 ②玉米→牛→人

A.一个吃玉米的人获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多 B.能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级升高而逐级递减 C.长期坚持素食可缓解世界粮食短缺问题

D.若种植玉米的土壤中含相同浓度的某重金属盐，则②中的人比①中的人重金属元素积累少

2.如图甲表示某生态系统的能量锥体图，P为生产者，Q1为初级消费者，Q2为次级消费者。现对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析不正确的是(注：图乙中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量)()

A.b＋c＋d＋e为本流入该生态系统的总能量 B.c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的能量 C.b和d之一可代表生产者传递给分解者的能量 D.初级消费者产生的粪便中所含的能量是包含在c中的

3.某生态系统中的四种生物构成一条食物链a→b→c→d，通过测定得到这四种生物a、b、c、d所含的有机物总量分别为M1、M2、M3和M4。下列叙述中错误的是()A.M1一定不是a种群固定的太阳能总量 B.若M1<5M2，则生态系统稳态可能遭到破坏 C.d个体所含的有机物的质量应比c个体的小 D.若M2大量增加，一般会导致M1减少、M3增加

4.如图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中，正确的是()

A.图中A＝D，B＝E，C＝F B.K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量 C.食物链中能量最少的是分解者所处的营养级 D.第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D 1.C 【解析】能量的传递效率是10%～20%，与营养级高低没有直接关系，故B错误；长期坚持素食，可减少能量传递过程中的损失，有利于缓解世界粮食短缺问题，故C正确；重金属元素在食物链中流动时存在富集现象，营养级越高，富集作用越强，所以②中的人体内重金属元素积累相对较多，故D错误。2.D 【解析】由图可知，c、c1分别是生产者流入初级消费者、初级消费者流入次级消费者的能量，即初级消费者、次级消费者同化的能量。b＋c＋d＋e为生产者固定的能量，即本流入该生态系统的总能量；b和d(b1和d1、b2和d2)之一可代表粪便、遗体残骸等传递给分解者的能量；初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中。

3.C 【解析】生产者固定的太阳能总量中会通过细胞呼吸损失一部分，故A正确；根据能量流动的特点，前一营养级同化的能量要大于或等于后一营养级同化的能量的5倍，才能满足后一营养级的能量需要，故B正确；相对较高营养级的个体不一定比相对较低营养级的个体小，如虎与兔，故C错误；一定时间内，M2大量增加会导致被捕食者减少，捕食者增多，故D正确。4.B 【解析】图中应是A>D，B>E，C>F；食物链中能量最少的是狼所处的营养级；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是B/A。

板书

第二节生态系统的稳态

一、生态系统的能量流动

二、生态系统的物质循环

概念

物质

特点

循环

与能量流动的关系

电力系统稳态分析试题篇4

一内环境与稳态

金沙二中高三备课组叶子

教师寄语：每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成功的路。

学习目标：

1、能说出内环境的概念及组成，明确各成分之间的关系并能用图解表示；

2、举例说出内环境的稳态的概念及生理意义。学习重点：内环境的概念及组成。学习难点：内环境的概念教学时数：1课时自主·合作·探究知识点1：内环境预习与探究：

1、体液可以分为和

2、细胞外液包括组织液、和

3、阅读P6图1-1后总结出组织液、血浆和淋巴三者的关系：

4、体内细胞只有通过，才能与外界环境进行物质交换。

5、是否所有细胞所处的内环境都是由以上三种成分构成？请举例说明。

知识点2：稳态的概念预习与探究：

1、2、探究活动：人体是怎样使内环境的Ph维持在相对稳定的状态？

3、生理学家把正常机体在和的调节下，通过各个、知识点3：稳态的生理意义预习与探究：

1、是机体进行正常生命活动的必要条件。

2、当稳态遭到破坏时，就会引起细胞降低时，成年人表现为_____________________。课堂达标：

1．下列有关人体细胞外液的叙述，错误的是（）A．人体内的细胞外液构成了人体的内环境

B．人体的细胞外液主要包括血浆、组织液和淋巴 C．人体内的所有液体统称细胞外液

D．人体内细胞通过细胞外液与周围环境交换物质 2．下列说法正确的是（）

A．血浆是血细胞直接生活的环境

B．在人体的体液中，细胞内液约占1／3，细胞外液约占2／3 C．组织液是体内所有细胞直接生活的环境

D．血浆和组织液中含有较多的蛋白质，而淋巴中蛋白质较少 3．人体内环境中，与组织液成分最接近的液体是（）A．血液B．血清C．淋巴D．原尿 4．口腔上皮细胞所处的细胞外液是指（）

