稳态试验

稳态试验（共6篇）

稳态试验 篇1

0 引言

履带车辆转向性能的好坏是影响车辆越野机动性能的重要方面, 为了提高履带车辆的越野机动性能, 需要对履带车辆的转向性能进行深入的研究。履带车辆的转向性能研究主要包括试验研究与理论研究两方面的内容, 通过建立准确的履带车辆转向动力模型, 并以模型仿真分析履带车辆的转向性能是研究履带车辆转向特性的重要技术手段。多年以来的研究成果表明, 履带车辆在转向过程中两侧履带始终存在着滑转与滑移现象, 使得不考虑履带滑转、滑移的转向模型的计算结果与试验结果存在着很大的差异[1]。为了建立准确的履带车辆转向模型, 提高车辆转向性能的模拟精度, 目前采用最广泛的研究履带车辆转向问题的技术方法是考虑履带打滑条件的转向理论[2,3,4]。

本文根据剪切应力-剪切位移关系模型计算履带-地面之间的切向力, 推导了考虑履带滑转、滑移以及离心力影响的车辆转向运动方程, 建立了履带车辆稳态转向模型, 计算了履带车辆的转向运动学及动力学特性。并采用实车试验数据对转向模型进行验证, 研究结果可以为履带车辆新型转向机构的设计与性能分析提供理论支持。

1 转向模型基本假设及坐标系

1.1 基本假设条件

1) 地面为硬路或铺装路, 不计履带的沉陷以及履带板在侧向方向的推土效应。2) 水平路面均匀稳态转向, 两侧履带接地压力为均匀分布。3) 不计履带宽度及张力变化对履带接地压力的影响, 并假设履带为不可拉伸的均匀柔性带。4) 履带车辆转向时的行驶阻力系数与直线行驶时相同。5) 转向时履带上任意一点的剪切应力与该点的剪切位移量相关, 其表达式为 τ=τmax (1-e-j/K) , 其中 τmax为履带与地面之间的最大剪切应力;j为地面土壤的剪切位移量;K为土壤抗剪模量, 且剪切应力方向与该点的滑动速度方向相反。

1.2 坐标系描述

为研究履带车辆的转向特性, 假定履带车辆在转向过程中作3 自由度平面运动, 如图1 所示为履带车辆转向运动学简图。在水平地面上建立惯性坐标系XOY, 并以履带车辆转向中心线与车体纵向中心线的交点o为坐标原点建立固结于车体上的连体坐标系xoy。

图1 中, OS点为履带车辆稳态转向时的转向中心;O ′2、O′1点分别为高速侧和低速侧履带接地段的瞬时转向中心;R为车辆的转向半径;R′为转向中心OS到车辆质心G的横向距离, 满足;s0为车辆质心G到通过O′2、O′1点连线的纵向距离;cx、cy分别为车辆质心G到车辆几何中心的横向及纵向距离。车辆稳态转向角速度用来表示;L、B、b分别为履带接地长、两侧履带中心距以及履带宽度;β 为履带车辆侧滑角, β=arcsin-1 (s0/R) 。为便于描述, 文中以下标1 对应内侧履带, 下标2 对应外侧履带。

2 履带车辆转向运动学模型

2.1 履带接地段的滑动速度

如图1 所示, 当履带车辆绕转向中心OS以角速度转向时, 履带的运动是由牵连运动和相对运动构成的复合运动, 与在两侧履带中心线上的点O2、O1对应的履带接地段在连体坐标系下y方向的牵连速度为:

则与在两侧履带中心线上的点O2、O1对应的履带接地段在连体坐标系下y方向的相对速度为:

式中:rz为主动轮节圆半径;ωi为两侧主动轮角速度。

当存在滑转和滑移时, 点O2、O1处在连体坐标系下y方向的绝对速度即为该点的纵向滑动速度, 其表达式为:

式中:Ai为两侧履带转向极的横向偏移量。

由于车辆稳态转向时的转向角速度为, 且Pi点到履带接地最前端的距离为L/2+cy-s0-yi, 则从两侧履带接地段最前端运动到Pi点时车辆的转向角 φ 为

2.2 履带接地段的剪切位移

履带接地段上各点的剪切位移沿着接地长度方向累积, 至接地段后端达到最大值。

由于两侧履带接地段纵向中心线上的每一点的纵向及横向滑动速度均不同, 根据定义[1], Pi点处剪切位移的横向分量和纵向分量分别表示为Pi点的横向及纵向滑动速度在两侧履带接地段最前端运动到Pi点时所需转向时间上的积分, 其表达式为:

则Pi点处的合成剪切位移量为:

3 履带车辆转向动力学模型

3.1 履带-地面之间的法向力

当履带车辆转向速度较高或转向半径较小时, 离心力就会迅速增大, 为了准确地计算转向特性, 应当考虑离心力的影响。当转向过程中存在离心力时, 离心力的横向分力和纵向分力会使两侧履带接地段的负荷重新分配。横向分力使得高速侧履带接地段负荷增加, 低速侧履带接地段负荷减小。此时如图2 所示, 两侧履带接地段的法向力表示为:

高速侧和低速侧履带接地段的接地压力分别为:

式中:V为车辆质心处的线速度;g为重力加速度;W为车辆总质量;h为车辆重心高度。

当受到离心力作用力时, 两侧履带负荷重新分配, 由于受到离心力的纵向分力的作用, 会使得两侧履带接地端的作用力前端大后端小, 如图2 所示。

3.2 履带-地面之间的牵引力与制动力

如前所述, 履带接地段的剪切应力与履带-地面之间的剪切位移量有关, 其表达式为[1]

式中:p为履带与地面之间的法向压力;μ 为履带与地面之间的摩擦因数, 这里假定为常量。

履带车辆转向时, 两侧履带接地段上Pi点单位面积d A下的切向力等于剪切应力与接地面积的乘积, 其表达式为:

两侧履带接地段上Pi点的切向力如图1 所示, 其方向与该点履带-地面之间的滑动速度方向相反。则两侧履带切向力的纵向分量Fyi和横向分力Fxi分别表示为单位面积下切向力的纵向及横向分量沿整个履带接地长度上的积分:

式中:δi表示为两侧履带的滑动速度与横向方向的夹角;i=1, 2。根据图1中关系所示, δi的正弦及余弦函数表示为:

