相稳定性（精选7篇）
相稳定性 篇1
聚丙烯酰胺( PAM) 及其衍生物是一种精细功能高分子产品,是现代水溶性合成高分子中最重要的品种之一[1]。PAM大分子主链上具有活性酰胺基团,使其具有增稠、絮凝和调节流体的流变性等作用,因此它广泛应用于石油、化工、冶金、煤炭、造纸、轻纺、建筑业、农业、水处理、医学等部门,有 “百业助剂”之称[2,3,4,5]。
随着各行各业对PAM需求量的增加,新品种、合成新工艺不断涌现,其中反相乳液聚合法制备PAM,具有高的分子量和高的聚合速率,聚合热容易散出,产品溶解速度快等优点, 越来越受到关注[6,7,8]。但此方法存在的问题是,聚合前制备的丙烯酰胺的反相乳液稳定性差,长期放置易分层,而保持乳液稳定是后续聚合能否顺利进行的关键,也是该方法要解决的难点。目前,针对聚合机理和动力学的研究较多,关于乳液稳定性的研究较少,因而探索不同因素对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响规律十分必要。
本文采用单因素实验研究了转速、乳化时间、油水体积比、乳化剂含量、复合乳化剂的HLB值、单体浓度对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响[9,10],旨在探索制备高稳定性的乳液最适宜的乳化条件。
1实验部分
1.1实验原料及仪器
原料: 失水山梨醇单油酸酯( Span80) ,化学纯,天津东丽区天大化学试剂厂; 烷基酚聚氧乙烯醚( OP - 10) ,化学纯,天津东丽区天大化学试剂厂; 丙烯酰胺,分析纯,天津市福晨化学试剂厂; 煤油,工业级; 蒸馏水,超纯水器制。
仪器: JHS - 1型电动搅拌器,杭州仪表电机厂; GWA UN型超纯水器,北京普析通用仪器有限责任公司。
1.2乳液制备
将一定比例的Span80和煤油混匀作为油相,放入250 m L四口烧瓶内,再将一定比例的丙烯酰胺、OP - 10和蒸馏水搅拌均匀作为水相逐滴( 2. 5 m L/min) 加入油相中,在一定转速下搅拌一定时间形成丙烯酰胺的白色乳液。
1.3乳液稳定性表征
乳液的稳定性采用静置稳定性来表征,将制备的乳液装于20 m L试管中,在不同温度下静置不同时间,记录乳液层体积变化[11],在不同静置条件下的稳定性系数分别用 Φ1、Φ2表示,计算公式如下:
式中: V1———将乳液在50 ℃ 静置2. 5 h后乳液层的体积,m L
V0———起始乳液层的体积,m L
式中: V2———将乳液在室温20 ℃ 静置21天后乳液层的体积,m L
V0———起始乳液层的体积,m L
2结果分析与讨论
2.1转速对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响
固定乳化时间30 min,油水体积比1,乳化剂含量6% ,复合乳化剂的HLB值6. 0,单体浓度15% ,考察转速对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响,见图1。从图1可以看出,随着转速的增加,乳液的稳定性呈增加趋势,当转速达到2000 rpm时, 乳液稳定性最高。原因是随着转速的增加,单体液滴所受剪切力增大,在油相中分散的更加均匀,乳液更稳定。因此,选择适合的转速为2000 rpm。
2.2乳化时间的影响
固定转速2000 rpm,油水体积比1,乳化剂含量6% ,复合乳化剂的HLB值为6. 0,单体浓度15% ,考察乳化时间对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响,见图2。从图2看出,随着乳化时间增加,乳液的稳定性先增加后保持不变。乳化时间过短, 水相在油相中分散得不均匀,大的单体液滴在重力作用下发生沉降。当乳化时间为30 min时,单体液滴在油相中分散均匀, 继续增大乳化时间,单体液滴分散的均匀性不再改变,乳液稳定性不变。因此,确定最佳的乳化时间为30 min。
2.3油水体积比的影响
固定转速2000 rpm,乳化时间30 min,乳化剂含量6% , 复合乳化剂的HLB值为6. 0,单体浓度15% ,考察油水两相体积比对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响,见图3。从图3看出, 随着油水体积比增大,乳液的稳定性先增加后降低。油水体积比小于1. 2时,单体液滴不能很好地分散在油相中,易发生碰撞,导致乳液稳定性差; 油水体积比大于1. 2时,油相较易从乳液中分离开来,导致乳液稳定性变差。因此,选择适合的油水体积比为1. 2。
2.4乳化剂含量的影响
固定转速2000 rpm,乳化时间30 min,油水体积比1,复合乳化剂的HLB值为6. 0,单体浓度15% ,考察乳化剂含量对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响,见图4。从图4看出,随着乳化剂含量的增大,乳液的稳定性先增加后基本不变。原因是随着乳化剂含量的增大,在油水两相界面膜上吸附的乳化剂分子数增加,界面膜的强度增加,乳液稳定性增加,当乳化剂含量达到6% 时,形成的乳液最稳定,继续增大乳化剂含量,吸附在界面膜的乳化剂分子达到饱和,乳液稳定性保持不变[12], 故确定适宜的乳化剂含量为6% 。
