密度方法

密度方法（共11篇）

密度方法 篇1

在物理教学中, 测量物质的密度最为基本的方法是:首先利用天平测出物体的质量, 再用量筒测出物体的体积, 最后根据公式便可以得出密度。但有时受实验条件的限制, 如缺少天平或量筒 (或量杯) , 甚至两种器材都缺少, 这时应采用灵活多变的方法来解决问题。笔者通过以下几种方法探究物质密度的测量方法。

一、有天平、无量筒类型

在有天平没有量筒的情况下, 物体的体积不能直接测出, 这就需要学生多动脑筋, 从出发, 根据所知物质的密度, 计算出这一物体的体积, 等量代换, 得出所求物体的体积, 从而测出物质的密度。以下题为例:

例1:现有一架托盘天平 (含砝码) 、一个溢水杯及足量的水, 如何测量一个不规则小石块的密度?请写出实验步骤并利用所测物理量写出小石块密度的表达式。

分析:由于没有量筒, 这个实验的突破口应该在如何测量小石块和食用油的体积上。实验提供了足量的水, 且ρ水已知, 我们可以利用等量代换的方法, 求出例1中小石块浸没后排开水的体积即V石。

解答:

例1实验步骤: (1) 用天平称出待测小石块的质量m1; (2) 用天平称出盛满水的溢水杯的总质量m2; (3) 把待测小石块轻轻放入溢水杯中, 并溢出部分水, 然后用天平称出溢水杯的总质量m3。

拓展: (1) 如果待测物体易切割, 如土豆、橡皮泥, 可以把它们切割成正方体或长方体, 利用刻度尺测量有关长度, 即可求得体积; (2) 如果待测物体易溶于水, 如冰糖块、食盐块, 可以使用薄塑料紧密包裹, 即可放入水中。

二、有量筒、无天平类型

在有量筒没有天平的情况下, 物体的质量不能直接称量, 这就需要运用G=mg=F浮=ρ水gV排这一公式得出物体的质量, 再根据—得出物质的密度。以下题为例:

例2:请利用量筒、足量水及细铁丝测量蜡块的密度, 写出实验步骤, 并利用所测物理量写出蜡块密度的表达式。

分析:实验中提供了量筒, 但是由于蜡块密度小于水的密度, 静止时处于漂浮状态, 所以必须用细铁丝将蜡块压入水中, 利用排水法测量蜡块体积。实验的关键在于测量其质量, 考虑到蜡块漂浮时G蜡=m蜡g=F浮=ρ水gV排, 又可以用量筒测得V排, 从而求出m蜡。

解答:

例2实验步骤: (1) 向量筒中倒入适量的水, 记下体积为V1; (2) 将蜡块插在细铁丝上, 并压入水中浸没, 记下水面到达的刻度为V2; (3) 取下蜡块, 放入水中漂浮, 记下水面达到的刻度为V3。

拓展: (1) 若将例2中测蜡块的密度变为测橡皮泥的密度, 由于橡皮泥的密度大于水的密度, 器材中可以省去细铁丝, 但橡皮泥不会漂浮, 就无法利用漂浮条件求出其质量。不过可以将橡皮泥做成小碗状, 它就可以漂浮了。 (2) 由例2表达式逆向思维, 若实验中ρ蜡已知, 同样测出V1、V2、V3, 则可以求出ρ水。

三、无天平、无量筒类型

在既没有天平又没有量筒的情况下, 要想测出物质的密度, 需要学生灵活运用一切资源, 想方设法得出物体的质量和体积, 下面我介绍两种方法:

1. 漂浮法

例3:学习了物体的浮沉条件知识后, 小明同学利用刻度尺、烧杯和足量的水等器材, 方便地测出了一个长方体木块 (不吸水) 的密度。 (为了防止水向木块中渗入, 可以在木块周围涂一层蜡) 请简要说明他的实验步骤, 并利用所测物理量写出木块密度的表达式。

例3实验步骤: (1) 用刻度尺测出木块平放时的高度H; (2) 将木块平放放入盛水的烧杯中, 静止后用刻度尺测出木块露出水面的高度h。

2. 称重法

例4:小刚同学要测量某矿石的密度, 身边只有弹簧测力计、烧杯及足量的水, 请你帮他设计一个实验方案, 写出实验步骤, 并利用所测物理量写出矿石密度的表达式。

例4实验步骤: (1) 用弹簧测力计测出矿石的重力G; (2) 用弹簧测力计提着矿石浸没在水中, 读出弹簧测力计的示数为F'。

拓展:由例3、例4表达式可知, 若已知木块、矿石等固体密度, 利用上述实验方法, 反过来则可以求出水或其他液体的密度。

总之, 在物理教学中, 对物质密度的测量一定要从ρ=—Vm出发, 在缺少一定实验器材的情况下, 教师要充分利用已有器材和已知的物质密度进行深入分析, 不断启发学生, 巧用浮力和水的密度等物理量间接测出质量或体积, 使学生的创新实践能力得到最大的提升。

摘要：在物理教学中物质“密度”是教学的重点, 但由于受到具体实验器材的限制, 不能只是采用课本中的一种密度测量方法。本文通过三种测量方法探究物质密度, 力求多方法、多角度提高学生学习物理的效果。

关键词：物理,密度,测量,方法

中性密度滤光片中性程度评价方法 篇2

中性度是表征中性密度滤光片中性程度的一项重要指标，为了对中性度进行评价，通过分析和总结现有工程中的一些关于中性程度的表述，并结合密度滤光片的测试光谱曲线，总结出了光密度曲线的归一化比较方法。为进一步对中性度进行量化，提出了标准中性度的定义，并给出了中性度的具体算法。该算法简单、易行、直观，便于实施推广。经过该方法量化后的中性度指标不仅可用于标注标准密度滤光片产品的中性程度，也可用于非标产品中性程度评价和约束。

关键词：

密度滤光片； 滤光片； 光密度； 中性度； 归一化； 标准中性度

中图分类号： O 484.5文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.019

引言

中性密度滤光片是一种起光能衰减作用的光学元件，其在光学系统中的功能与电阻在电路中的功能非常相似，因而应用范围非常广泛。中性密度滤光片广泛应用于光谱检测、光纤通讯、摄影摄像等领域，不同领域叫法也不一样，所以中性密度滤光片又称中性衰减片、中灰滤镜等，薄膜领域通常称为密度滤光片（neutral density filters，NDF）。密度滤光片分固定式和可变式两种，固定式密度滤光片直接称作“密度滤光片”，而可变式密度滤光片则叫作“变密度滤光片”（variable neutral density filters，VNDF）。

如果仅从实现透射光的衰减这一功能来讲，密度滤光片的实现方法有多种，如：玻璃上镀介质膜；玻璃上镀金属膜；玻璃上光刻不透明的点阵^[1]；直接使用中灰玻璃；直接使用灰度软片^[23]。用以上方法生产出的滤光器件均可称为密度滤光片，但不一定能称为中性密度滤光片。不同的生产方法所得到中性效果也不同，适用场合也不同，因此，采用必要的中性度评价方法是必要的。密度滤光片的重要特性是光谱中性，即要求光密度随波长变化很小，理想的情况是光密度是恒值，表现在光谱曲线上是一条水平直线。而现实的密度滤光片的中性是相对的，是有范围的，因此中性度被用来度量光密度随波长变化的情况。