3.3 转向驱动力矩与转向阻力矩

从图3 中看出, 由两侧履带上切向力的纵向分量 (即牵引力和制动力) 产生的绕o点的转向驱动力矩表示为

由于履带-地面之间的剪切位移及剪切应力在履带接地长度上并不相同, 剪切应力的横向分量不仅产生切向力的横向分量, 而且还形成绕两侧履带O2、O1点的转矩, 其表达式为:

3.4 履带车辆稳态转向动力学方程

履带车辆稳态转向时, 作用在履带车辆上的转向驱动力与转向阻力始终处于平衡状态。根据参考坐标系下x轴及y轴方向的力平衡关系以及相对于转向中心o点的力矩平衡关系, 得到履带车辆稳态转向平衡方程[2]:

展开上式, 得:

式 (18) 中, 当给定车辆质心线速度V和转向半径R时, 通过对式 (18) 的迭代计算就首先确定两侧履带瞬时转向中心的转向极横向偏移量A2、A1和转向极的纵向偏移量s0的值;而后分别计算作用在两侧履带上的牵引力、制动力以及履带车辆的转向阻力矩。

4 履带车辆转向模型的试验验证

以某型履带式装甲车辆为对象, 基于建立的履带车辆转向动力学模型, 仿真分析履带车辆的稳态转向性能, 并根据试验结果对转向动力学模型进行验证。砂土路面条件下, 履带车辆的转向运动学及动力学特性的计算结果与试验结果对比如图4~图7 所示。

图4、图5 分别为履带车辆转向时, 高速侧履带滑转率 σ2及低速侧履带滑移率 σ1的模型计算结果与试验结果分别随车辆实际转向半径R的变化关系曲线。从图中结果对比可见, 两侧履带滑转率和滑移率的计算结果与试验结果从总体变化趋势上具有良好的一致性。无论是从测试结果还是从两个转向模型的计算结果都可以看出, 滑转率和滑移率均具有随履带车辆转向半径的增大逐渐减小的变化趋势。

图6、图7 分别为履带车辆转向时, 两侧履带牵引力F2、制动力F1以及转向驱动力矩MD的模型计算结果与试验结果随车辆实际转向半径R的变化关系曲线。从图中看出, 履带车辆转向模型的计算结果与试验结果具有很好的一致性。模型计算结果表明:两侧履带牵引力与制动力、转向驱动力矩均呈现出随转向半径增大而逐渐减小的变化趋势。而基于Steeds库仑摩擦力的转向模型却无法体现转向动力学参数随转向半径的变化趋势, 因而与试验测试结果存在较大的差异。

为了进一步验证转向模型的准确性, 表1 给出了履带车辆在砂土路面上转向时, 在两个不同的转向半径下, 车辆的转向性能参数的仿真计算与试验测试对比结果。

由表1 数据结果对比可见, 履带车辆转向时, 实际转向半径的仿真计算与试验结果的误差约为2%左右。两个不同的转向半径下, 两侧履带滑转率和滑移率的仿真计算与试验结果的最大相对误差小于15%。高速侧履带的牵引力及低速侧履带的制动力的仿真计算与试验结果的误差小于4%。以上结果对比表明了履带车辆稳态转向计算模型的准确性。

5 结论

本文针对履带车辆稳态转向问题开展研究, 建立了车辆的稳态转向动力学模型, 考虑了履带的滑转、滑移以及离心力的影响, 根据实车试验测试结果对履带车辆稳态转向动力学模型的准确性进行了验证, 本文得到的主要结论如下:

1) 根据剪切应力-剪切位移关系模型推导了两侧履带牵引力、制动力及转向阻力矩等的计算公式, 建立了车辆的稳态转向动力学模型, 考虑了履带的滑转、滑移以及离心力的影响, 采用试验测试数据与计算结果的对比对履带车辆动力学模型的准确性进行了有效验证。

2) 对比研究了基于剪切应力-剪位移关系转向模型计算结果与基于库仑摩擦力转向模型计算结果的差异。研究结果表明:库仑摩擦力转向模型无法反映转向过程中的作用力以及力矩随转向半径的变化趋势;而剪切应力-剪位移关系转向模型的计算结果与试验结果具有很好的一致性, 所反映的两侧履带牵引力与制动力、转向阻力矩等随转向半径增大时的变化趋势与试验数据一致。

参考文献

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稳态试验 篇2

一、内环境与稳态

内环境与稳态内环境相关系统：循环、呼吸、消化、泌尿。包括：细胞外液（组织液、血浆、淋巴）内环境是体内细胞生存的直接环境。

内环境理化性质包括：温度、PH、渗透压等

稳态：机体在神经系统和体液的调节下，通过各器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态。体内细胞只有通过内环境，才能与外界环境进行物质交换。稳态意义：机体新陈代谢是由细胞内很多复杂的酶促反应组成的，而酶促反应的进行需要温和的外界条件，必须保持在适宜的范围内，酶促反应才能正常进行。呼吸作用分类：有氧呼吸、无氧呼吸

有氧和无氧呼吸的第一阶段都在细胞质基质中进行。无氧呼吸的场所是细胞质基质

生物体生命活动都需要呼吸作用供能意义：呼吸作用能为生物体生命活动供能；呼吸过程能为体内其他化合物的合成提供原料。新陈代谢类型

同化作用：自养型（包括光能自养和化能自养）、异养型 异化作用：包括需氧型和厌氧型 第四章生命活动的调节

植物生命活动调节基本形式激素调节

动物生命活动调节基本形式神经调节和体液调节。神经调节占主导地位。植物向性运动是植物受单一方向的外界刺激引起定向运动。植物的向性运动是对外界环境的适应性。

其他激素：赤霉素、细胞分裂素；脱落酸、乙烯。

植物的生长发育过程，不是受单一激素调节，而是由多种激素相互协调、共同调节。生长素是最早发现的一种植物激素。

生长素的生理作用具有两重性，这与生长素浓度和植物器官种类等有关。生长素的运输是从形态学的上端向下端运输。应用：促扦插枝条生根；促果实发育；防落花果。动物——体液体液调节：某些化学物质通过体液传送，对人和动物体的生理活动所进行的调节。