2.5复合乳化剂HLB值的影响
固定转速2000 rpm,乳化时间30 min,油水体积比1,乳化剂含量6% ,单体浓度15% ,考察复合乳化剂HLB值对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响,见图5。从图5可以看出,HLB值在4. 5 ~ 8. 0的范围,HLB值对乳液稳定性有显著影响,随着HLB值的增大,乳液稳定性先增加后降低。原因是随着HLB值增大,体系的亲水性增大,亲油性减小,油包水型乳液的稳定性升高,当HLB值达到6. 0时,亲水亲油性达到平衡,继续增大HLB值,油水界面膜倾向于亲水,不易形成稳定的油包水型乳液[13],因此,选择适宜的HLB值为6. 0。
2.6单体浓度的影响
固定转速2000 rpm,乳化时间30 min,油水体积比1,乳化剂含量6% ,复合乳化剂的HLB值为6. 0,考察单体浓度对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响,见图6。由图6看出,随着单体浓度的增大,乳液稳定性下降。这是因为,增大单体浓度,单体液滴密度增大,从而油水两相间密度差增大,由斯托克斯定律可知,单体液滴在油相中的沉降速度变大,导致乳液稳定性变差。因此,选择适宜的单体浓度为15% 。
3结论
以乳液在50 ℃ 和20 ℃ 下的静置稳定性为考察指标,研究了转速、乳化时间、油水体积比、乳化剂含量、复合乳化剂HLB值、单体浓度对丙烯酰胺反相乳液稳定性的影响规律。得出了最佳乳化条件: 转速2000 rpm,乳化时间30 min,油水体积比1∶1,乳化剂含量6% ,复配乳化剂的HLB值为6. 0,单体浓度15% 。
相稳定性 篇2
关键词：高压直流,受端电网,换相失败,预测控制,无功轨迹,电压稳定,参数优化
0 引言
中国能源资源与负荷中心呈逆向分布,煤炭、水能以及风光等新能源主要分布在西北和西南地区,负荷中心则位于经济发达的中东部地区。为实现能源资源大范围优化配置、提升大容量远距离电力传输效率,高压直流输电技术将得到广泛应用[1]。
直流馈入受端电网,是交直流混联格局中的重要场景[2]。直流换相失败和交流电网电压稳定,则是该场景下相关研究中的热点和重点[3,4]。在直流换相失败方面,文献[5]提出了评估换相失败风险的方法;文献[6]研究了故障合闸角对换相失败影响的机理;文献[7]推导了多直流馈入系统的熄弧角模型,分析了影响换相失败的因素;文献[8]则针对换相失败实际案例,开展仿真分析。在直流馈入受端交流电网电压稳定方面,文献[9]研究了直流逆变站非线性无功响应特性及其对电压稳定性影响机理;文献[10]建立了换流母线负荷裕度指标,用以定量评估受端电网电压稳定水平;文献[11]则提出了改善受端电网电压稳定性的多直流恢复时序的协调控制策略;文献[12]界定了暂态电压稳定和中长期电压稳定的评价标准。
换相失败预测控制的主要功能,是在检测和判定将要发生换相失败时,快速减小逆变器触发角α,以增加换相裕度,进而降低换相失败发生风险[13]。由于直流换流站无功功率消耗与其触发角强相关,因此换相失败预测控制启动后,必将影响受端交流电网电压恢复特性,甚至恶化电压稳定性。然而,以往通常独立开展针对换相失败与电压稳定问题的研究,关于前者对后者影响的研究较少。
本文基于实际工程中应用的直流控制系统,建立了特高压直流仿真模型;揭示了计及换相失败预测控制的直流逆变站非线性无功轨迹特性;针对预测控制导致逆变站无功需求大幅增加,进而影响电压稳定性的问题,结合预测参数对无功轨迹的影响分析,提出了改善逆变站无功特性的预测参数优化方案。特高压直流馈入受端电网时域仿真结果,验证了优化预测控制参数提升受端电网电压稳定性的有效性。
1 特高压直流受端系统及直流控制
1.1 特高压直流受端系统
为分析计及换相失败预测控制后,直流逆变站动态无功响应特性,在PSD-BPA电力系统仿真软件中,建立如附录A图A1所示额定电压±800kV、额定电流5kA、额定容量8 000 MW的特高压直流受端系统仿真模型。
1.2 直流控制系统及换相失败预测控制
附录A图A1中,直流控制系统模型对应为实际直流工程所用ABB型控制器[14],其总体结构如附录A图A2所示。正常运行时,整流站采用定功率控制,逆变站采用定熄弧角控制。
直流逆变器发生换相失败与交流系统电压跌落幅度、电压跌落速率及三相电压不平衡度等因素有关,为降低换相失败风险,实际直流控制系统中,通常可配置以相应扰动量为输入信号的换相失败预测控制模块[13]。对应附录A图A2中换相失败预测控制模块的逻辑结构,如图1所示。图中:Uc0为换流母线电压初值;Uc为换流母线电压;ΔUc为换流母线电压跌落幅度;Tcf为预测输出角度的下降时间常数;Δα为附加触发角;Ucf为换相失败预测控制的电压门槛值,若换流母线电压低于该值,则启动换相失败预测功能,降低Ucf取值可延迟电压跌落过程中换相失败功能投入时刻;Gcf为预测控制增益,影响换相失败启动后触发角调节幅度,增大Gcf取值可增加附加触发角调节幅度。当换流站电压跌落幅度ΔUc>1-Ucf时,换相失败预测控制启动。ΔUc依次经过增益、限幅和延时环节后,输出的附加触发角Δα将减小逆变器触发角α,从而实现提前触发以降低换相失败发生风险。