1工程中常用的中性度约束方法

机标JB/T 8226.5-1999—《光学零件薄膜·中性滤光膜》^[4]（中性滤光膜即中性密度滤光片）将中性度定义为：400～700 nm范围内，最小透射率与最大透射率的差值；并且还按密度滤光片的密度值大小对中性度做出了要求，如表1所示。表中：D为白光光密度；Δτ为最小透射率与最大透射率的差值。

以上方法常见于客户的询单和采购文件中，它与客户的实际应用相关联，能够有效约束产品的中性度。然而，工程中所采用的这些方法虽然能很好的约束密度滤光片的中性度，但其中性度究竟如何却无法判断，对于不同规格的产品，更是无法比较其中性度的优劣。

2中性度的归一化比较

光密度是波长的函数，其标准定义^[56]为：透过的与入射的辐射能量或光通量的光谱密集度之比的负对数，即光谱透射比的负对数形式，记为D（λ）。中性度则是对这一函数的一种评价。要比较不同规格产品的中性度，必先采用分光光度计测出各波长的光密度，即光密度对波长的光谱曲线。由于密度滤光片对测量带宽要求不严^[7]，光谱测量不必特别细密。

图1是三种规格的密度滤光片的光密度曲线，仅从光谱曲线不容易判断出中性度的优劣。统计学上，用于表征测量准确度的不是绝对偏差而是相对偏差，同理，中性程度的表征也应该采用相对偏差。要考察密度滤光片的中性度则需要计算出每一波长光密度值与理想值的偏差。对于某一密度滤光片，其理想光密度则为所考察波段光密度的平均值。获取每一波长光密度滤光片偏差的过程称之为归一化。通过归一化，所有光密度曲线都变成围绕在水平线Y=1附近的相对光密度曲线，见图2，此时比较中性度就非常容易，曲线的落差就代表了中性度。

由于波长范围大不相同，采用公式（4）计算出来的中性度不具有可比性，它不适合作为产品确定的技术指标对外宣称，但在数值量级上与标准光密度相当，具有一定的可参照性，在定制特殊产品时，供需双方可采用此公式以确定产品的中性度要求。

5结论

中性度是密度滤光片的一项重要技术指标，其评价方法的明确和统一将有助于密度滤光片产品生产的标准化。由于没有相关文献和标准可供参考，本文仅从实用角度简单地提出了光谱曲线归一化的比较方法；并确定了一个标准中性度的指标；对于更特殊的中性度比较问题，也仅粗略地提出了一个计算公式；对于密度滤光片光谱曲线的波纹和其它问题没有深入研究。本文所述方法仅作抛砖引玉，期待大家指正和完善。

参考文献：

[1]张勇喜，李野，易快华.网格式宽光谱中性光学滤光片：中国，0070710.3[P].20051005.

[2]董春元.密度滤光片和软片制造工艺[J].光学技术，1988（5）：2-5.

[3]严志峻.205B照相机密度滤光片的制作工艺[J].江西光学仪器，1989（2）：17-19.

[4]国家机械工业局.JB/T 8226.5-1999 光学零件镀膜中性滤光膜[S].北京：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，2000.

[5]国家技术监督局.GB 3102.6-1993 光及有关电磁辐射的量和单位[S].北京：中国标准出版社，1994.

[6]国家质检总局.GB/T 26332.1-2010 光学和光学仪器 光学薄膜[S].北京：中国标准出版社，2011.

[7]王文光，滕绍祥，洪汉彪，等.光谱带宽变化对中性片的影响和解决方法的探讨[J].中国测试技术，2004，30（5）：71-73.

[8]宁红娜，倪旭翔.彩色密度计的发展现状及趋势[J].光学仪器，2003，25（4）：90-95.

[9]章韵，宋章雄.一种实用的白度颜色测定仪[J].光学仪器，1996，18（2）：25-29.

[10]叶军安，陈曦，张洁玮.关于黑白密度计（透射式）校准方法的探讨[J].计量与测试技术，2011，38（12）：20-23.

探讨玻璃密度快速测定的方法 篇3

传统的测定方法普遍采用配合料化学全分析和测定玻璃密度的方法来监测玻璃的质量。在化学全分析在测定过程中, 耗时较长且各种成分测定比较繁琐, 一般做一个化学全分析要花费五、六天的时间, 而玻璃密度测定既省时又便于操作。但是, 就现有常温下测定玻璃密度的方法, 如:比重瓶法、阿基米德法、重液法等, 它们操作复杂, 条件苛刻, 这就不能起到及时对玻璃质量监控的作用, 要想让玻璃的密度能够成为检测玻璃质量的主要手段, 就要寻找一种快速测定玻璃密度的方法。

经过我们和该企业实验室人员的共同努力, 通过广泛查阅资料并进行了大量的试验, 终于找到了一种快速测定玻璃密度的方法——密度梯度管法, 用此方法测量一个玻璃密度仅需要二十分钟, 这样就可以及时地对玻璃质量进行监控了。

密度梯度管法的原理是:根据玻璃密度选择一种比玻璃密度低的液体, 再选择一种比玻璃密度高的液体配制成一系列等差密度值的混合液, 按低密度液体 (轻液) 居上, 高密度液体 (重液) 居下的层次, 以等体积形成分别注入玻璃管中, 任其液体自由扩散, 最后构成密度自上而下逐渐递增的连续分布状态, 再将已标定好的密度的玻璃投入, 对标定玻璃密度及高度作图可得一图线, 将待测玻璃投入后, 根据悬浮原理, 待测玻璃将于一定高度处悬停, 这样就可以读出密度梯度管的高度, 根据读出的高度数值在标定曲线上就可以快速准确地找到该待测玻璃的密度。

明白了密度梯度管法的原理, 我们选用了四溴乙烷 (d20=2.955～2.970) 和α-溴代苯 (d20=1.480～1.490) , 考虑在钠钙硅玻璃生产中玻璃密度变化允许范围为100个密度单位 (1个密度单位为1×10-4g/cm3) , 允许波动值为18个密度单位, 我们所用的玻璃标准密度为2.428g/cm3, 变化允许范围应在2.3800～2.4800g/cm3, 为了准确配制密度梯度管, 配比计算是非常重要的, 按重量体积比计算后得到重液密度和体积的对应数值, 见表1。

用带有分度的移液管精确量取液体, 配置三份密度不同的混合液, 然后按从密度大到密度小的顺序注入100毫升量筒内静止, 使得密度梯度管内混合液体经扩散达到动平衡状态 (即:重力、浮力、扩散力之和等于零) , 用比重瓶法测得五个玻璃样品, 分别称之为A、B、C、D、E, 其密度值见表2, 并把样品放入密度梯度管中, 经十五分钟后, 样品分别悬停在不停的高度见表2。

由表2可制作密度-高度曲线, 如图1所示。

从图1中可以看出, 玻璃样品密度、样品在密度梯度管中停留的高度位置的变化, 它的变化基本为线性关系, 这也可用数理统计中线性方程及一元线性方程回归分析。

由表2中数据可求得一元线性方程相关系数, 即:

(a、b的公式及计算方法略) 得到如下数据, 见表3。

将表3数据代入原公式, 得到:

一元线性回归方程为:

利用相关系数检验法对一元线性方程进行检验, (计算公式及方法略) 得到:

检验结果说明回归方程是正确的。

由此可以说明:在密度梯度管中, 玻璃悬停高度随密度变化的相关程度很高, 能快速准确地测量出玻璃的密度, 进而对玻璃质量有效地进行控制, 在以后一年多的实际生产应用中得到了验证, 使玻璃生产的产量和质量都达到了较高的水平。

密度方法 篇4

概率密度曲线及其参数估计的模糊与随机方法

首次提出了概率密度曲线及其参数估计的.模糊与随机方法,并以一组疲劳寿命数据为例描述了参数估计的具体过程.对随机样本分别采用模糊与随机方法和数理统计方法进行了参数估计,结果表明:用模糊与随机方法比用数理统计方法得到参数估计值更接近理论值.