激素调节是体液调节的主要内容。反馈调节：协同作用、拮抗作用。通过反馈调节作用，血液中的激素经常维持在正常的相对稳定的水平。下丘脑是机体调节内分泌活动的枢纽。

激素调节是通过改变细胞代谢而发挥作用。生长激素与甲状腺激素；血糖调节。

动物——神经生命活动调节主要是由神经调节来完成。神经调节基本方式——反射。反射活动结构基础——反射弧 兴奋传导形式——神经冲动。

兴奋传导：神经纤维上传导；细胞间传递 神经调节以反射方式实现；体液调节是激素随血液循环输送到全身来调节。体内大多数内分泌腺受中枢神经系统控制，分泌的激素可以影响神经系统的功能。反射活动——非条件反射、1 条件反射。

条件反射大大地提高了动物适应复杂环境变化的能力。神经中枢功能——分析和综合

神经纤维上传导——电位变化、双向 细胞间传递——突触、单向

动物——行为动物行为是在神经系统、内分泌系统、运动器官共同调节作用下形成的。行为受激素、神经调节控制。

先天性行为：趋性、本能、非条件反射 后天性行为：印随、模仿、条件反射 动物建立后天性行为主要方式：条件反射 动物后天性行为最高级形式：判断、推理

高等动物的复杂行为主要通过学习形成。神经系统的调节作用处主导地位。性激素与性行为之间有直接联系。

垂体分泌的促性腺激素能促进性腺发育和性激素分泌，进而影响动物性行为。大多数本能行为比反射行为复杂。（迁徙、织网、哺乳）生活体验和学习对行为的形成起决定作用。

判断、推理是通过学习获得。学习主要是与大脑皮层有关

二、生物与环境

1生态因素非生物因素

光：光对植物的生理和分布起着决定性作用。光对动物的影响很明显。（繁殖活动）

温度：温度对生物分布、生长、发育的影响 水：决定陆地生物分布的重要因素。生物因素 种内关系：种内互助、种内斗争

种间关系：互利共生、寄生、竞争、捕食

种群特征：种群密度、出生率和死亡率、年龄组成、性别比例。数量变化：“J”曲线、“S”曲线。研究数量变化意义：在野生生物资源的合理利用和保护、害虫防治方面。影响种群变化因素：气候、食物、被捕食、传染病。

人类活动对自然界中种群数量变化的影响越来越大。2生物群落垂直结构、水平结构 生态系统结构

成分：非生物的物质和能量；生产者；消费者；分解者。成分间联系——食物链、食物网

生产者固定的太阳能的总量是流经该系统的总能量。能量流动特点：单向流动、逐级递减

物质循环和能量流动沿着食物链、网进行的。

据此实现对能量的多极利用，从而大大提高能量利用效率。能量流动和物质循环是生态系统的主要功能。

稳态和发生认识论 篇3

这类问题，人们似曾相识，常常作为常识为人熟悉，但熟知并非真知，只有在吸取前人研究成果的基础上，通过大量的观察实验，借助分析综合和反复的论证，才能使理论获得科学的形态。这个形态，就是由坎农最终确立的代表其研究成果之精华的稳态理论。

稳态问题，在历史上早就为人接触，但作为生理学的研究也不过是一百年左右。十九世纪五十年代末，法国著名生理学家G·贝纳德，从为人忽视的施旺的细胞生理学的研究中得到启发，第一个提出了复杂动物具有二种环境：内环境和外环境。外环境在接触生物体时，不发生生命进程的那些活动，内环境是身体各部分赖以生存的条件，生命的进程只发生在液体状恒定的内环境中。然而，贝纳德关于内环境恒定的概念并没有立即得到人们的重视，直到二十世纪，美国、英国、德国的研究者才开始回到了内环境稳定的概念上来，亨德森专门对贝纳德的工作作了宣传和推广，他根据内外环境的关系来探讨生命的特征。尔后，也就是距贝纳德提出两种环境七十年后，坎农在这一基础上把外环境问题放置一边，从内环境中推导出稳态的概念，提出了人体的稳态理论。

坎农认为，稳态是内环境的稳态，躯体稳定状态的基本条件是内环境的稳态，内环境又称为水环境或液床，它指的是机体的循环液体的总体。它是身体各部分共有的中间媒介，是用以进行物质交换的场所，输送养料清除废物的搬运工，也是体温调节的平衡器。内环境在由极其复杂极不稳定的物质分子组成的机体中，运用自身的平衡装置控制机体，使机体能够应付突然事变，能够抵抗反人体的各种物质力量，从而获得一种早在古希腊就有人称之为“天然治愈力”的东西。

问题不是在于是否承认有这样一种力，而是看从什么样的水平、层次，用什么样的理论来解释它。历史上的巫医和原始宗教就曾经作出过这样那样的说明。坎农站在现代科学的高度，对稳态的机制作了详细论证和理论阐述。他把内环境的稳定看作是调节过程的结果。调节有两种类型：物质的调节和涉及作用过程的调节。简单说来，物质调节是通过贮存来实现的，机体通过贮存来调节临时的、不稳定的供应与恒定的有时是提高了的需求之间的矛盾。贮存或者是充溢式的贮存，把组织内提供的、一时用不了的大量物质渗透到细小的网状结构中去，以备“不测”；或者是隔离式的贮存，把物质较长期地存放在与液体直接隔绝的细胞内部或特殊场所。产生贮存作用的诱因可以归结为机体的诸如口渴、饥饿一类的感觉。物质调节还可以通过溢出的机制，当补偿品的贮存达到极限时，通过某种溢洪道从体内排出，以保证各种物质、各种化学成份按一定比例设定的范围内的恒定。保持内环境稳定的第二种类型是通过精确适应机体需要的方式来增加或减小连续作用的速度，以达到机体的稳定。这主要表现在人体热量调节的机制中。当然，作为稳态作用的整体，还必须包括他的敏感的自动指导器，因为当液体状态发生大的变化时，干扰一开始就能产生校正措施。

上面只是粗线条地描述了坎农稳态理论的轮廓，如果我们从头至尾地阅读他的著作，就会被贯穿在其中的中心思想和杰出论断所吸引，为其中所体现的辩证思想所感叹。

首先，稳态不是停滞。他说，稳态不是表示某种固定不变的事物，表示一种停滞状态，它表示这样一种情况——一种可变的而又保持相对稳定的情况。可变的、轻微的不稳定，是使机体得到真正平衡的必要条件。不管外界环境发生如何激烈的变化，机体可以具有相当完备的稳定状态的作用，不管内环境的各种物质分子具有多么活跃的本性，它总是按照一定的方式排列组合而共处一体。稳态是平衡与不平衡、稳定与不稳定的统一。