1.3 触发角与无功功率间的关系
对于图1所示特高压直流受端系统,对应电流源型直流逆变器。由其准稳态模型可知,其无功功率Qc与各电气角之间的关系如式(1)至式(4)所示[15]:
式中:φ,γ,μ分别为功率因数角、熄弧角和换相角;α和β分别为逆变器触发角和触发超前角;Pd为直流功率。
将式(3)和式(4)代入式(2),可得式(5),结合式(1)可以看出,大扰动故障冲击下,换相失败预测控制启动后,α迅速减小,将快速改变逆变器无功需求,进而影响受端电网电压恢复过程。因此,换相失败预测控制对电压稳定性的影响不能忽视,尤其对于电压恢复特性较差的受端电网。
2 计及换相失败预测控制逆变站无功特性
附录A图A1中,为模拟换流母线电压大幅变化,设置交流电网戴维南等值电势Et按式(6)做半周期的跌落和回升波动。
式中:Et0为初值,设置为1.0(标幺值);ΔEt为波动幅度,设置为0.45(标幺值);ωs为波动频率,设置为3.142rad/s。
此外,换相失败预测控制模块中,电压门槛值Ucf和增益系数Gcf分别取值为0.87(标幺值)和0.15;交流戴维南等值阻抗Xt取值为1.0×10-3。直流电压和直流电流的标幺化基准值分别取为800kV和5kA,系统功率基准值取为8 000MVA。
对应换流母线电压跌落和回升波动,逆变站主要电气量暂态响应轨迹如附录A图A3和图2所示。
对其分阶段解析如下。
1)换相失败预测控制启动之前的oa段。如附录A图A3(a)所示,随着换流母线电压Uc下降,直流电压ud降低。在整流侧定功率控制作用下,直流电流id提升;逆变器触发角α基本维持在限值αmax不变。随着ud降低和id提升,换相角μ增加,对应熄弧角γ持续减小,换相失败风险增大,如附录A图A3(b)和图A3(c)所示。在该过程中,ud降低对直流功率Pd的减小作用,强于id提升对Pd的增大作用,因此Pd逐渐减少,对应逆变器无功消耗Qi也相应减小。由于滤波器输出无功Qf随Uc下降呈平方级减少,幅度大于Qi的减小量,因此,无功供给与消耗间的差额逐渐增大,对应逆变站将从交流电网中吸收更多的无功功率。
2)换相失败预测控制启动的ab跃变段。在时刻a,Uc降至0.87(标幺值),跌落幅度达到1-Ucf,换相失败预测控制启动,其输出附加触发角Δα使逆变站各电气量响应轨迹跃变至b点。触发角α迅速大幅度减小,对应γ则快速增大,换相失败风险可显著降低,如附录A图A3(b)和图A3(c)所示。与此同时,ud随α减小显著跌落,由于id调节的响应延时,Pd在ab段出现明显减少。逆变器α减小,其无功消耗将出现阶跃式增加,对应逆变站会瞬间呈现出动态无功负荷特性,从交流电网吸收大量无功功率。
3)电压持续跌落的bc段。ud随Uc进一步跌落,小于低电压限电流(VDCOL)启动电压值之后,id将沿限流特性线下降,对应Pd将随ud和id两者同时减小而快速降低,逆变站从交流电网中吸收的无功功率Qc随之减少。
由上述逆变站各电气量响应轨迹可以看出,换相失败预测控制启动后,逆变器触发角α将瞬时大幅度减小,对应逆变器无功消耗Qi阶跃增大,进而使逆变站呈现出大容量动态无功负荷特性。这一特性,对受端电网电压恢复不利,甚至可能会威胁受端电网电压稳定性,需予以关注。
3 换相失败预测控制相关参数的影响分析
3.1 电压门槛值Ucf的影响
换相失败预测控制的电压门槛值Ucf,其取值将决定在电压跌落过程中预测控制的启动时刻,即减小逆变器触发角α的时刻。因此,Ucf的取值会显著影响逆变站无功轨迹特性。
Ucf取为0.87和0.77(标幺值)两种情况,对应第2节所述换流母线电压波动,逆变站无功Qc的受扰响应轨迹的对比曲线,如图3所示。可以看出,降低Ucf取值,可使换相失败预测控制在更低的电压水平下启动,相应可减少电压跌落过程中逆变站从交流电网中吸收的无功Qc。
如图3所示,将Ucf由0.87降低至0.77(标幺值),对应Uc为0.8(标幺值)时,Qc可减少约15(标幺值),即1 500 Mvar。
3.2 增益系数Gcf的影响
增益系数Gcf取值,会影响换相失败预测控制启动后,逆变器附加触发角Δα的跃变幅度,因此也将会影响逆变站无功轨迹特性。
Gcf取为0.15和0.05两种情况,对应第2节所述换流母线电压波动,逆变站无功Qc的受扰响应轨迹的对比曲线,如图4所示。可以看出,减小增益系数Gcf取值,在相同扰动冲击下,可降低换相失败预测控制启动后逆变器触发角α的跃变幅度,对应逆变站吸收的无功Qc可显著减少。
如图4所示,Gcf取值由0.15减小至0.05,对应Qc可减少约7(标幺值),即700Mvar。
3.3 改善逆变站无功特性的预测控制参数优化
综合Ucf和Gcf对逆变站无功轨迹的影响分析可知,降低Ucf或减小Gcf,均可在换流母线电压跌落过程中,减少逆变站吸收的无功功率,改善逆变站无功特性。同时优化调整这2个参数,逆变站无功特性的改善效果可进一步叠加,如图5所示。