作 者：陈群志 刘文E 金平胡仁伟 CHEN Qun-zhi LIU Wen-ting JIN Ping HU Ren-wei  作者单位：北京航空航天大学,固体力学研究所,北京,100083 刊 名：航空学报  ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA 年，卷(期)： 20(5) 分类号：V215.7 V215.5 关键词：概率密度   参数估计   模糊与随机   数理统计  

密度方法 篇5

【关键词】差压变送器；密度；标定

引言

利用差压变送器测量液体密度是常见的方法，差压变送器是很成熟的仪表，运行非常可靠、稳定，而且精度高，能适应较为恶劣的工作环境。但是，利用差压变送器测量密度是依据理论公式P=ρgh，得来的，实际使用中h无法精确测量，而且液体流动产生摩擦力，会对测量结果产生一定影响，所以需要标定和适当修正。

1、差压变送器测量密度使用方法介绍

利用差压变送器测量液体密度是由理论公式P=ρgh，得出ρ=P/gh。即一定高度液柱的静压力与该液体的密度成正比，通过测量静压力，达到测量密度的目的，该方式可以测量混合液体和腐蚀性液体的密度，操作比较方便，造价低，运用广泛。常用的配管方式：

通常采用双法兰高精度差压变送器测量静压差，通过标定，实现线性电流输出。

2、常用标定方法

2.1了解所测介质密度范围ρ1---ρ2，配置标准密度为ρ1的溶液加入到测量管中，要灌满， 保持静止，记录下差压变送器所测压力为P1.

2.2排空标准密度为ρ1的溶液，并清洗干净。

2.3配置标准密度为ρ2的溶液加入到测量管中，灌满保持静止，记录下差压变送器所测压力为P2

2.4排空标准密度为ρ2的溶液，并清洗干净

2.5标定压力变送器量程为P1---P2，输出4--20mA，对应自控室量程ρ1---ρ2。

此方法比较繁琐，需要配置大量的标准溶液，而且标定时是静止溶液，而实际在线测量时处于循环流动状态，即P=ρgh+P'，P'为液体流动时产生的摩擦力。因而该方法存在较大误差。

3、改进标定方法

3.1测量管为空时，对差压变送器进行机械标零。

3.2加满水，记录所测压力P0。因为水的密度是1，所以在数值上P0=gh。

3.3了解所测介质密度范围ρ1---ρ2，计算P1=P0*ρ1，P2=P0*ρ2，注：只是在数值上相等，P1，P2的单位与P0相等。

3.4标定压力变送器量程为P1---P2，输出4--20mA，对应自控室量程ρ1---ρ2。

3.5数据修正。各个阀门打开在运行状态，测量溶液密度ρ实，与自控室显示的密度ρ显比较，修正P1，P2值。

4、标定应用举例

4.1我公司一浸碱密度采用差压方式测量，一浸碱的密度范围是1100---1300kg/m3，差压变送器两法兰之间的高度大约2米。安裝好变送器，测量空管的时候，调整机械零位，变送器显示0mbar，加满水，记录压力值为190mbar，计算P1=190*1.1=209mbar，P2=190*1.3=247mbar，标定压力变送器范围，209--247mbar。打开阀门，正常测量，手动测量溶液密度为1230kg/m3，自控室显示1242kg/m3，进行数据修正。

如下图：

P'=（1242-1230）/（1300-1100）*（247-209）=2.28mbar，即P1=209+2.28=211.28mbar，P2=247+2.28=249.28mbar。重新修改变送器范围211.28---249.28mbar。

4.2数据跟踪

误差在控制范围。

5、总结

测量有机质密度的新方法 篇6

总孔隙度由三部分组分, 包括天然微裂缝孔隙度、粒间孔孔隙度和有机质孔隙度[1]。据前人研究, 有机质孔隙度可达到有机质体积的50%[2]。例如, 在较好的烃源岩中, 总有机碳含量2%, 干酪根密度1.2g/cc, 有机质孔隙度达总岩石体积的2~3%, 不可忽略。

有机质孔隙, 通常在微米尺度以下。有机质孔隙度可反映源岩热史。如上所述, 有机质孔隙度对总孔隙度起到相当贡献作用。

页岩孔隙度可根据如下公式估算:

其中, 表示密度, 表示体积分数, 下表gm、gk、fm和fk分表表示颗粒矿物、干酪根、液态矿物和液态干酪根。如果总孔隙度是粒间/矿物孔隙度和干酪根/有机质孔隙度的综合, 其计算公式简化如下:φ=ρb-ρgm-TOMρb1-ρgmρgkρb-ρgm+ρw-ρg Sw

以上TOM表示干酪根重量分数, 和代表液体系统中水的密度和饱和度, 导出的方程基于以下合理假设:

a.矿物孔隙中游离气和吸附气密度相同 (这一点由于不同相态气体的孔隙尺度和表面而行为不同, 在最近的研究中须重新考虑) ;

b.干酪根水饱和度为零;

c.吸附气看作总孔隙度的一部分。

对大多数参数, 通过测井解释或者简单的实验技术测量就有可能得到, 而利用各种相关性得到有机和无机颗粒密度可能给计算结果带来很多误差[3]。

1 问题途径

假设如果存在颗粒密度测量技术可以达到纳米级孔隙级别, 总岩石颗粒密度仅包括矿物密度和有机质骨架/干酪根密度。根据大量的平衡方程, 由颗粒密度可由以下方程计算:

其中, 下标gt、gk、gm分别代表总颗粒、矿物颗粒和干酪根颗粒;k为有机碳相对有机质的重量分数, 取决于有机质特征 (有机相、干酪根类型和热成熟度) ;TOC为总有机碳相对岩石的重量分数。

通过低压比重计测量, 应用玻意尔定律测量颗粒总体积。实验设置要求达到纳米级孔隙, 如有机质孔, 因此粉碎的颗粒大小和惰性气体非常重要。本研究, 选择颗粒大小不超过90微米, 氦气作为惰性气体, 其分子大小足够满足进入纳米孔。

TOC经酸化处理后由LECO-TOC测得。从以上方程中发现, 未知量包括k, 矿物颗粒密度和干酪根颗粒密度。假设存在一组样品 (set1) 具有相同的矿物特征但是TOC不同, 与TOC的曲线为一天直线, 截距, 斜率为。通过低温灰化有机质去除和TOC测量, 获得一组样品数据。

假设存在另外这一组样品, 具有相同的有机质特征, 但是矿物特征不同, 通过灰化处理得到样品set2。LPP和TOC测量后得到矿物颗粒密度, 而k值和干酪根密度和set1相同。结合两组样品的计算结果 (斜率和截距) , 有助于估算有机质密度和有机碳相对有机质的重量分数。