但这种统一不是一种恶的循环，因为稳态是开放性的系统结构，它自身有一个历史的发展的过程。在人体和外界进行的自由的交换中，人们认识到，这种结构本身并不是永恒的，它是在活动的磨损和裂解中不断解体并在修复作用中不断重建。从物种发展史看，当地球上一产生生物时，就面临着外界和自身不断干扰和危害的问题，生命体就是在这漫长的过程中，逐渐积累了试用不同装置的各种各样的经验，并随着稳态的增长，刺激更高级的稳态装置诞生，而象两栖类、爬虫类均属冷血动物，不能摆脱寒冷的限制只有在脊椎动物中才逐渐获得机体液床的稳定性，它是进化过程发展到一定阶段的产物；从个体发生学看，婴儿在出生前，受母亲内环境稳定性的保护，出生后，虽然建立了自己的内环境，但经受不了可能改变内环境的某种压力，只有随着练习和训练的进展，稳态的水平才会不断提高，精细复杂的调节作用，是成人的一个特征，人的生命不完结，稳态这一开放性的结构系统也最终不会关闭。

这就涉及到稳态与生命的关系。稳态是生命的特征，生命体本质上是一种装置，每一种干扰性的影响都可以通过自身激发起代偿性的活动去抵销，或者修复这种障碍，从而达到稳定，他不为周围的常常是有害的强大力量所毁坏、溶解和分解。可以这样说，稳态是生命与死亡的界限，稳态保持就是健康。稳态的最终破坏就是毁灭。稳态的调节装置越精微，越完善，种类越多，那么，这种生命体就越高级。结构完备的生命体，能对付来自内外的危害，执行自身的功能，从而得以继续生存。

坎农的稳态理论似乎到此可以结束了，然而又有一个问题——这不仅是他、也包括我们共同提出的——究竟有没有超出生物学意义上的稳态理论？坎农的预言是，稳态甚至是对社会和工业的认识的进一步深化。

历史证明，坎农的预见是有道理的，从坎农一九三二年发表《躯体的智慧》以来，五十年来，虽然有人认为任何今天所发表的值得付印的有关生理学的文章，都应当对稳态机制作进一步的阐述，但对稳态的研究并没有获得重大进展。使不少人感到意外的是，它在生理学外得到了极大的补偿，它的某些新的术语，如反馈、回路、伺服机构、传递作用、控制等都表明了稳态这一概念不仅为生物学家们采用，而且还适用于那些由工程师、社会学家、经济学家、生态学家以及数学家、哲学家们从事研究的领域。这里我们姑且避开它对维纳控制论影响的思想进程，也避开它在其它学科中的影响，仅仅考察它与皮亚杰发生认识论的关系。

可以说，坎农的稳态理论对皮亚杰产生了重大的影响，他的实质性见解，几乎全被皮亚杰所吸取。这首先可以从理论运动的先后顺序中得到证明。皮亚杰早年的兴趣主要是在生物学，他认为生物学和哲学的联姻是通向认识论的捷径，他的博士论文是关于淡水软体动物的适应变异，其中心议题是适应是建立在有机体与环境相互作用不断平衡的基础之上的。他晚年的《生物学与知识》新著受到了思想界的普遍关注。皮亚杰的生物学思想的线索表明了生物学在他的整个思想体系和知识结构中的地位。然而，接受坎农的稳态理论，对皮亚杰来说，还有一个阶段问题。在他早年的著作中，他非常着重社会的作用并以之作为认识发展的媒介。然而在其晚近的著作中，平衡(为了避免人们把稳态误解为停止，皮亚杰常常用平衡的概念代替稳态的概念)便成为他解释心理发展的一个重要过程了。如果我们还记得，坎农第一次使用稳态概念是在一九二六年，使稳态成为理论的是在一九三二年，而一般把皮亚杰的后期限定为一九四○年，我们就不会对皮亚杰后期提出平衡过程感到突然。事实上，皮亚杰是把坎农的稳态理论作为他发生认识论的生理基础，在一九七○年发表的《结构主义》中，他明确提出，“从结构的观点看，长期以来继贝纳德的研究之后运用了一个非常重要的概念，这就是坎农提出的体内环境恒定的概念，这个概念涉及到机体内部环境的永恒性平衡状态，因而也涉及到内部环境的调整，于是引起整个有机体的自身调节作用。然而，它并不只有生理学上的意义。

发生认识论是在二十世纪五十年代初形成的，它的根本特点一是它的跨专业性质，连“发生”这个术语也是来自生物学；二是研究各科认识的起源，从最低级的认识开始，并追踪这种认识向以后各个水平发展的情况一直到科学思维。这就是说，认识的成长问题是发生认识论的特有问题。从最一般的意义上讲，它可以归结为主体与客体之间互相平衡的理论。心理的成长就是在社会、物理环境的干扰和有机体需要之间继续不断地求得平衡，以保持其继续的结构系统。发生认识论是敞开的、不断变化的结构系统，既有历史，又有将来。这里，从坎农那里引进的稳态理论起着至关重要的作用。

什么是平衡？在皮亚杰看来，平衡是关于心理发展的最高理论，一切心理的成长都向着更加复杂和稳定的组织水平前进。平衡蕴含着稳定、补偿和活动三个不同的概念和意义，它通过二种方式予以调节。一种是由客体作用于主体从而使主体的行为与客体适应；一种是同化，它是主体将自身感知运动或概念的格局应用于客体，过滤或改变输入的刺激。调节既可以是低水平的，它适用于整个心理活动的范围；也可以是高水平的，适用于推理运演。这就突出了平衡的重要地位。皮亚杰认为，心理的成长是由成熟(机体的成长)、物理经验(练习和习得经验物理和逻辑数理)、社会经验(社会上的相互作用和传递)三部分组成，它们以一种复杂的方式相互作用，然而单靠他们自身是不能有规则地结合起来促进定向性的发展，在他们背后有一种内部机制，即平衡过程，它具有自我调节的意义。因此，在一切关于认知发展的讨论中，如果不考虑到一个增添的包罗一切的因素——平衡，就不能充分理解成熟和经验的作用。用控制论的观点看，就是主体的一系列的主动补偿作用来反映外部的干扰，而主体以一种既是逆向动作(回路系统或反馈)又是预见性的适应，构成了一个永久性的补偿系统。这就是说，平衡既可调和上述三因素的作用，又使感知运动结构从最初的节奏开始逐渐进展成调节作用，再从调节作用逐渐进展成可逆性的开端，调节作用直接依据于平衡因素。