A．淋巴液B．组织液C．血浆D．唾液 5．血浆中的水来自（）

A．组织液B．血浆．消化道 C．消化道．组织液．淋巴D．淋巴．组织液 6．下列何种情况与发生组织水肿无关（）

A．毛细淋巴管堵塞B．组织液中蛋白质增多 C ．血浆中蛋白质含量增多D．毛细血管通透性增加 7．对人体内环境中pH及调节途径叙述不正确的是（）A．人体血液的pH通常维持在7～7．45之间

B．血液中乳酸过多时，就与NaHCO3反应生成乳酸钠和碳酸 C．血液中Na2CO3过多，就与H2C03结合成NaHCO3

D．血液中C02过多时会刺激神经中枢促进呼吸运动将CO2排出 8．下列属于哺乳动物和人体“内环境”的是（）

A．肺泡腔内的气体B．小肠内的消化C．心室腔内的血浆D．膀胱腔内的尿液 9．下列各组化合物中全是内环境成分的是（）

＋

A．O2、C02、血红蛋白、HB．过氧化氢酶、抗体、激素、H20

2+＋2-C．纤维蛋白原、Ca、载体D．Na、HPO4、葡萄糖、氨基酸

10．哺乳动物肌肉细胞之间进行物质交换的环境是（）

A．血液B．体液C．组织液D．细胞内液 11．下列属于人体内环境的组成成分是（）

①血浆．组织液和淋巴②血红蛋白．O2和葡萄糖③葡萄糖．CO2和胰岛素④激素．递质小泡和氨基酸 A．①③B．③④C．①②D.②④ 12．稳态的生理意义是（）A．使体温维持相对恒定B．使体液的PH保持相对稳定 C．使内环境的渗透压处于相对平衡D．是机体进行正常生命活动的必要条件 13．与维持内环境稳定无关的生理活动是（）A．剧烈运动时血液中的乳酸上升 B．干渴时尿量明显减少

C．人少量失血后，血量很快恢复正常

D．炎热的夏天，人体内产生的热引起发汗而使体温不至于上升

作业布置：教材P7复习题

电力系统稳态分析试题篇5

一、控制系统稳态误差概念

系统在稳态情况下输出量的期望值与之间的误差, 称为系统稳态误差。稳态误差的大小是衡量系统稳态性能的重要指标。由于不灵敏区、零点漂移、老化等非线性因素以及输入函数的形式不同, 使得自动控制系统在稳态时系统的输出量与输入量不能完全吻合, 从而不可避免地存在稳态误差[2]。稳态误差是系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。

图1为控制系统的典型动态结构图。当给定信号Xr (s) 与主反馈信号Xf (s) 不相等时, 一般定义其差值E (s) 为误差信号。此时, 误差定义为:

这个误差是可以测量的。

另一种误差的定义方法是从系统的输出端来定义的, 误差等于系统输出量的实际值与期望值之差。这种方法定义的误差, 在性能指标提法中经常使用, 但在实际系统中有时无法测量, 因而一般只具有数学意义。

对于图2所示单位反馈系统, 这两种方法定义是相同的。对于单位反馈控制系统, 反馈传递函数Xf (s) =1, 则输出量的希望值就是输入信号, 因而两种误差定义的方法是一致的。

二、系统的划分[4]

根据开环传递函数中串联的积分环节个数, 可将系统分为几种不同类型。单位反馈系统的开环传递函数可以表示为:

式中:N———开环传递函数中串联的积分环节的阶次, 也称为系统的无差阶数;

sN———N个串联积分环节的等效传递函数。

N=0时的系统称为0型系统;N=1的系统称为Ⅰ型系统, 以此类推。随着N值增大, 系统的稳定性降低。

本文主要分析0型Ⅰ型系统的稳态误差问题。

三、实验步骤及分析

本文利用已知的系统传递函数:

Wk (s) =253s (0.1s+1) 和Wk (s) =4 (0.1s+1) (0.2s+1)

首先对系统进行理论分析得出计算值, 然后通过实验电路和MATLAB仿真对计算结果进行对比, 验证线性0型Ⅰ型在阶跃信号响应下稳态误差的准确性。

(一) 实验设备

本文以AEDK-LabACT-3A实验箱为例, 来进行分析。

(二) 实验过程

1.Ⅰ型系统分析

I型系统:kW (s) =253s (0.1s+1) , 其稳态误差公式为:

对于Ⅰ型系统, 位置稳态误差系数为:

Ⅰ型系统的位置稳态误差:

经计算:

自然角频率:

阻尼比:

超调量:

峰值时间为:tm≈0.41s

调节时间:ts (5%) ≈ξ3ωn=0.60s

(1) 根据图3中的电路图连接电路, 接通实验箱电源, 打开Lab ACT软件, 进行观察。实验结果如图4所示。

由实验观察得出, 峰值时间Tr≈0.41s;

超调量为:

稳态误差为0。

(2) 用Matlab仿真[5]如下:

稳态误差仿真过程及结果如下:

该系统稳态误差为:ess=02.0型系统分析

0型系统

经计算:

自然角频率:

阻尼比:

峰值时间为:tm≈0.22s

调节时间:

超调量:

稳态误差:

(1) 同理根据图6的电路图连接电路, 用LabACT进行观察。

由实验图7观察得出:

峰值时间Tr≈0.24s

超调量:

稳态误差:ess≈3.008-2.42=0.588≈0.59V

用matlab仿真程序如下:

由仿真结果图8可知如下参数:

超调量:σ%≈18.40%

峰值时间为:tm≈0.22s

调节时间:t s (5%) ≈0.33s

稳态误差仿真过程及结果为:

该系统稳态误差为:

四、结论

通过模拟电路实验和MATLAB仿真两种方法验证了0型Ⅰ型系统的稳态误差问题。分析发现, 实际线性0型系统的稳态误差与理论计算值相差0.01V, 引起误差的原因是系统中不可避免的零点漂移、电阻电容值的准确性等问题。所以, 在以后分析计算中, 应该采用不同方法进行综合分析, 达到降低系统误差提高准确度的目的。

参考文献

[1]东方, 张俊勇.基于MATLAB的控制系统稳态误差分析[J].广西轻工业, 2009, 5 (5) .

[2]童佳, 吴根忠.MATLAB下的线性系统稳态误差分析和校正[J].机电工程, 2005, 22 (8) .

[3]王建辉, 顾树生.自动控制原理[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[4]方春城, 王昌胜.基于MATLAB的系统稳态误差分析[J].广西轻工业, 2008, 6 (6) .

电力系统稳态分析试题篇6

1 对象与方法

1.1 对象

选择某企业铆工、锻工212名工人为脉冲噪声作业观察对象。均为男性, 年龄22～54岁, 工龄3～35a, 平均工龄19.5a。选择另一企业接触稳态噪声的男性工作人员202人做对照组, 其工龄、年龄与对照组相比, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。

1.2 方法

使用HS 6288D噪声分析仪测定各工位的噪声水平。现场噪声水平的测定按照GBZ/T 189.8-2007《工作场所物理因素测量噪声》的要求进行布点监测。听力测定使用丹麦产AS 72型听力计, 在本底噪声<30dB (A) 的隔间室内对工人进行纯间测听检查, 工人脱离噪声环境24h后作为听力检查时间。

心电图做常规9个导联心电图, 分析以黄宛著的《临床心电图学》为准。血压测定:根据目前我国修订的血压测量方法和高血压诊断标准。

2 结果

2.1 两组听力损失情况

见表1。该车间除去工人患耳病 (在工龄20～30a中) 外, 脉冲噪声接触组听力损失检出率达64.6%, 一般高频听力损失为30.7%, 观察对象达27.8%, 疑似噪声聋6.1%。稳态噪声接触组分别为13.9%、10.4%、3.0%和0.5%。两组差异均有统计学意义 (P<0.01) 。