2 实验过程

2.1 每个样品压碎、过筛, 获得颗粒大小不超过90微米, 重量20~25克。

2.2 在处理后的样品中加入5克硬石膏, 通过压碎而混合均匀, 颗粒大小控制90微米以下。

通过该方式, 获得两种不同粉末样品, 岩石特征不同, 而有机质特征相同。

2.3 对获得样品在低温条件灰化处理, 从而去除一定的有机质浓度。

该步骤重复4~5次。每次清楚后, 通过LECO-TOC测量一次TOC。

实验数据来自Woodford, 成熟度从未成熟生气窗到干气生气窗, 镜质组反射率0.47%~2.49%。干酪根类型为Ⅰ和Ⅱ类混合型。

3 结果

Woodford干酪根颗粒密度1.2g/cc到1.8g/cc, 据研究其与镜质组反射率之间存在线性关系。y=0.32x+0.98, 相关度0.88。

有机碳的重量分数倒数, 随着Ro从0.5%到2.5%变化, 减少1, 27~1.07。可以解释为, 在一定成熟度下, 官能团被去除, 剩余组分主要包括死碳和芳烃, 这些都有很高的碳含量。这种现象可以在煤层 (Ⅲ类型) 中观察到。

根据结果, 干酪根颗粒密度随着热成熟度有增加趋势。结合研究 (Woodford页岩) 和文献数据。不同数据来源的结果具有较好的吻合性, 都表明干酪根密度对成熟度有增加趋势。对于相同范围的成熟度, Ⅲ型干酪根密度大于Ⅱ型干酪根, Ⅱ型干酪根又大于Ⅰ和Ⅱ混合型。然而, 成熟度达到干气生气窗时, 相当于Ro值2%左右, 不同类型干酪根曲线没有出现明显的化学分离, 导致其具有相同的趋势。

4 结论

实验设计在于测量干酪根密度, 它又是控制度量总孔隙度和含气量的重要因素。干酪根密度是随成熟度而增加。当Ro小于2%时, 不同干酪根密度随成熟度的变化趋势不同, Ⅰ和Ⅱ干酪根密度介于1.2~1.6g/cc;Ⅱ型干酪根密度介于1.4~1.6g/cc;Ⅲ型干酪根密度介于1.6~1.8g/cc。然而, 当成熟度达到干气生气窗时, 各类型干酪根的变化趋势是相同的。本实验技术优势在于能够同时测量有机质和矿物的真密度, 测量k值-有机碳对有机质的重量分数。

参考文献

[1]Curtis, M., Cardott, B., Sondergeld C., Rai C.2012, Development of organic porosity in the Woodford Shale with increasing thermal maturity.International Journal of Coal Geology, Vol.103, p.26-31.

[2]Elgmati, M., Zhang, H., Bai, B., Flori, R.&Qu, Q.2011.Submicron-pore characterization of shale gas plays.SPE Paper 144050, Society of Petroleum Engineers, Richardson, Texas.

活立木木材密度预测方法研究概述 篇7

Pilodyn法的原理是把提前预定好的能量通过pilodyn将3mm的钢针打入木材内部, 而通过打入深度来判断木材内部情况, 密度越大、钢针所受阻力越大, 进入深度越小, 反之, 就越大。2009年, 茹广欣等使用pilodyn对青海云杉活立木进行密度及木材材性的探测, 从而表明北向Pilodyn值与胸径之间相关关系显著, 青海云杉的南北向Pilodyn探测值与整株木材的基本密度有着极大的负相关关系。同年, 朱景乐等人也使用pilodyn对日本落叶松活立木进行材性指标预测的研究, 并使用pilodyn探测值与实际密度建立了相关回归方程, 利用对方程进行模型检验和预测其他阻抗值对应的密度, 从而表明日本落叶松南、北方向的Pilodyn探测平均值以及总平均值与外侧木材的平均基本密度有着很明显的负相关关系, 且与整株木材的平均基本密度的相关系数小于此相关系数。以上表明, pilodyn能够良好的估测日本落叶松活立木外侧木材基本密度, 并能够预测整株活立木木材密度。但Pilodyn钢针能打入活立木深度有限, 不能完全的对整株活立木直径上的密度进行估测。

2 近红外光谱技术

近红外光谱技术的原理是通过使用NIR光谱仪对木材粉末样品进行扫描, 进而反映出C-H、O-H、N-H、S-H等化学键的信息, 结合化学计量法来确定其各有机物含量, 从而确定木材密度。

张鸿福等人在2009年利用近红外光谱技术对木材进行无损检测研究综述, 通过大量的研究资料总结出:近红外光谱技术可以对木材的物理力学性质, 如密度、含水率、MOE、MOR、微纤丝角等进行快速, 准确的预测。此外, 江泽慧等人也使用近红外光谱技术进行了木材密度的研究, 分别对单个不同切面的近红外光谱信息建立与对应的木材密度的关系。以上表明利用近红外光谱技术预测木材密度的方法是可行的, 结果是准确的。但近红外光谱技术对于活立木木材密度的估测需要制作粉末样品, 对活立木会造成一定的破坏, 因而影响活立木的使用。

3 应力波法

应力波法是木材的一端施加一个冲击力, 其内部会产生相应的应力波传播, 通过测量应力波在木材内部传播速率的变化来获取木材材料信息 (如弹性模量、有无缺陷等) 。

1994年, Ross等对一定形状的木材进行应力波技术对估测的研究, 在没有缺陷的木材中应力波传播时长小于在有缺陷的木材中应力波传播的时间, 进而可以通过在相同外形的木材试样中传播时间的差异或平均传播速率的大小老判定木材试样是否存在缺陷, 这种技术在有不同的木材材质和有不同程度的缺陷的木材上的精确度也有差异。2007年, 李光辉等人在研究中建立了应力波在木材内部传播方式的模型, 以及数值模拟方法, 讨论了目前的数据处理方法。应力波法测量时不受被测木材大小、形状等限制, 并且在被测木材内部可传播距离较远, 传播能量大, 有效提高了此方法的抗干扰能力强。没有公害, 对环境影响很小, 不会误伤工作人员, 安全可靠, 仪器小而简单, 方便使用, 但是受到系统估测精度等的影响, 应力波法仅限用于研究木材腐朽、空洞、溃烂等缺陷以及木材材性等。到目前为止, 还不能够单独使用应力波法进行活立木木材密度预测。

4 振动法

振动法的原理是对试件施加力, 使其产生振动, 通过传感器测得的自由振动频率和自由振动的减幅程度及试件质量, 根据木材试件的振动特性与弹性模量之间的相关关系, 得出试样的弹性模量。

2009年, 张厚江等人研究了基于横向振动原理的木材动弹性测量方法。研制出一款便携式动态弹性模量测量装置。实验结果表明, 横向振动法能够有效地测量木材的固有频率, 通过传统静态弯曲法测量得到的静弹性模量值略小于采用横向振动法测量得到的动弹性模量值。且这二者间存在良好的相关关系。振动法研究操作简单、效率高, 但由于是人工敲击, 产生了人工干扰因素, 故而对检测结果的灵敏度和准确性有所影响。并且振动法还没有应用于活立木木材密度研究。

5 超声波法

超声波法的原理是根据超声波在木材介质中传播时发生衰减现象, 在测出超声波速度后, 计算出木材的弹性模量。进而对木材力学性质进行研究。

2003年, 李华等人对大型木结构钟架的弹性模量进行了超声波技术测量的研究, 研究中, 对木结构的物理学力学强度的变化进行了评估, 这一研究为后续超声波在古建筑木结构中的无损检测提供科学依据。此方法的特点是超声波的声束能在某个特定的放心上聚集, 沿直线在介质中传播, 指向性十分良好, 能够传播的能量较大, 穿透木材能力强, 探测深度大, 速率快, 低成本, 但是很容易受外在因素干扰。而且需要良好地耦合剂才能够进行测量。但目前还没有先例超声波技术应用于活立木木材密度估测。