在认识最初是如何产生的讨论中，至今还存在着类似于是鸡先生出蛋还是蛋先孵出鸡的争论，即主体是否先验地存在着认识客体的范畴或某种结构，或者说这种结构是客体作用于主体的结果。皮亚杰另辟一径，他从平衡概念出发，认为认识起源于主客体之间的相互作用，它发生在主体和客体之间的中途，它是一种原始的统一，所以它既是客体又是主体。它通过某种作为主客体活动的中介，进行逐步的双重建构。在这个阶段，主客体之间的平衡还没有建立，它相当于儿童认识的感知运动阶段。它处于一种混沌不清的“非二分主义”的状态中，缺乏对主客体之间的分化。他们从事的吸吮、注视、把握等活动都被看作为身体本身与客体直接联系起来的整体，只有在以后的阶段才通过自由地调节自己的活动来肯定自身的存在，而客体则只是在它顺应或反抗主体在一个连贯的系统中的活动或位置的协调作用时才被建构的。

越过儿童的感知运动阶段，先后而来的有前运演阶段、具体运演阶段、形式推演阶段，这是一个不断地由低级向高级演进的过程，是一种更加精致、复杂、深化的平衡过程而取代相对而言是简单的、粗糙的、外在的平衡过程，是人的认识结构不断重建的过程。这个调节成熟与环境影响相互作用的平衡原理实质上具有辩证性质。具体说来，在认识发展的每一阶段，活动由正反二方面组成，一方面是有机体的结构在反应环境干扰时所发生的变化，一方面是外在的干扰刺激由于有机体结构的反映而发生的变化，这二方面的平衡产生了综合，从而演化出一个新的结构系统，它能担负起这样的重任，把每一个新的干扰同化而不至于引起结构的同化，也不引起刺激的变化，保持了内外系统的同一。这样，平衡理论在皮亚杰的发生认识论中至少获得如下的意义：1.平衡为认识提供了发展的动力或成长的原理，它支配人们去获得知识，支配着获得知识时所必需的结构。2.发生认识论作为系统，它不是静止的、封闭的而总是变动的、敞开的，它在循环往复的通路中发生作用，并具有趋向于平衡的内在倾向。然而，皮亚杰在多种场合下反复强调，生物学上的稳态理论是发生认识论的出发点和理论基础，理论的解释必须首先具有生物学的意义，因为作为平衡理论的调节作用，毕竟是存在于有机体从染色体组开始的所有各个水平上，它们象交响乐团而不象一群独奏者发挥作用，它是生命的特征。根据有关材料证明，在坎农的稳态理论公诸于世后，皮亚杰仍然吸取了当时生物界证明这一理论的最新材料。因此我们完全可以理解，他所说的有机体的自我调节给我们提供了从一个水平到另一个水平的无限重建的过程的图景。由此他认为，对认识发生过程的分析，最终就要跟生物的自我调节系统联系起来，但是生物自我调节系统并不是预先就包含着所有那些建构物，而仅仅是这些建构物的起点。

看来我们还得描绘一下发生认识论的结构主义。这不仅是因为有机体的稳态理论为他的结构提供了原型，而且也是因为源于生物学的发生学的方法有力地支持了这一理论。这就使我们即使三言二语地勾勒出发生认识论的结构主义的纲要，也不至于对它的理解感到相当困难。简单说来，结构是有生命力的，它是由具有整体性的若干转化规律组成的有自身调整性质的图式系统。真是由于平衡作用，才能说明结构作为整体成立的现实，说明构成群的潜在的转化规律和阶段间调整的合理性。或者是在结构内部调整自身或者是参与构造新的结构的调节作用，形成了包括子结构母结构的新结构，这就使结构成了连续不断的开放的过程，结构状态与建构过程相统一的过程，这样，结构就不断处于构造与再构造的过程中。所以，皮亚杰的结构主义具有新的特点：结构主义是一种方法而不是一种学说；结构主义必须与发生构造论相结合，使结构具有历史感、现实感，从而在科学领域中与具有辩证性质的构造论紧密相关；结构主义与主体的种种活动相联系，使主体从自发的自我中心现象中摆脱出来，从而更自觉地协调、产生、再造新的结构。这样，皮亚杰高于从索绪尔开始的许多结构主义者，因为他使结构具有更强的历史感、更丰富的辩证意义。他的结构充满了生机和活力。

稳态理论的先驱贝纳德有一句名言：“内环境的恒定是自由和独立的生命赖以维持的条件。”海登评价说，“这是由一个生物学家提出的意味深长的格言。”由此，我们又回到了坎农。当坎农把他关于稳态理论的代表作命名为《躯体的智慧》时，是为了告诉人们，只有懂得了躯体的智慧才能控制疾病和痛苦。然而必须进一步：既然坎农以稳态理论早已超出了生物学的意义，那么这个智慧就不只是归属于生物学，它同时应归属于语言学、心理学、哲学乃至于一切科学。

稳态试验 篇4

近年来,随着内燃机动力性、经济性和排放要求的不断提高,需要对整个增压系统进行更加精细化的设计和匹配,特别是对于脉冲增压系统而言,涡轮的进口气体状态在发动机的稳态工作状态下仍然呈周期性变化。以往限于理论知识、试验手段等因素,对涡轮特性的研究一直停留在稳态研究阶段,但是在实际的车用工况下,涡轮内的流动往往是脉动的非稳态流动,因此,涡轮的非稳态特性成为目前内燃机增压器涡轮研究的一个重要方向。为了解决这个问题,工程上采用基于经验引入了一种脉冲修正系数[1,2]的近似方法,但未能充分反映出涡轮在此复杂流动情况下的准确特性,研究界最早对这一现象的理解均是基于准稳态假设[3],即涡轮工作的每个瞬时均与相同进气条件下涡轮的稳态工作一致,如进行了涡轮工作在脉动的非稳态流动工况下特性的试验[4],结果表明:涡轮的非稳态特性围绕着稳态特性形成了一个不规则的“圈”;许多研究者也发现了类似的试验现象[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14],揭示了涡轮非稳态特性与稳态特性的偏离,从此揭开了涡轮非稳态特性研究的序幕。