需要指出的是,降低Ucf取值,则随电压跌落,γ减小的幅度将增大;减小Gcf取值,则预测控制启动后,γ增大的幅度将减小。因此,上述Ucf和Gcf取值调整,均会增大换相失败发生风险。然而,对于面临电压不稳定威胁的直流馈入受端电网,降低直流换相失败风险与维持电压稳定二者间,无疑后者更为重要。因此在这种情况下,优化换相失败预测控制参数,改善逆变站无功特性以提升电压稳定运行能力,具有重要意义。
4 特高压直流受端电网仿真验证
4.1 特高压直流受端电网
为满足河南电网负荷持续快速增长的用电需求,根据规划,将建设连接内蒙古呼伦贝尔盟火电基地与河南豫西受端电网的额定电压和额定电流分别为±800kV,5kA的8 000MW特高压直流输电工程。特高压直流馈入受端豫西局部电网结构如附录A图A4所示,接入500kV电网的主力机组包括孟津2×600 MW、邙山2×600 MW和三门峡2×1 000 MW;电网通过嘉和—汝州、洛东—郑州和马寺—巩义3个500kV通道5回线与河南主网互联,其中,嘉和—汝州通道对豫西站三相短路容量贡献较大,其枢纽地位突出,是受端电网稳定运行的重要支撑通道。
豫西地区负荷模型采用50%感应电动机和50%恒阻抗组合模型。呼盟—豫西特高压直流的整流站采用定功率控制,逆变站采用定熄弧角控制,换相失败预测控制参数Ucf和Gcf分别取值为0.87(标幺值)和0.15。
4.2 受端电网受扰特性及优化
1s时,嘉和—汝州双回线中1回线嘉和侧三相永久短路;1.1s时,故障线路与并联非故障线路同时开断。对应上述扰动,特高压直流馈入的受端豫西电网将失去电压稳定,仿真结果如图6所示。可以看出,故障切除后,换流母线电压Uc仍小于电压Ucf,换相失败预测控制持续输出的附加Δα,使逆变侧触发角α小于正常运行值,逆变器无功消耗增加,逆变站将从交流电网吸收大量无功功率,对应交流电压无法恢复,持续跌落并失去稳定。
为缓解换相失败预测控制对电压恢复特性的不利影响,将原Ucf和Gcf取值分别优化调整至0.7(标幺值)和0.05。对应调整后的优化参数,相同故障扰动下,交流电压以及逆变站各电气量暂态响应如附录A图A5和图A6所示。可以看出,随着故障切除后交流电压恢复提升,换相失败预测控制将快速退出,对应触发角α增大,逆变站从交流电网中吸收的无功功率大幅度减小,受端电网电压能够维持稳定,直流也可恢复平稳送电。
此外,从附录A图A6所示逆变器熄弧角对比曲线可以看出,对应原预测控制参数,故障清除后,逆变器熄弧角一直维持在较大数值运行,虽然没有发生换相失败,但由于逆变站无功需求大,受端电网将失去电压稳定。采用优化预测参数,故障后逆变器熄弧角快速减小,虽然发生了2次短时换相失败,但受端系统能够恢复电压稳定。因此,对于存在电压稳定问题的直流馈入受端电网,换相失败预测控制参数Ucf和Gcf的取值,应优先考虑降低电压失稳威胁。
5 结论
1)换相失败与电压稳定,是直流馈入受端电网关注的两个重要问题。降低换相失败风险的预测控制,会导致逆变站从交流电网吸收更多的无功功率。
2)电压门槛值Ucf和增益系数Gcf,是换相失败预测控制模块中的两个重要参数。降低Ucf和减小Gcf,均可减少预测控制启动时逆变站从交流电网中吸收的无功功率。
3)换相失败预测控制中的参数整定,需兼顾考虑换相失败对系统的威胁以及电压稳定风险。在电压稳定较为突出的直流馈入受端电网中,可通过优化Ucf和Gcf参数,缓解电压稳定这一主要矛盾。
发电机进相运行稳定性分析 篇3
神华国华北京热电分公司两台发电机组由德国ABB公司制造, 额定视在功率为235000kVA, 额定功率因数为0.85, 定子电流7538A, 转子电流1249A, 电压298V, 励磁系统为ABB公司配套生产的自并励可控硅励磁系统, 三组可控硅整流并联运行, 为发电机提供励磁电流。
2 机组进相运行现状
2.1 发电机组进相原理
发电机进相运行是通过减小励磁电流使发动机由发出感性无功功率变为吸收感性无功功率, 也就是发出容性无功功率。以消耗电网内过剩的无功功率, 使电网电压维持在合理的水平, 我们称发电机这种运行状态为进相运行。
2.2 电网特点对机组进相运行的要求
神华国华北京热电分公司地处京津塘电网负荷中心区, 是北京地区负荷有力的电源支撑点。由于京津塘电网负荷多以民用电为主, 电网负荷受气温影响较为突出, 在气温较高的夏季, 制冷空调负荷较大, 电网无功负荷水平较高, 所以基本不存在发电机组进相调压的现象。春秋两季电网内的空调负荷很小, 电网内无功功率无法消耗, 使电网电压维持在很高的数值, 因此在负荷低谷时段, 要利用发电机进相运行, 从电网内吸收多余的无功功率, 保证电网电压在规定值内。
2.3 发电机进相运行现状。
随着夏季高温天气的结束, 电网在低谷时段无功负荷很少, 使此时段的电网电压超过了规定限值。作为负荷中心区的电源点, 网调要求我厂采用逆调压的方式调压, 所谓逆调压就是负荷高峰时段维持电压高限运行, 负荷低谷时段维持电压靠下限运行。在负荷低谷时段电网电压超过115kV时发电机应进相运行, 以保证电网电压在合格范围内。表一为进入9月份以来我厂发电机组进相运行情况。从中可以看出我厂发电机进相运行呈现出进相运行次数多、进相深度大的特点。
3 机组进相稳定性分析。
3.1 机组进相运行对定子绕组温升的影响