6 X射线法

X射线法的原理是以X射线透射木质材料后, 用射线接收传感器在透射的小范围内直接测量射线强度透射试样前后的衰减变化, 根据射线衰减程度和试样的平均吸收系数推算出木质材料的密度, 根据密度与木质材料力学性能之间的相关关系, 推导出木材的基本力学性质。

2003年, 马丽娜等人使用X射线对人工林木材密度的变异规律进行了研究, 通过X射线对杨林木材的微密度进行测定。从而定性分析了不同高度、不同生长地、不同年轮上的木材密度的差异。2012年, 余乐等人, 采用X射线扫描法对木材含水率进行了研究, 研究表明:干燥过程中的木材平均含水率可以采用X射线扫描法测量, 其所得到的测量值和用传统称重法得到的含水率测量值几乎相同, 相关关系系数接近1.00, 绝对偏差在0.002以内, 沿着弦向扫描时的含水率测量精度稍低于沿着木材纵向和径向扫描时平均含水率的测量精度, 但其偏差很小, 在实际测量中可以忽略不计。在实际测量中, 采用X射线扫描法测量木材内部含水率时, 可以忽略纹理方向对测量精度的影响。X射线光密度能够进行高精度的木材密度, 已成功地用来评估商业人工林木材质量。这种技术的优点是其能够清楚地获得木材密度值在不同密度的区域之间的半径相同的树, 树与树之间的密度比较在同一个站点, 站点之间的平均密度值。然而, X射线法成本相对较高, 因此, X射线法不满足立木木材密度的快速和经济评价的要求。

7 阻抗仪法

阻抗仪法其测定原理是匀速加力将一根直径3mm的钢针穿入木材内部, 采用计算机磁盘或者携带的记录纸记录下钢针进入木材内部时所受到的阻力曲线, 根据阻力曲线可以较直接地判断木材内部早晚材密度、应力木和年轮分布等情况, 为判断木材内部腐烂或空洞情况、材质状况、生长状况 (年轮分析) 提供有效、可靠的依据。根据阻力曲线判断木材材性。

2008年, 安源等人, 使用阻抗仪和应力波技术对木结构立柱腐朽分布进行了勘查, 建立了立柱内部缺陷分布的三维仿真模型;最后采用无损的阻抗仪方法对该三维仿真模型进行验证, 确定立柱内部缺陷的比较精确的分布状况, 进而为保护立柱木结构提出了解决方案。

8 结束语

以上对现有几种方法进行了评述, 对它们的优缺点进行了总结分析, 针对传统的活立木木材基本密度测定方法, 需要采取用生长锥在胸高处钻取锥芯等对树木有破坏的方式, 且比较繁琐, 程序多, 耗时长, 费用也高, 甚至会影响到木材在以后的加工和使用。以及针对pilodyn法的打入距离短, 振动法的不精确, 超声波法的易受干扰等。针对其问题所在可以研究探索出更为快速、无损、准确估测活立木木材密度的方法。

参考文献

[1]余斌, 高珊, 王立海, 等.超声波在原木内部传播理论研究[J].森林工程, 2014, 01:92-95+99.

[2]张婉婷, 王立海.基于应力波的活立木力学特性无损检测研究进展[J].森林工程, 2014, 02:48-51+55.

浅析骨密度的测量方法和影响因素 篇8

1. 骨密度常用测量方法

骨密度的测定方法很多，但在临床上如何更合理地应用还没有统一，评价其优劣应首先明确该测量方法的原理、准确性、精确性和敏感性。

1.1 单光子吸收法。

优点是可测四肢骨密度，操作方便，价格低廉，适于群众性筛查;缺点是不能测脊柱，难以在短期内反映出骨密度的变化。

1.2 双能X线吸收法。

优点是可测全身各部位骨盐量，以及对骨、软组织分别进行测量，辐射少;缺点是不能区分皮质骨和松质骨，仪器价格较贵，难以普查。

1.3 定量计算机断层扫描法。

主要有躯干QCT和肢体性QCT，优点是能区分皮质骨和小梁骨，主要测腰椎，精度好;缺点是辐射量高，测量不同部位要用不同的仪器。

1.4 X线检查。

可见椎体和四肢长骨远端骨松质出现骨小梁减少、变细、密度变低和皮质变薄，椎体透亮或多个椎体不同程度的压缩性骨折或呈凹型变化。此方法敏感性差，只有当骨量减少20%—30%时，才可诊断骨质疏松症。

1.5 核磁共振（MRI）显像技术。

临床常用于对软组织伤病的诊断，不能清晰分辨骨组织钙化程度，而且仪器价格昂贵。

1.6 定量超声。

常用超声声速(SOS)及超声振幅衰减(BUA)评价骨状态和骨强度。目前此仪器主要用于跟骨、胫骨和膜骨的测量，优点是无放射辐射，价格低廉，操作简单，并可预测骨折危险性。

2. 骨密度影响因素

骨密度代谢非常复杂，但主要受以下因素影响：遗传、性别、年龄、体重、月经状况、环境运动等。骨质疏松由峰值骨量(PBM)和年龄增长相关的骨丢失两方面决定的，国外学者Garn[1]等人研究指出，一个人的PBM与20年以后骨密度高度相关(r=0.93)，因此预防骨质疏松的根本措施是在峰值年龄期尽可能增加较多骨量，并保持较长时间，同时在骨量丢失迅速时期进行体育锻炼，减缓其丢失速率。

2.1 遗传。

PBM的差异60%—80%是由遗传因素决定的，且存在显著的种族差异。黑人的PBM最高，其次是白色人种，黄色人种最低，且黄色人种青少年达到PBM平台时间早于其他种族。影响骨代谢的激素或细胞因子的基因如维生素D受体基因、雌激素受体基因、I型胶原α1基因、生长因子基因是决定PBM的重要候选基因。

2.2 性别。

女性PBM明显低于男性，在青春前期女孩的骨密度成长速度高于男孩，超声波在前两期骨组织中的速度和宽波段超声衰减的组合参数急剧增加，而青春期其组合参数几乎就不变化，青春期后期其组合参数发展缓慢。一般认为，此时合参数的发展趋向停止，即20岁左右人的身高就不再发生太大的变化。

2.3 年龄。

人类骨密度随年龄的增长大体主要有6个时期： (1) 骨密度增长期：出生-20岁; (2) 骨密度缓慢增长期：20—30岁，以年增长率为0.5—1%速度缓慢增加; (3) 峰值骨密度相对稳定期：30—40岁，处于相对平衡状态，骨密度处于峰值期，约维持5-10年; (4) 骨密度丢失前期：女40-49岁，男40-64岁，骨量轻微丢失; (5) 骨密度快速丢失期：主要见于绝经后女性，男性不存在此期; (6) 骨密度缓慢丢失期：65岁以后[2]。

2.4 体重。

骨密度与体重呈显著性正相关，低体重是发生骨质疏松的危险因素之一，其作用的确切机理尚不清楚，可能与leptin(脂肪细胞分泌的一种激素)的作用有关。因此，维持一定的体重是必要的，盲目减肥后中老年时期骨质疏松的风险较高。