本文在充分分析涡轮非稳态特性测量及计算方法的基础上,设计搭建了涡轮非稳态特性试验台,并对某型号的涡轮工作在典型非稳态工况下的特性进行试验研究,为涡轮的非稳态特性研究提供一种理论方法和试验手段。

1 涡轮非稳态试验方法研究

涡轮的特性主要包括流量特性和效率特性。稳态特性是在涡轮进口气体参数保持不变的条件下,分别测取涡轮的膨胀比与流量的变化关系、涡轮速比与效率的变化关系。由于在非稳态工况下,涡轮进口气体参数和转速存在波动,涡轮的非稳态特性是在涡轮平均转速基本保持恒定的情况下,分别测取以上参数之间的关系。

1.1 涡轮非稳态特性测量及计算的基本方法

各种参数可通过式(1)~(6)求得[15]。

涡轮瞬态膨胀比:

式中,p*T1为涡轮进口瞬态总压,Pa;pT2为涡轮出口瞬态静压,Pa。

涡轮的瞬时相似流量:

式中,mT为涡轮流量,kg/s;T*T1为涡轮进口总温,K。

涡轮的相似转速:

式中,N为涡轮转速,r/min。

涡轮瞬态速比:

式中,D为涡轮叶轮入口直径,m;k为比热容比;R为摩尔气体常数,R=8.314J/(mol·K)。

涡轮瞬态效率:

式中,WTac为涡轮瞬态实际功率,J;WTis为涡轮瞬态等熵功率,J。

涡轮瞬态等熵功率:

式中,CPT为气体定压比热,J/(kg·K)。

由此可见,如果能够测取涡轮瞬态的压力、流量、温度、转速和输出功率,即可获得涡轮的瞬态特性。对瞬态压力、温度、流量和转速等参数,可以通过各种瞬态传感器及其对应方法测取。涡轮非稳态特性测试的难点在于对涡轮瞬态输出功率WTact的获取。

1.2 涡轮瞬态输出功率的测量及计算方法

涡轮瞬态输出功率的测量计算方法根据原理的不同分为直接测量导出法和间接测量导出法[15]。其中,采用直接测量导出法[4,7,8,9,11]时,所选用的测量设备是专为车用涡轮增压器涡轮开发的液力测功机或电涡流测功机,其工作原理是通过测量测功机上的反作用力矩和转速来计算涡轮的实际输出功率。该测量方法虽然简单,但是设备昂贵,同时由于系统和结构等方面的因素,转速范围也较小,对涡轮进行试验时,需要对增压器的结构进行改造以安装测功机,从而使得试验周期和成本加大,因此大幅度限制了这种测功机的使用。

本文采用间接测量导出法,其原理是利用增压器自身的压气机作为测功装置,通过测量由压气机消耗的功率、轴承消耗的功率以及涡轮轴惯性力矩所消耗的功率,来计算出涡轮的瞬态实际输出功率。具体的计算式为:

式中,为涡轮瞬态实际平均功率,J;Wacc为涡轮轴惯性力矩耗功率,J。

式中,I为涡轮转子转动惯量,kg·m2。

式中,WCact为压气机耗功率,J;Woil为润滑油耗功率,J;mc、moil分别为压气机与润滑油的流量,kg/s;Cpc、Cpo分别为空气与润滑油的定压比热,J/(kg·K);Tc*、T*oil分别为空气与润滑油的温度,K。

1.3 测量参数时间不同步问题的解决方法

与稳态特性测量不同的是,非稳态特性测试的参数基于测量点位置的不同,所测出的参数在时间上具有先后关系。涡轮入口的瞬态压力、流量参数在涡轮入口上游位置处测量,这两个参数之间几乎不存在时间差。涡轮的瞬态输出功率是在涡轮轴上测取的,涡轮入口的能量需要经历一段时间传播到涡轮内才能产生输出功率,因此两者之间存在着一定的时间滞后,为了准确计算出各个瞬时涡轮的效率,需要计算出这一滞后时间并加以消除。计算这一时间需要获得脉冲波的传播速度和传播距离,关于传播速度利用试验的方法证明了采用平均音速来计算的正确性[14];关于传播距离关键是需要定义一个“名义上的叶轮入口”,由此测算传播时间,以往的研究中没有对这一问题给出定论,文献[7]中取蜗壳0-0截面之后的180°,采用这一位置的理由可能是基于平均的考虑;文献[14]中取0-0截面之后的130°截面处,理由是在这一截面之后,出现流动没有了明显的加速现象,但是这一现象并不一定意味着此位置就是名义上的叶轮入口。

如果条件允许的话,可以通过测试涡轮壳体流道内不同截面的动态压力获得相关信息解决时间不同步问题,并且可以进一步了解涡轮内各参数的动态信息。但是,由于涡轮流道内强烈的非稳态三元流动特点,很难准确测得流道内不同截面的压力分布,只能在涡轮进出口的合适位置处设置动态压力传感器来测得动态压力。

本文提出一种新的方法解决这一问题,其原理如图1所示。基于压力波从涡轮入口传播到涡轮出口的时间小于一个脉冲周期,通过同时测量涡轮入口和出口的压力波动,可以从两个压力波形的滞后时间上得出压力波从入口传播到出口的时间Δt,这一时间包括压力波从涡轮入口传播到叶轮入口的时间Δt1和从叶轮入口传播到涡轮出口的时间Δt2,根据试验[15]结论,传播速度将接近于当地平均音速。叶轮入口到涡轮出口的距离可以很方便地测出,因此可以计算出Δt2,而Δt与Δt2的差值即为本文所要求出的滞后时间Δt1。采用这种方法的优势是可以不用人为地定义一个名义上的叶轮入口位置,从而避免了由此产生的误差,且具有较强的试验可操作性。