注:观察组—接触脉冲噪声, 对照组—接触稳态噪声。一般高频听力损失指只有高频听力损失未达观察对象。

2.2 作业环境噪声测定结果

共测定49个作业点, 其中脉冲噪声作业点18个, 噪声暴露水平[LAeq: (A) 105-112]为 (92.7±1.0) dB (A) ;稳态噪声作业点16个, 噪声暴露水平[LAeq: (A) 105-112]为 (93.4±1.5) dB (A) 。

2.3 两组心电图及血压测定结果见表2。

注:观察组—接触脉冲噪声, 对照组—接触稳态噪声。与对照组比较*P<0.05, **P<0.01。

3 讨论

以上结果显示, 脉冲和稳态噪声接触对工人听力损失的检出率差异有统计学意义, 而两组间等效声级相比, 无显著性差异。本次分析显示, 在等效声级几乎相等的情况下, 脉冲噪声对工人高频、语频听力损伤的患病率均高于稳态噪声, 差异有统计学性意义 (P<0.01) 。

本次分析显示, 两组间心电图异常改变有显著性差异, 分别为窦性心律不齐、ST-T改变、房室传导阻滞、左心室高电压。高血压发生率差异也有统计学意义。其改变的过程和机制主要认为有两方面: (1) 长期在噪声环境中, 机体的交感神经处于高度的兴奋状态, 从而引起植物神经功能紊乱和失调, 使心脏发生功能性改变。 (2) 在长期噪声刺激下心脏发生器质性改变[2]。而脉冲噪声为复杂的噪声, 更加重了上述变化的进程。

以上分析反映出脉冲噪声对作业工人的听觉系统及心血管系统有更为明显的损害, 希望能引起企业及相关部门的高度重视。

参考文献

[1]成小如, 赵一鸣.工业脉冲噪声对听力危害的研究进展.中华劳动卫生职业病杂志, 2001, 19 (3) :234-236.

燃料棒径向温度场稳态计算分析篇7

反应堆是一种能在可控方式下实现自持链式核反应的装置,它包括了反应堆堆芯、冷却剂系统、蒸汽和动力转换系统以及其他一些系统[1]。燃料元件是核反应堆中装载核燃料并在运行时释放出能量的部件,是核反应堆安全的第一道屏障,而燃料元件温度是影响燃料元件性能的决定性因素之一,因此开展燃料元件径向稳态温度场研究尤为必要。而燃料元件内部温度场分布无法使用探测器直接测量得到,大都是通过数值计算获得。

目前国内外都开展了很多关于燃料元件稳态温度计算的研究,提出了相应的计算模型。S.Heusdains[2]以MYRRHA为研究对象,将堆芯燃料组件划分出热通道、中热通道和冷通道三个子通道,计算出了稳态条件下燃料元件在径向上的温度分布。韩骞[3]等人以中国铅基实验堆(CLEAR-I)为研究对象,利用有限元分析程序ANSYS对该堆的燃料元件活性区在正常运行工况和失流事故下的温度场进行了数值模拟与分析。梁志滔[4]以900MW压水堆核电站堆芯为模拟对象,计算得到燃料元件上不同高度处的温度,其结果与该压水堆运行的实际数据基本一致。

本文以MYRRHA反应堆棒状燃料元件为研究对象,采用划分环形区域的建模方法,通过数值计算来获取燃料元件径向稳态温度场;计算结果与文献基本吻合,从而证实了模型的有效性。

1 模型

1.1 模型假设

燃料元件内燃料芯块发生核裂变释放的能量通过间隙氦气传递到包壳,然后经过冷却剂与包壳外表面之间的对流换热将热量传递至冷却剂中,传热过程中涉及到很多的物理参数及其结构参数的变化,因此需要进行合理的假设。在此基础上,建立各个部分的稳态温度分布模型。假设条件[5,6]:

(1)仅考虑填充芯块、气体和包壳之间的热传导,不考虑热辐射效应;

(2)仅在包壳表面与冷却剂换热,忽略燃料元件的轴向传热;

(3)芯块和包壳处于同心状态;

(4)燃料棒芯块内的每个轴向节块是均匀发热;

(5)芯块和包壳之间间隙是纯氦气,即不考虑其他裂变气体对间隙氦气热导率的影响。

1.2 模型

1.2.1 几何模型

1.2.2 传热模型

燃料芯块:由于燃料区轴向导热远小于径向导热,故忽略燃料的轴向导热。稳态能量守恒方程为:

包壳内部:包壳区属于非燃料区域,在包壳内部同燃料芯块一样,也可以划分若干个环形区域,其稳态计算能量守恒方程为:

2 数值计算

2.1 计算

方程(1)改写为:

式中i为径向位置,Qi为节点环形栅元内释热率,w/m;Us为:

在燃料芯块表面、包壳间隙、包壳节点及冷却剂节点上,导热热阻需要特殊处理。图3中各节点之间导热Ufc、Ub1、UL分别由下列各式计算:

a.燃料和包壳界面处传热:

b.包壳外表面与冷却剂LBE间的传热:

c.包壳内部节点的传热:

将(2)变形可得:

方程组中有n+m+2个未知数T,但只有n+m个方程。这样就需要两个边界条件:

这样可以得到如下线性方程组:

为方便与文献[1]中的结论比较,在处理过程中将燃料芯块划分为五个环形区域,间隙无划分区域,包壳划分为三个区域,则划分后实际为8×8方程组,首先给定LBE的进口温度,并且假定每个节点的温度值Ti,依据这些假定温度值便可以计算出每个节点的热导率Ki,从而求出Us,再代入方程组的系数矩阵中,求解方程组得到Ti′;比较计算出的节点温度Ti′与假定值Ti,若两者相差小于1℃,就停止计算,输出计算结果;若两者差值大于1℃,就回代求解出每个节点的热导率,再重复进行计算,多次回代,直到每个节点的前后温差小于1℃为止,即图5所示。

2.2 计算分析

依据上述计算流程编程,对MYRRHA堆棒状燃料元件进行计算。MYRRHA堆中采用棒状燃料元件,燃料芯块为MOX燃料,包壳采用T91马氏体耐热钢。在表1中列出了其燃料元件部分设计参数。

根据文献[1],将MYRRHA燃料组件分为热通道、中热通道以及冷通道三种燃料组件,采用文献中的流量分配以及功率分配,通过改变冷却剂LBE的质量和系数矩阵分别计算了不同通道处的燃料元件在活性区低端的径向稳态温度场分布。

从图6、7和8中,可观察得到,相比于文献值计算值偏小,其中芯块节点5处计算值与文献值相差较大;包壳内部节点6、7、8的温度计算值无明显变化。

3 结论

本论文以MYRRHA堆棒状燃料元件为研究对象,研究燃料棒径向稳态温度场分布。具体是在燃料棒任一横截面上做同心圆,沿半径方向将燃料棒划分成若干环形区域,建立各区域间的传热模型,最后通过数值计算、程序编写获得堆芯燃料元件的径向稳态温度场。结果表明:该模型和计算方法在一定程度上简单有效。比较模型计算值与文献值,虽然在计算数值上并不完全相同,有百分之四左右的相对误差,但在数值变化趋势上与文献符合较好,能准确的描述燃料棒径向稳态温度场的情况。从而证实了该种模型的有效性,为燃料元件径向稳态温度场计算分析提供了一种简单有效的建模方法。

该模型建立在一定假设条件之上,例如不考虑轴向传热,热导率理论化等,这容易产生误差,例如即使在相同区域,也会存在材料密度和杂质含量差异以及边缘效应,因此热导率会发生相应变化。为进一步精确计算径向稳态温度场,可从假设入手改进或将燃料元件[9]、包壳以及之间的间隙划分更多的环形区域,采用更为精确的经验公式来获得径向稳态温度场。

摘要：燃料棒是反应堆的核心部件,其内部温度场分布大都通过数值计算获得。以燃料棒为研究对象,以燃料棒中心为起点,在径向上划分足够多的环形区域,建立几何模型,依据几何模型建立堆芯稳态物理模型,通过编程进行数值计算来获得燃料元件的径向稳态温度场。以次临界堆MYRRHA的燃料棒为研究对象,研究结果表明该方法能较准确的表征燃料元件径向稳态温度场的情况,是一种简单有效的建模分析方法。可见,该模型可以为燃料元件径向稳态温度场计算提供合理的依据。

关键词：燃料棒,径向,温度场,稳态

参考文献

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