2.5 环境。

PBM的差异20%—40%是由环境因素决定的，主要有营养、生活习惯、内分泌等。其中激素水平的改变对骨密度影响较大，骨钙素维持骨正常矿化速率与骨密度增加呈正相关;甲状旁腺激素使骨代谢活跃，促进骨吸收;降钙素可降低骨转换，抑制骨吸收，促进骨形成。环境因素相互作用并非独立因素，是成年期PBM的决定因素，青春期环境因素对PBM的形成与遗传因素同等重要。

2.6 运动。

不同的运动由于对骨的刺激作用不同，因此骨密度亦呈现不同的变化特点，一般认为负重运动促进骨形成，强度大、时间短、多种多样的活动方式有利于刺激骨形成，尤其以力量和冲击性练习对提高骨密度最有帮助;在一定范围内运动量愈大，骨骼肌的直接刺激引发骨的间接应力越大，成骨细胞的活性也就越高，运动处方的强度负荷应为练习者临界运动强度条件下的适宜于自身个体的较大运动强度;运动提高骨密度具有部位相关性，主要增加用力部位的骨密度。

骨密度测定的医学意义在于协助骨质疏松症的诊断，判断各种药物疗法的治疗效果，探测骨密度减少的程度，预知骨折的危险系数。基于这个事实，尽早发现骨密度先天性少的人和绝经后其骨密度迅速降低的女性，及时对患者从影响骨密度的主要因素进行干预、治疗，以预防骨质疏松症的发生和恶化，这是骨密度测定的真正意义。

参考文献

[1]Garn Stanley M, Sullivan Timothy V, Decker Sally etal.Continuing Bone Expansion and Increasing Bone Loss Over a two-decade period in Men and Women from a total community sample[J].American Journal of Human Biology, 1992, 4:57-67.

临界热流密度流体模化方法与分析 篇9

临界热流密度 (CHF) 是沸腾危机发生时传热突然恶化时的高热流现象, 因此, 强制对流沸腾的临界热流密度往往被视为换热设备设计、运行的重要监视参数, 如直流锅炉、反应堆、蒸发器、火箭引擎等领域。对管内水的强制对流沸腾CHF的理论和实验研究已有50多年的历史, 已发展了许多预测模型和方法[1], 但是由于CHF现象本身的复杂性, 其机理尚不能被精确的数学方程所描述。作为实验研究, 高温高压条件下的实型实验投资巨大, 难于控制, 且实验安全得不到保障, 这时低潜热和低临界参数的流体, 便为人们所采用以代替水进行模化实验来研究特定流道的传热特性提供了一种节能、可靠、安全、实用的研究手段。

1 CHF流体模化理论

流体模化方法的理论基础是相似理论和量纲分析理论。CHF的流体模化方法, 是针对CHF现象以保证流体物性相似为主要依据, 选择压力温度条件低、潜热小的工质 (通常是氟利昂类物质) 代替原型工质 (水) , 以达到降低实验困难易于研究并能得到足够精确工程应用结论的目的。

20世纪60年代, 英国人Barnett首次提出了CHF的流体模化, 1964年, Stevens 和Kirby等[2]依据流动工质的热平衡关系, 将水等效压力下的氟利昂CHF数据与水CHF数据进行了直接的模化对比。20世纪70年代流体模化技术有了较大发展, 针对核反应堆应用的流体模化工作取得了长足的进步, 1973年, Ahmad发展了补偿失真模型[3]。之后, X.Cheng和U.Muler 研究了定位格架对棒束中临界热流密度流体模化的影响[4]。1984～1988年, 清华大学张振杰和鲁钟琪等修正了Ahmad的补偿失真模型, 并发展了一组新的比例模化因子, 推动了流体模化技术的发展[5]。近年来, 中国核动力设计院陈军、陈炳德等针对反应堆棒束通道流体模化做了大量工作[6,7]。最近, Song Kyu Lee和Soon Heung Chang使用环保制冷剂R134a开展了上升圆管内CHF的实验研究[8], 陈常念、韩吉田等[9]正在开展复杂流道内的CHF传热和流体模化研究。

2 CHF流体模化工质

流体模化工质的选取是开展模化研究的关键。对于模化水为介质的高温高压设备中CHF传热过程通常选择氟利昂物质, 这是因为它不仅运行温度压力低、潜热小, 而且化学稳定性好、无毒、不爆炸。根据参考文献[10]、[11]计算出了沸腾条件下相同液气密度比时 (ρl/ρg=172～4) R12、R22、R123和R134a与水的压力范围, 如图1所示。

由图1比较看出, 在计算范围内四种氟利昂物质的压力范围相当, 但明显比水的小, R22的上限值为3.81MPa, 仅为水上限值的21%, 其他三种工质上限值均小于水上限值的18%。在通常工况中常见液气密度比约为20的情况, 此时五种工质的压力值如图2所示, 四种氟利昂物质的平均上限压力值仅为水上限值的16%。可见, 用氟利昂类物质作为模化工质, 温度压力条件会大大降低, 从而降低实验困难并节约能源。

氟利昂类物质虽然具有良好的热力性能, 但R12、R22和R123等对臭氧层具有破坏作用而逐渐被淘汰, 所以模化工质的选取还必须考虑到工质的环保性能。R134a是环保替代制冷剂, 其临界压力和温度分别为4.06MPa和101℃ (水分别为22.064MPa、373.99℃) , ODP值为0, 是比较理想的模化工质。此外, 根据模化的实际过程需要也可选择其他氟化物类、芳香烃类以及CO2等作为模化工质。

3 CHF流体模化分析与典型模型

3.1 CHF流体模化条件分析

对沸腾流动的CHF现象有一般函数关系式:

f (qc, G, ΔH, L, D, g, λ, ρl, ρg, μl, μg, CPl, CPg, Kl, Kg, σ, γ, β) =0 (1)

式中:qc—临界热流密度, kW/m2;G—面积质量流速, kg/ (m2·s) ;ΔH—入口过冷焓, J/kg;L—加热长度, m;D—水力直径, m;g—重力加速度, m/s2;λ—汽化潜热, J/kg;ρl—液相密度, kg/m3;ρg—气相密度, kg/m3;μl—液相动力粘度, Pa·s;μg—气相动力粘度, Pa·s;CPl—液相定压热容, J/ (kg·K) ;CPg—气相定压热容, J/ (kg·K) ;Kl—液相导热系数, W/ (m·K) ;Kg—气相导热系数, W/ (m·K) ;σ—表面张力, N/m;γ—定义为undefined;β—定义为undefined。

Ahmad基于此函数关系式用量纲分析理论推导出了适用准则数, 根据大量实验分析给出了如下准则关系式[3]:

undefined

式中:ΨCHF—模化参数。

等式左侧为描述CHF的沸腾数, 可见, 要使模化可行需要满足如下条件:

(ΨCHF, ΔH/λ, ρl/ρg, L/D) P= (ΨCHF, ΔH/λ, ρl/ρg, L/D) M (3)

由于沸腾CHF的复杂性, 不同的流道形式对气泡尺寸、流型转变等具有重要影响, 而且规律难于把握, 为了避开这种影响往往采用与实型相同的试验本体, 则式 (3) 中的无量纲数L/D自动满足;对于入口过冷度和液气密度的影响分别用无量纲数ΔH/λ和ρl/ρg来反映;对于模化参数ΨCHF, 不同的模型则采用了不同的形式。