发电机进相运行时, 定子电压下降, 电流增加, 导致定子绕组温度升高, 根据运行规程规定, 发电机定子绕组最高不超过110℃, 而根据实际运行观察和运行数据来看, 当发电机在极限进相工况或接近极限进相工况下运行时定子绕组的温度均在运行规程规定范围之内, 并有很大裕度, 这说明发电机进相运行对定子绕组安全运行不构成影响。
3.2 机组进相运行对厂用电压的影响
发电机进相运行时受机端电压下降的影响, 厂用母线电压也会相应降低。厂用电压降低则厂用电动机出力会下降, 如果电压过低厂用电动机的出力大幅下降, 会对机组的安全运行产生威胁。现场运行规程规定机组进相运行时, 定子电压不得低于17.1kV, 6kV母线电压不得低于5.7kV, 380V母线电压不得低于361 V。表四所列数值为机组进相运行时厂用电压情况, 从表中可以看出机组在Cosφ为-0.97以内进相运行时, 厂用电压满足规程规定, 可以保证厂用电动机安全运行, 对厂用电不构成影响。
3.3 机组进相运行时对静态稳定性的影响
发电机进相运行是通过减小励磁电流, 使发电机进入“欠励”运行状态。此时励磁电动势减小, 有功输出恒定不变而功率角增大更靠近90°极限值, 发电机静态稳定能力下降, 易进入不稳定状态。结合发电机的V形图 (图1) 可以看出当发电机在有功功率输出一定的情况下, 进相越深越接近不稳定区域。表五为V形图所示ABB机组各有功输出时对应的极限功率因数值。
可以看出现场实际运行时将发电机进相运行时的cosΦ控制在-0.97以内, 已经保留了足够的安全裕度, 保证发电机不会进入不稳定区内。为了防止由于系统波动使机组进相深度加大而落入不稳定区, 励磁装置还配有欠励限制保护。当机组进相达到定值时, 保护启动, 限制励磁电流进一步减少。从根本上保证机组工作在稳定区域内。
结语
总体来看, ABB发电机进相运行时cosΦ控制在-0.97, 不论是从机组温升还是从厂用电压以及机组的稳态运行方面, 都能稳定运行, 各项参数均在控制范围之内。这说明我厂两台ABB发电机进相运行在cosΦ为-0.97以内是安全可靠的。
摘要：结合发电机进相运行的数据, 分析发电机进相运行时对定子绕组温度、厂用电压、发电机静态稳定性的影响, 论证发电机进相运行时的稳定性。
关键词：进相,无功功率,静态稳定性
参考文献
[1]牛维扬, 李祖明.电机学[M].北京:中国电力出版社.
相稳定性 篇4
1 定性映射模型简介
在哲学上,质与量的互变是一个基本规律,而度则是质和量的统一,是调节和控制对应和转化关系的关键要素或操作规则。因为度可用一个区间加以表示,所以,许多对应和转化关系可表示为一个定性映射,即定量到定性转化可归结为一个定性映射[2]:
式(1)指出,一个量都对应着一个质,而这个转化过程是由质的度决定的,用数学的方法刻画了定量到定性的转化过程。同时,这也告诉我们,质无定质,当质的标准发生改变之后,此时的质也就不是以前的质了。从上式可以直观地看出,当区间[α,β]发生改变后,同一个x映射后也就得到不同的质。当我们讨论一个性质的时候,就一定要指定该质的度,即[α,β],否则,我们在计算机里谈论事物性质的概念会毫无根据。
有一个很好的例子来帮助我们理解定性映射模型:一个人u的年龄属性age(u)是否“年轻”的性质Young(u),就存在着多个定性基准。中国共青团对“年轻人”的定性基准是从14岁到28岁,而世界卫生组织对“年轻人”的定性基准是从0岁到45岁。同时,我们每个人对“年轻人”Young(u)的定性基准却是各种各样的,也就是说,“年轻人”有多个定性基准[1]。所以,定性映射模型解决了怎么在计算机里表示事物性质的问题,而且提出了数量与性质的转化运算规则。
我们用定性映射模型规定事物的质,然后就能引入数学上的种种方法来更深入地研究定性映射,为智能科学领域的研究提供新思路,目前神经网络、遗传算法、支持向量机等方法和技术都与定性映射模型紧密结合在了一起。
2 定性映射与概率论的联系
我们经常遇到这样一个定性映射的例子:一份100分的数学试卷,一个学生的成绩不少于60分就是及格,小于60就是不及格。那么一个学生的成绩的定性映射模型可以表示为:
根据定性基准[60,100],任何一个x都是关联到一个性质的,这个性质到底是pass还是┐pass,完成取决于定性基准,也就是说成绩所对应的性质也是存在一定的概率的,以区间[0,100]作为全总域,以区间[60,100]作为性质pass的定性基准,则一个学生的成绩x对应的性质的概率可表示为:
由式(3)我们给出一个通用的表达方式:
在式(4)中,[α,β]为定性基准,U为全总域,则一个定性映射与性质概率的大小是有联系的。
需要指出的是,式(4)刻画的是一个未知量x对应的概率性质,而不是一个确定的。在实际应用中,遇到最多的是如何根据一个变量来确定它对应的性质。这也是概率论的一个特点,它以大量随机变量为研究对象,总结出可能性,以概率的概念说明事物的变化结果。
我们可以看出式(2)与式(3)存在着的联系。当及格的定性基准[60,100]增加时,也就是说及格的性质会变得更普遍,相应地由式(3)确定的及格的概率也就更大一点。研究一下极端的情况,当定性基准就是全总域时,式(2)变为:
可见,所有x定向映射后得到的性质都是pass。
式(3)变为:
式(5)和式(6)反应了同样的事实,那就是当定性基准变为[0,100]时,所有变量x对应的性质都是pass。