2 涡轮非稳态特性试验台

按照本文的方法搭建了涡轮非稳态特性试验台,试验台的主要结构如图2所示。气源中的压缩空气经过过滤器、电加热器之后,通过两路管道送至脉冲发生器,在脉冲发生器中产生了模拟发动机排气的压力波,这一压力波动通过两路管道分别传递给涡轮的两个通道,以此来模拟增压器在发动机上的真实工况。通过调整脉冲发生器工作转速和转盘开口截面形状,可以产生不同频率和不同压力波形的脉冲压力波。涡轮的工作负荷大小可以通过调整压气机的工作状态进行调解,本文采用一种利用辅助增压器的压气机自循环加载方法[15],通过调节阀F2~F8可以使压气机分别工作在自然状态和自循环加载状态,并可以通过调节各相关阀门开度的大小,使涡轮工作在不同的负荷状态下。

1.外气源2.涡轮孔板流量计3.脉冲发生器及其转速传感器4.涡轮入口测量段(瞬态压力、流量、温度)5.待测涡轮6.涡轮出口测量段(瞬态压力、转速)7.润滑油测量段(润滑油流量、进出口温度)8.压气机9、10.压气机测量段(压气机进出口温度、出口压力)11.辅助增压器12.压气机孔板流量计F1~F8调节阀

涡轮进出口动态压力传感器采用Kisler4045压阻式绝压传感器和4065信号调理模块。涡轮动态转速传感器选用KEYENCE的光电式转速传感器,光纤采用FU-2303抗弯光纤,镜头采用F-4HA,放大器采用FS-V31。热线风速仪采用Dantec公司的恒温型热线风速仪MiniCTA,探头金属丝直径为5μm。动态数据采集系统采用NI公司的6110PCI采集卡,数据采集程序利用Labview编制。

3 涡轮非稳态特性试验研究

在涡轮非稳态特性试验台上对某涡轮工作在6缸柴油机的最大扭矩工况进行了试验研究。在该柴油机上增压系统采用了双通道异相进气的脉冲增压系统。为了更清晰地观察脉冲因素对涡轮特性的影响,在试验台上调整脉冲发生器两个通道的相位,将异相进气调改为同步进气,发动机的最大扭矩点转速为1 600 r/min,对应的脉冲波频率为40 Hz,增压器的设计转速对应的相似转速为2680 r/(min·K12),试验时通过调节试验台各参数,保持增压器平均相似转速恒定。

经过滤波、平滑,并按照之前所述的计算方法和时间修正之后得到的各种瞬态参数在一个周期内的变化如图3所示。

根据之前所述的方法计算出了涡轮的流量特性,如图4所示。为了便于比较,在图中标识出了之前由试验获取的在同一相似转速下的涡轮稳态特性。试验得出了与文献[4-14]类似的试验结果,涡轮的非稳态特性围绕着稳态特性形成了一个特性圈,如果准稳态假设成立,那么涡轮在非稳态工况下的特性线应与稳态特性线基本重合,但是试验得到的非稳态特性,与稳态特性有很大的偏离,这也例证了利用准稳态假设在处理非稳态问题时存在着较大的差距。

图5为涡轮的非稳态效率特性。效率特性是指在同一涡轮相似转速下涡轮的绝热效率随着速比U/C的变化关系。涡轮的绝热效率定义为涡轮所做实际功与绝热功之比。与流量特性类似,涡轮的非稳态效率特性也是围绕着稳态特性形成了一个“环”,这也例证了准稳态假设的不足。在脉冲初始时效率变化非常大,最大时接近于1,甚至发现了效率大于1的现象[7,14,16]。这一区域的效率可能并非真实的效率,原因是涡轮入口脉冲波的压力和流量均比较小,其包含的能量不足以驱动涡轮,此时的涡轮是依靠惯性在继续旋转,但转速在降低,消耗涡轮转子的动能对压气机做功,使涡轮的表观实际功增加,导致测出的涡轮绝热效率偏高;当涡轮入口的压力和流量都迅速增大时,测到涡轮的效率反而下降了,这一段区域正好是第一个压力波峰的区域。效率下降的原因为:一方面是由于工况变化导致内部流场变化带来的损失增加;另一方面也是由于转子处于加速阶段,涡轮输出的实际功被转子以动能方式吸收,使压气机获得的能量减少,从而导致涡轮的表观实际功减少和绝热效率降低。经过一个短暂的时间之后绝热效率又迅速地上升,并超过了稳态时的效率,随着第二个压力波峰的到来,涡轮的效率表现为迅速下降,但在脉冲结束时,效率又有了很大提高,其变化的原因与前述分析相同。

4 结论

(1)分析了涡轮非稳态特性测试及计算的方法,搭建了涡轮非稳态特性试验台,为涡轮的非稳态特性研究提供了一种行之有效的试验手段。

(2)提出了一种新的解决涡轮非稳态试验测量参数时间不同步问题的方法。

(3)对某型号的涡轮工作在典型的发动机工况下的特性进行了试验研究,试验得到了涡轮的非稳态特性围绕着稳态特性形成一个特性圈的结论,并进行了分析。

稳态试验 篇5

1(本溪一中、庄河高中2012届高三上学期期末联考).人体内环境稳态的调节能力是有一定限度的。下列现象中属于内环境稳态失调的是: A．饮食过咸，导致细胞外液渗透压升高

B．胰岛素受体缺乏，导致血糖水平过高 C．抗原刺激，导致T淋巴细胞增殖分化

D．环境温度下降，甲状腺激素分泌增多

2(台州市2012届高三上学期期末质量评估).下列有关人体内环境与稳态的叙述，正确的是 A.内环境主要由血液、组织液和淋巴组成

B.O2、血红蛋白、葡萄糖、胰岛素等均属于内环境的成分 C.丙酮酸氧化分解成二氧化碳和水发生在内环境 D.长期营养不良容易导致机体组织水肿

3（吉林市普通中学2012届高三上学期期末）.下列关于人体内环境及其稳态的叙述，正确的是

A.人体的内环境即指细胞外液，发生组织水肿一定是淋巴循环受阻所致 B.H2CO3/NaHCO3对血浆pH相对稳定有重要作用，组织液中的物质是不断变化的 C.内环境的温度随气温的变化而变化，但渗透压基本不变

D.葡萄糖以主动运输方式从消化道腔中进入内环境，组织液中的CO2有害无益 4(中山市2012接届高三上学期期末)．人体稳态的调节能力是有一定限度的，下列现象属于内环境稳态失调的是