3.2 几种模型比较

尽管不同学者采用了不同的推导方式, 但最终的结论都和Ahmad的结论相统一, 即模化条件的区别主要在模化参数ΨCHF的不同, 其他条件均相同。

Stevens和Kirby[2]给出了ΨCHF的形式为GD1/4, 需要满足的模化条件等式为 (GD1/4) P=Ks· (GD1/4) M, 其中Ks为经验修正因子;Ahmad[3]的结论是undefined;Katto模型[12]令undefined;张振杰[5]改进了Ahmad模型, 提出undefined;D.C.Groeneveld[1]则给出了更为简单的形式, undefined。

以上几种CHF流体模化模型以R12、R22、R113、CO2等工质在圆管和棒束流道的模化结果具有不同适用性, 其中以Ahmad模型应用最为广泛, 精度较高;Katto模型和Groeneveld模型在本质上是统一的, 它们主要考虑了We数的影响, 形式较为简单, 便于应用;Stevens-Kirby 模型是一种经验模型, 经验修正因子Ks由不同液气密度比时的实验数据确定;张振杰模型引入气相Pr数用以反映边界层中气相热容和导热对气相输送及气膜生成发展的影响, 有较好的适用性。

4 结论

(1) CHF的影响因素有很多, 由于不能用准确的数学方程描述, 宜采用量纲分析理论寻找各影响因素之间的关系 (准则数) , 必须针对具体问题和要求的不同预测精度筛选影响因素, 切忌盲目选取。

(2) 几何因素对CHF的影响是复杂的, 更是重要的, 有时与实体一致的流道制作困难或代价高昂, 或者更为复杂的任意曲线形流道希望从典型流道结论得到推广。因此几何模化比例因子的求取及其修正需要进一步研究。

(3) 流体模化是实验的指导理论, CHF典型实验回路应至少具备如图3所示设备装置:泵提供循环动力, 旁路用于调节流量, 过滤器用于清除杂质, 蓄能器用来调压和稳压, 工质在预热段预热至所需状态后在实验段进一步加热至CHF发生, 后经冷凝器冷凝回到储液罐, 继而进入下一个循环。

(4) CHF现有理论模型是流体模化方法改进的重要基础, 可以在两个方面进行完善:一是针对具体问题选取不同的准则数, 但采用模型成熟的推导和实验验证模式 (如根据实验数据推定某个常数值或经验因子) ;二是在模型基础上引入普适的参数, 将模型进一步推广。

综上所述, 选取合适的流体模化工质, 如环保制冷剂R134a等, 对CHF现象进行模化实验, 温度压力水平可降低70%～80%, 节约研究费用80%左右, 是一种节能、安全的有效方法;针对复杂情况下的CHF现象, 为取得更好模化效果, 可以将现有模型为基础在复杂流道、广义模化参数等方面加以改进完善。

参考文献

[1]D.C.Groeneveld, J.Q.Shan, A.Z.Vasic, et al.The2006CHF look-up table[J].Nuclear Engineering and De-sign, 2007, 237:1909-1922.

[2]Steven G.J., Kirby F.A..Quantitative comparison be-tween burnout data for water at l000psia and Freon-12at155psia, Uniformly Heated Round tube Vertical Up-flow[R].United Kingdom:United Kingdom Atomic Ener-gy Authority, Report No.AEEW-R327, 1964.

[3]Ahmad S.Y..Fluid to fluid modeling of critical heat flux:A compensated distortion Model[J].International Journal of Heat and Transfer, 1973, 16:641-662.

[4]X.Cheng, U.Muller.Critical heat flux and turbulent mix-ing in hexagonal tight rod bundles[J].International Jour-nal of Multiphase Flow, 1998, 24:1245-1263.

[5]张振杰.流动沸腾临界热通量的模化实验研究[D].北京:清华大学, 1984.

[6]陈军, 杨燕华, 廖建如, 等.圆管临界热流密度的流体模化[J].核动力工程, 2003, 24 (4) :354-358.

[7]陈军, 廖建如, 赵华, 等.定位格架对4×4棒束临界热流密度流体模化的影响[J].原子能科学技术, 2005, 39 (1) :1-5.

[8]Song Kyu Lee, Soon Heung Chang.Experimental study of post-dryout with R-134a upward flow in smooth tube and rifled tubes[J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, 51 (11) :3153-3163.

[9]陈常念, 韩吉田, 邵莉.临界热流密度流体模化准则数的导出[R].郑州:中国工程热物理传热传质学术年会, 2008.

[10]ASHRAE.2001Fundamentals Handbook[S].Atlanta, USA:ASHRAE, 2001.

[11]严家录, 余晓福.水和水蒸气热力性质图表[M].北京:高等教育出版社, 1995.

密度方法 篇10

关键词：GB/T 1885－1998；视密度；标准密度；自动换算

中图分类号：TP274文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）09－0052－01

1标准密度换算方法

本文延用了GB/T 1885－1998标准用的定义：试验温度（t’）；视密度（ρt’）；标准密度（ρ20）；计量温度（t）。已知某种油品在某一试验温度t’的视密度ρt’，换算标准密度步骤：①根据油品类别选择相应油品的标准密度表；②确定视密度所在标准密度表中的密度区间；③在视密度栏中，查找已知的视密度值；在温度栏中找到已知的试验温度值。该视密度值与试验温度值的交叉数即为该油品的标准密度。

如果已知视密度值正好介于视密度栏中两个相邻视密度值之间，则采用内插法确定标准密度，但温度值不内插，用较接近的温度值查表。

2在Excel中使用VBA对自动换算的设计

通常的编制计算机程序的方法进行标准自动计算，除了需要编制软件外，还需要建立标准密度表59D数据库，使用起来不直观也不方便。因为表59D经常用到的数据量并不是很大，应在Excel中建立自己所需的数据库。

而计算的过程通过Excel中内嵌的VBA语言来实现。程序输入试验温度（t’），假设t≤t’＜t＋0.25，t为表59D中的纵坐标数；视密度（ρt’），ρt≤ρt’＜ρt＋2，ρt、ρt＋2为表59D中的横坐标数，所对应的标准密度为ρt20、（ρt＋2）20，t’和ρt’分别与表59D进行比对，取最接近t’的温度为t，赋值X＝t；如果ρt’刚好在密度栏中值时，则ρ20＝（X，ρt’）；如果视密度值正好介于视密度栏中两个相邻视密度值之间，则ρ20＝ρt20＋（ρt’－ρt）×［（ρt＋2）20－ρt20］/（ρt＋2－ρt）。

3VBA源程序和计算演示

VBA部分源程序如下：

Dim x As Integer

Dim y As Integer

Private Sub CommandButton1_Click()

x = (TextBox2 - 27) * 4 1 + 2

If (TextBox1 / 2) <> (Fix(TextBox1 / 2)) Then

y = (TextBox1 - 980) / 2 1 + 2

TextBox3 = Cells(x, y) + (TextBox1 - Cells(1, y)) * (Cells(x, y + 1) - Cells(x, y)) / (Cells(1, y + 1) - Cells(1, y))

Else

TextBox3 = Cells(x, (TextBox1 - 980) / 2 1 + 2)

End If

End Sub

运行该程序后，随机输入二组数据：

数据一：

视密度：981.3

试验温度：27.2

数据二：

视密度：998

试验温度：29.25

分别运行得出正确的结果。

4自动换算程序的特点

运行环境为Excel，一般电脑都能运行；使用简单，即使只会简单使用Excel，也能使用此程序；免去了查表和运算的工作量，大大提高了工作效率；润滑油产品种类繁多，对有兴趣、有条件对某一种具体的润滑油产品进行更准确的修证系数，只需在公式中直接加上系数即可继续使用此自动换算程序进行研究。

参考文献：

［1］国家质量技术监督局.石油计量表（GB/T 1885－1998）.北京：中国标准出版社，1998.