定性映射模型在模式识别应用中取得不错的效果,它以定性基准为基础,结合各种数学方法,抽取出识别对象的质特征,从而达到模式识别的目的。从上面的例子我们可以得到,用概率论的描述方法也能描述识别对象的质特征,从而采用新的方法进行模式识别。
3 采用概率模型的定性映射方法进行模式识别
对于一幅画面,我们首先采用加m×n网格的方法将其分解,每一个网络对应着一个区间:
在该网格所覆盖的区域内有a个点,每一个点对应着一个数量:
xk,k=1,2,…a
该点的定性基准为:
计算该网格所对应的概率:
式(7)计算的结果就作为该网格处的图像特征。
为了进一步提高特征判断的准确性,我们还可以对每一个网格在整体上再进行特征转化,即把每一个网格再作为一个点来进行处理,这里就不再赘述。
摘要：该文介绍了定性映射模型[1-2]及其在实践应用中的良好效果和重要价值,并根据作者的个人领悟,讨论了此模型与概率论的联系,以二者的联系为基础,本文提出了一种将定性映射模型与概率论结合起来进行模式识别的方法。该文从定性映射模型推出可以用概率统计的方法进行模式识别,为模式识别的研究方法做了一次新的尝试。
关键词：定性映射,概率论,模式识别
参考文献
[1]冯嘉礼.思维与智能科学中的性质论方法[M].北京:原子能出版社,1990:51-56
[2]冯嘉礼,聂文龙.判断的定性映射模型与非线性模式分类[J].广西师范大学学报:自然科学版,2004,22(1):27-32.
相稳定性 篇5
氧化锆多晶陶瓷是一类新型的结构和功能材料,具有非常优异的物理和化学性能。常压下随温度的变化,纯氧化锆可分别以单斜相(室温~1205℃)、四方相(1205~2377℃)和立方相(2377~2710℃)的形式存在[1]。其中,四方相向单斜相转变过程中的体积效应和剪切应变,能显著提高材料的室温力学性能,是其综合性能优良的最重要的特性和依据,在结构陶瓷领域得到广泛的应用;立方相具有良好的高温离子导电性,可作为固体氧化物燃料电池(SOFCs)的固体电解质材料[2]。
已有文献表明[3,4,5,6,7,8]:氧化锆多晶体还存在一些中间相,如正交相(o)、假四方相(t'和t")、三方相(r)等。Hasegawa[9,10]等对立方相钇稳定氧化锆(CYSZ)进行表面研磨或离子注入后,XRD图谱
中(111)c衍射峰出现不对称宽化,或在其低角度方向出现隆起(以下简称“隆起现象”),700℃以上退火后,隆起消失。Hasegawa认为:隆起是由于样品表面残余应力诱导转变的三方相(111)r衍射峰与立方相(111)c衍射峰部分重叠而形成的;高温退火消除残余应力,因此隆起消失。
本文通过制备钙离子掺杂稳定的氧化锆粉体及陶瓷,研究了表面研磨以及后续热处理条件对钙稳定氧化锆相结构的影响,并探索性的研究了相结构变化与表面残余应力之间的关系。
1 实验
将Ca(NO3)2和纯ZrO2按钙锆摩尔比为16∶84溶于适量去离子水中,并加入适量的聚乙二醇(PEG)为分散剂,同时滴加氨水,调节p H>9,磁力搅拌4h并静置2h后过滤得沉淀沉淀前驱体,经水洗、醇洗后于90℃下干燥,经800℃煅烧得16CaO-ZrO2粉体。采用传统陶瓷烧结工艺,将16Ca-ZrO2粉体,经球磨、造粒后,于200MPa下干压成型为直径(φ)为20mm,厚度(h)约为3mm的圆片压坯样,于1500℃无压烧结,保温3h。用UNIPOL-810研磨机对烧结样进行表面研磨(SiC砂纸粒度为8μm),获得待测研磨样;再将研磨样于1000℃热处理并保温2h后冷却,获得待测热处理样。
用混合法进行理论密度的计算:16Ca-ZrO2,5.33g/cm3。用Archimedes法测定烧结后样品的密度,其相对密度为95.6%。用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对样品进行相结构表征与分析。用X射线应力测定仪,通过Sin2Ψ法测量样品的表面残余应力值。
对于各向同性的多晶材料,在平面应力状况下,依据布拉格定律和弹性理论可以导出,应力值σ正比于2θ随Sin2Ψ变化的斜率M,即
式中K为应力常数,
式中E为杨氏模量,μ为泊松比,θ0为无应力状态的布拉格角。对于氧化锆材料,取E=-226 Gpa,μ=0.25。
2 结果与讨论
图1为16Ca-ZrO2烧结样的XRD图谱。图1中没有出现Ca物相的特征峰,表明Ca2+已经掺杂进入ZrO2晶格,取代了部分Zr4+位置,因此,XRD不能检测到Ca物相的存在。由图1可见,16Ca-ZrO2经1500℃煅烧后,样品主晶相为立方相,表明16mol%钙稳定的氧化锆陶瓷为立方相氧化锆陶瓷。
将16Ca-ZrO2烧结样经表面研磨后进行XRD测试,结果如图2所示。由图2可见,研磨后样品的XRD图谱中,在(111)c衍射峰低角度方向出现不对称宽化形成隆起。研究表明[9,10,11]:隆起是由于样品经表面研磨或离子注入后产生侧向残余应力(如垂直于样品正常表面方向),诱导部分立方相向三方相转变,生成的三方相(111)r衍射峰与立方相(111)c衍射峰部分重叠而形成的。因此,经表面研磨后,钙稳定的氧化锆表面产生残余应力,诱导部分的立方相转变为三方相,(111)r衍射峰与(111)c衍射峰部分重叠,在XRD图谱中显示为隆起现象。