［2］陈学东，常丹编著.Visual Basic 6.0程序设计教程［M］.清华大学出版社，2005.01.01.

（编辑：王昕敏）

密度方法 篇11

1 浮泥运动的特性

浮泥是一种由高浓度悬沙层构成的物质, 而高浓度悬沙层又是在潮涨潮落阶段由潮流的不断变化而产生的。当波浪起伏运动时, 会带起底部的泥沙, 当这种沉积物不断聚集, 则会形成较大范围的浮泥, 此时有船舶经过时, 会对航行的速度有一定影响。高浓度悬沙层属于牛顿流体, 而浮泥属于非牛顿体, 二者的运动特性有着较大区别。高浓度悬沙层主要是在潮流下实现位移的, 而浮泥是在重力分量引起的切应力下产生位移。

荷兰Delft大学的Van Kessel等对缓坡上的浮泥重力流进行了系统的试验研究, 指出缓坡上的浮泥流动可以有层流和紊流两种流态。前者为高浓度时的流态, 可模态化为宾汉流体;后者为相对低浓度时的流态, 此时有与上部水流的交换。层流到紊流的转变条件用有效雷诺数Re给出。有效雷诺数Re为:

式中:Rμ和Rτ分别取决于宾汉黏滞性和宾汉屈服应力的雷诺数, 分别表示为:

式中:t为浮泥层平均密度;U为浮泥层运移速度;H为浮泥层厚度。Van Kessel推荐Liu

等提出的层流-紊流转变的有效雷诺数Re=2 000~3 000。Van Kessel由试验绘出流体阻力系数CD与有效雷诺数Re的关系见图1。

在低雷诺数即层流流态时, CD较大。但随Re增大而减小;而转变为紊流状态后, CD为常数 (0.003 5) 。二者的转变出现在Re=2 000~3000时, 与Liu等的建议值一致。

2 淤泥沉淀物的密实-固结特性

高浓度泥沙层的形成于河口海岸水体中黏性细颗粒泥沙在水中的沉降有着较大的关系, 这种沉降可分为絮凝沉降与制约沉降两种, 其中淤泥质港口航道适航密度主要是指泥沙在咸水中产生制约沉降而引起的。在低淤泥沉积物密实-固结特性进行分析后发现, 在自重的影响下, 淤泥排水过程异常缓慢, 所以沉积物的密度增长需要经历较长的时间, 这也是导致沉积泥沙出现悬浮状的原因之一。

3 适航密度确定方法的改进

浮泥层在重力的作用下, 本身并不会因为水流底切力而产生位移, 其只有在斜坡上才能在切向分量的影响下发生位移。浮泥层运动时会产生一定阻力, 这与浮泥层的流态有着较大关系, 在港口航道中, 如果存在大量的浮泥层, 需要采取有有效的措施降低其对船舶航行的影响, 最常用的方法就是通过高程开挖的方式, 消除坡度, 将底坡的坡度变为0。这样才能做到不给浮泥创造流动的条件。

船舶在淤泥质港口航道航行时, 船体的边缘会受到浮泥的影响, 当船壁流体切应力超过浮泥的抗剪强度后, 船体会带动周边的浮泥一起运动, 这一过程相当于给浮泥创造了位移的条件。船舶在不同的航行速度下, 受浮泥运动影响的情况不同, 另外, 浮泥层的厚度不同, 适航密度也会产生较大的变化。浮泥运动可以分为层流与紊流两种情况, 前者主要出现在浮泥密度较高的情况后, 而后者出现在浮泥密度较低的情况下。浮泥密度不同, 则船体受到的阻力系数不同, 有的船舶航行时, 会同时出现层流与紊流, 在计算适航密度时, 需要对两种流动形式以及数据进行转换, 找出对应的浮泥密度, 这样才能计算出最准确。可靠的适航密度。

研究人员通过大量的实验表明, 船舶行驶的速度较慢时, 船体周围浮泥运动的形态为层流, 而此时产生的浮泥层厚也比较薄。在船行速度超过1 kn时, 在低密度条件下为紊流状态, 随着密度增大, 浮泥流态从紊流向层流转变。在通常进出港船行速度4~8 kn (即2~4 m/s) 情况下, 适航密度在1.25~1.35 g/cm3。从港口管理角度考虑, 吃水较深的重载大船利用适航水深航行时, 有时也会采用较小航速 (2~4 kn) , 因此, 确定适航密度1.2~1.25 g/cm3较为稳妥。换言之, 航道和港池适航密度的取值可以有所不同, 航道内船行速度较大, 对浮泥作为适航水深的利用可以更充分一些。作为船体周边浮泥流态转换的指标, 有效雷诺数Re取3 000或2 000, 对适航密度的确定差别不大。

进一步分析浮泥层厚度对适航密度的影响。在不同船行速度和浮泥层厚度下, 分析Re与密度的关系可知, 对同样密度的浮泥, 代表层流-紊流转换条件的有效雷诺数Re随着航行速度的增加而增大, 也随着浮泥层厚度的增大而增大。取与Re=3 000相应的密度为适航密度, 在4 km航行速度下, 浮泥层厚度为50~150 cm, 适航密度从1.27 g/cm3提高到1.30 g/cm3;在8 km航行速度下, 浮泥厚度为50~150 cm, 适航密度可以放宽为1.33~1.38 g/cm3。这些适航密度值, 可视为淤泥在不同条件下最大可利用的适航密度。实际应用上为确保航行安全, 取值要小一些。

4 结论

通过本文的分析可以看出, 淤泥质沉积物是由黏性细颗粒泥沙在咸水中制约沉降形成的, 在对淤泥质航口适航密度进行研究时, 需要采用专业的方法。船舶在淤泥质水体中航行时, 船体的边缘会带动周边的浮泥一起运动, 从而产生一种剪切流动, 在确定适航密度时, 需要了解浮泥层航行阻力变化的特征, 这样才能实现对传统确定方法的改进。在实际研究的过程中, 研究人员需要对不同航速下船舶运动情况与浮泥密度以及浮泥层厚度进行对比, 找出其中的差异以及规律, 这样才能保证计算出的浮泥层适航密度准确性较高。

摘要：淤泥质港口航道会影响船舶的正常航行速度, 由于在航行的过程中船体会带动周围浮泥一起运动, 所以会产生一定重力流。在对淤泥质港口航道适航密度进行确定时, 需要保证方法使用得当, 否则会影响船舶的正常航行。本文提出了以船体边壁附近浮泥层流态转换条件来确定适航密度的新方法, 指出适航密度与航行速度计浮泥层厚度都有较大关系, 这是对传统方法的改进与优化, 可以有效减少计算时产生的误差。

关键词：淤泥,港口,适航密度,方法

参考文献

[1]金, 虞志英, 何青.滩槽泥沙交换对长江口北槽深水航道回淤影响的分析[J].水运工程, 2013 (1) .

[2]庞启秀, 杨树森, 杨华, 韩西军.淤泥质港口适航水深技术研究与应用[J].水利水运工程学报, 2010 (3) .