图3所示为有隆起现象的研磨样经1000℃退火后的XRD图谱。由图3可见,经1000℃退火热处理后,原经表面研磨形成的隆起消失。研究表明[9,10,11]:经700℃以上退火处理,消除残余应力,隆起消失。
选取隆起程度不同的研磨样以及退后后的样品进行表面残余应力测试,实验结果如表1所示。由表1可见,表面研磨后,在钙稳定的氧化锆样品表面产生残余压应力,隆起的程度随残余压应力的增大而变大,表明隆起的程度与残余压应力值成正相关性关系,且形成隆起存在一个临界应力值,钙稳定的立方相氧化锆,残余压应力值大于541MPa才形成隆起。研究表明[11]:对于CYSZ陶瓷,当残余压应力值达到700MPa以上,就会在(111)c衍射峰低角度方向出现独立的三方相(111)r衍射峰。表明当残余压应力值继续增大,钙稳定的立方相氧化锆有可能在(111)c衍射峰低角度方向出现独立的三方相(111)r衍射峰。当高温退火后,残余应力值降为-97MPa,研究表明[12]:氧化锆烧结后的样品具有较大的原始压应力。因此,高温退火后样品表面还有一定的应力值,但不足以形成隆起。
3 结论
(1)以Ca(NO3)2和纯ZrO2为原料,通过液相法制备16Ca-ZrO2粉体,经1500℃煅烧并保温3h后获得16Ca-ZrO2陶瓷,其主晶相为稳定立方相氧化锆;
(2)16Ca-ZrO2陶瓷经表面研磨后XRD图谱中(111)c衍射峰低角度方向出现不对称宽化形成隆起;隆起是由于侧向残余应力诱导部分立方相向三方相转变,(111)r衍射峰与(111)c衍射峰部分重叠而形成的;
(3)隆起程度与表面残余压应力的大小成正相关性。
摘要：采用液相法制备16mol%钙稳定的氧化锆粉体,通过传统陶瓷烧结工艺,在无压氧化气氛中制备了16Ca-ZrO2陶瓷,通过XRD物相分析法,研究了表面研磨以及后续热处理条件对16Ca-ZrO2陶瓷相结构的影响。结果表明:16Ca-ZrO2陶瓷的晶相结构为立方相,16Ca-ZrO2陶瓷经过表面研磨后,在XRD图谱上观察到(111)c衍射峰低角度方向出现隆起。隆起的形成是由于表面研磨使材料表面产生残余压应力,应力诱导立方相转变为三方相,生成的三方相在XRD图谱上与主晶相叠合;隆起程度与表面残余压应力大小成正相关性。高温退火后,消除残余应力,三方相又转变为立方相,隆起消失。
关键词：表面研磨,热处理,氧化锆,隆起
参考文献
[1]DEB A K,CHATTERJEE P,GUPTA S P S.Synthesisand microstructural characterization ofα-Al2O3-t-ZrO2composite powders prepared by combustion technique[J].Mater Sci Eng:A,2007,459(1-2):124-131
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相稳定性 篇6
ITER计划是目前全球规模最大, 影响最深远的国际科研合作项目之一, 也是人类有史以来继国际空间站之后第二昂贵的国际科学合作项目, 合作承担ITER计划的有欧盟、中国、美国、韩国、俄罗斯、日本和印度。
ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克, 俗称“人造太阳”。与不可再生能源和常规清洁能源不同, 聚变能具有资源无限, 不污染环境, 不产生高放射性核废料等优点, 是人类未来能源的主导形式之一, 也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。ITER计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用聚变能, 从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。
2013年5月份, 水冷式离相母线设计方案通过了ITER项目国内外专家的设计评审, 成功获得ITER项目电源场水冷离相母线的订单。公司在短短6个月内完成首台套水冷离相母线的自主设计研发、生产装配、绝缘性能试验和动热稳定试验, 成功交付给中国科学院等离子体物理研究所进行国内集成模拟运行试验, 项目其余机组将在未来两年内交付到法国ITER现场供核聚变反应试验使用。
相稳定性 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2012年1月-2013年7月佛山市第三人民医院门诊及住院患者60例, 均符合美国精神障碍诊断与统计手册第4版 (DSM-IV) 双相障碍I型诊断标准。按照所服用药物分成两组:帕利哌酮联合碳酸锂治疗组30例, 其中男16例, 女14例, 平均年龄 (34.5±8.0) 岁, 锂盐剂量500~1500 mg/d, 平均 (806.3±107.7) mg/d, 帕利哌酮剂量3~15 mg/d, 平均 (12±3) mg/d。碳酸锂单药治疗组30例, 其中男14例, 女16例, 平均年龄 (36.3±9.2) 岁, 碳酸锂剂量750~1500 mg/d, 平均 (1280.0±110.0) mg/d。所有受试者均为右利手, 对研究知情同意。
1.2 研究方法
患者先由高级职称医师做出诊断, 再采用DSM-IV轴SCID-I对患者的精神状况进行确诊及评估。评定由两位精神科医师独立完成。患者在安静环境中接受如下评定工具的测评: (1) 采用WMS-RC评定认知能力; (2) 记忆广度 (MS) 测试。 (3) 威斯康星卡片分类测验 (WCST) 。
1.3 统计学方法
采用SPSS 17.0软件进行统计分析, 所有数据均采用±s做统计描述, 认知功能各指标的比较采用t检验。
2 结果
帕利哌酮联合碳酸锂治疗组在WCST卡片总数 (t=3.83, P=0.000) 、持续错误 (t=2.19, P=0.039) 、随机错误 (t=3.68, P=0.000) 、WMS-RC总分 (t=2.27, P=0.020) 、记忆商数 (t=4.10, P=0.000) 、数字广度 (t=2.11, P=0.031) 测评中均优于碳酸锂单药组, 见附表。
注:与碳酸锂单药组比较, *P<0.05
3 讨论
国内外大量研究发现双相障碍患者急性期会出现注意力、言语学习、记忆、视觉记忆和执行功能等缺陷, 而双相障碍缓解期认知功能损害可能是患者不能恢复正常社会功能的主要原因。一项针对成人单一锂盐治疗的前瞻性研究[2], 经过2年的随访研究发现, 患者存在执行功能和运算速度受损, 得出锂盐会引起认知功能受损的结论。本研究显示, 帕利哌酮联合碳酸锂治疗组在WCST卡片总数 (t=3.83, P=0.000) 、持续错误 (t=2.19, P=0.039) 、随机错误 (t=3.68, P=0.000) 、WMS-RC总分 (t=2.27, P=0.020) 、记忆商数 (t=4.10, P=0.000) 、数字广度 (t=2.11, P=0.031) 测评中均优于碳酸锂单药组。提示帕利哌酮联合碳酸锂治疗可能有助于缓解和改善双相障碍患者的认知、记忆和执行功能。
帕利哌酮缓释片作用机制是阻断中脑-边缘多巴胺 (DA) 通路上的D2受体, 治疗阳性症状;帕利哌酮24 h平稳药效释放, 最大限度降低了药物峰谷浓度的波动, 从而减少了因浓度波动所导致的不良反应, 也减少了对患者注意力、感知运动速度、言语运动技巧及运动协调性等方面的影响[3]。单用碳酸锂治疗双相障碍需要用较高的剂量, 这样不良反应发生概率就会增加, 且锂盐的治疗量和中毒量较接近。应用帕利哌酮联合碳酸锂治疗时, 碳酸锂的剂量就可以适当降低, 从而碳酸锂的不良反应就会减少, 因此治疗安全性增加和锂盐对认知功能的危害性就降低[4]。
综上所述, 帕利哌酮联合碳酸锂治疗可能有助于缓解和改善双相障碍患者的认知功能, 预防并治疗双相障碍患者的认知功能损伤, 有助于他们更好的恢复社会功能, 回归社会。
摘要：目的 探讨帕利哌酮联合碳酸锂治疗对双相障碍稳定期患者认知功能的影响。方法 60例稳定期双相障碍I型患者分成两组, 分别是帕利哌酮缓释片联合碳酸锂治疗组30例, 碳酸锂单药治疗组30例。采用修订韦氏成人记忆量表 (WMSRC) 、记忆广度 (MS) 、威斯康星卡片分类测验 (WCST) , 比较组间认知、记忆和执行功能的差异。结果 帕利哌酮联合碳酸锂治疗组在WCST卡片总数 (t=3.83, P=0.000) 、持续错误 (t=2.19, P=0.039) 、随机错误 (t=3.68, P=0.000) 、WMS-RC总分 (t=2.27, P=0.020) 、记忆商数 (t=4.10, P=0.000) 、数字广度 (t=2.11, P=0.031) 测评中均优于碳酸锂单药组。结论 帕利哌酮联合碳酸锂治疗可能有助于缓解和改善双相障碍患者的认知功能。
关键词：帕利哌酮,双相障碍,碳酸锂,认知功能
参考文献
[1]赵靖平.双相障碍的治疗原则[J].中华精神科杂志, 2012, 45 (5) :307.
[2]Tabares-Seisdedos R, Balanza-Martinez V, Sanchez-Moreno J, et al.Neurocognitive and clinical predictors of functional outcome in patients with schizophrenia and bipolar disorder at one-year followup[J].J Affect Desord, 2008, 109:286-299.
[3]Lakshmi N Yatham, Sidney H Kennedy, Sagar V Parikh, et al.Canadian Network for Mood and Anxiety Treatments (CANMAT) and International Society for Bipolar Disorders (ISBD) collaborative update of CANMAT guidelines for the management of patients with bipolar disorder:update 2013[J].Bipolar Disorders, 2013, 15:1-44.