A．寒冷时出现寒颤

B．从平原到高原，有的人出现肺水肿症状 C．接受抗原刺激后，B淋巴细胞增殖和分化

D．饮水不足时，抗利尿激素释放增加

5（枣庄市2012届高三上学期期末）．内环境稳态的实质是内环境成分、理化性质都处于动态平衡中，以下叙述正确的是

A．“水宜生”保健杯可使饮用水呈弱碱性，长期使用可降低体液的酸度，改善体质 B．内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件

C．免疫系统的主要功能是清除病原体，其作用对象是抗原，与内环境稳态的关系不大 D．细胞内液和细胞外液的成分可以交换，它们共同构成内环境

6．(2011年江苏高三调查)稳态是人体进行正常生命活动的必要条件，正常人体内环境的特征是()A．血浆的酸碱度近中性，pH为7.35～7.45 B．血浆的渗透压高于细胞内液的渗透压

C．男性每100 mL血液中血红蛋白含量约为12～15 g D．细胞外液的温度一般低于37 ℃

7．当内环境的稳态遭到破坏时，必将引起()A．酶促反应加快

C．细胞代谢异常

B．渗透压下降 D．血糖含量偏高

8．有关人体内环境稳态的叙述，错误的是()A．有3种以上的生理系统参与维持内环境稳态 B．人体内环境稳态的失调与外界环境无关 C．人体维持内环境稳态的调节能力有限 D．稳态有利于参与其调节的器官保持机能正常

9．长时间运动引起机体缺氧时，血液pH的变化趋势、引起pH变化的物质、能起缓冲作用的物质分别是

A．降低、CO2、Na2CO3 C．升高、CO2、H2CO3

B．降低、乳酸、NaHCO3 D．升高、乳酸、NaHCO3

10．(2011年温州八校联考)在日常生活中，很多因素会引起内环境发生变化，下列相关叙述中错误的是

A．剧烈运动中，内环境的pH有下降趋势

B．食物中长期缺少蛋白质会导致血浆蛋白含量下降进而引起组织水肿 C．中暑是神经调节紊乱造成的，与体液调节无关 D．佝偻病与内环境的稳态失调有一定的关系

11．(2011年厦门质检)内环境稳态的实质是内环境成分、理化性质都处于动态平衡中，以下叙述正确的是()A．长期饮用弱碱性的水会改变内环境的pH B．内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件 C．维持稳态的主要调节机制是神经－体液调节

D．细胞内液和细胞外液的成分可以交换，它们共同构成内环境

12．(2011年泰州调研)人体内细胞外液构成的液体环境称为内环境，内环境的稳态是细胞 生活所必需的。下列说法错误的是()A．渗透压的稳定遭到破坏，必然会引起代谢紊乱

B．pH和温度的稳定，都给酶正常发挥催化作用创造了条件

C．免疫系统识别并清除异物、外来病原微生物也是维持内环境稳态的机制 D．内环境稳态是在神经和体液调节的共同作用下维持的，体液调节占主导地位 13．长时间运动引起机体缺氧时，血液pH的变化趋势、引起pH变化的物质、能起缓冲作用的物质分别是

A．降低、CO2、Na2CO3 B．降低、乳酸、NaHCO3 C．升高、CO2、H2CO3 D．升高、乳酸、NaHCO3

14．(2010年高考安徽理综)下列关于内环境的叙述，正确的是()A．内环境的渗透压下降会刺激下丘脑分泌抗利尿激素增加 B．内环境是一个主要由H2PO4/HPO4构成的缓冲体系 C．内环境是机体进行正常生命活动和细胞代谢的场所 D．内环境的变化会引起机体自动地调节器官和系统的活动

15．用某种药物饲喂动物，一段时间后测得实验组比对照组动物血浆中血红蛋白含量明显增高，该药物的作用可能是()A．增强血红蛋白的合成能力 B．提高血浆蛋白的含量 C．增加红细胞的生成数量 D．对红细胞有破坏作用

16．下列关于人体内环境及其稳态的叙述，正确的是()A．葡萄糖以自由扩散方式从消化道腔中进入内环境 B．H2CO3/NaHCO3对血浆pH相对稳定有重要作用 C．内环境的温度随气温变化而变化 D．人体的内环境即指体液

17．(2011年威海质检)下列有关内环境稳态的叙述最确切的是()A．由于血浆中的缓冲物质的调节作用，使内环境维持在相对稳定的状态 B．内环境的温度、pH、渗透压是维持稳态恒定不变的因素

C．正常机体在神经系统、激素的调节下，通过各组织、器官的协调活动，共同维持内环境相对稳定的状态

D．正常机体在神经系统、体液、免疫系统等的调节下，通过各组织、器官的协调活动共同维持内环境相对稳定的状态

18.如图所示，表示人运动前后血液中乳酸浓度的变化曲线，请分析一下BC段变化的原因()

－

2－A．乳酸与NaH2PO4反应生成H3PO4 B．乳酸与血液中的O2发生氧化反应 C．乳酸与碳酸钠反应掉了 D．乳酸与NaHCO3反应生成CO2

19.如图为正常人体内肝细胞与内环境之间物质交换的示意图，其中①②③④分别表示体液的成分，下列有关说法错误的是()A．肝糖原的形成发生在③中 B．体液①中含有胰岛素和血浆蛋白 C．图中②③构成了肝细胞生存的直接内环境

D．正常情况下，①②④的化学成分和理化性质保持动态平衡

20．科学家通过研究发现，人的血液pH通常在7.35～7.45之间，变化不大的原因是()①HCO3、HPO4等缓冲物质对血液酸碱度起缓冲作用 ②通过呼吸系统可不断排出CO2

③血浆中过多的碳酸氢盐可以由肾脏随尿排出体外

④神经系统对呼吸运动强度的调节有利于维持血液pH的相对稳定

⑤食物中的碱性物质与新陈代谢产生的酸性物质所构成的缓冲对调节了血液pH A．① B．①②③ C．①②③④ D．①②③⑤

21.(2011年菏泽模拟)如图是人体局部内环境示意图。有关叙述正确的是()A．结构1和结构2中的细胞所处的具体内环境不同 B．当人体发生花粉过敏反应时，C液会减少

C．当组织细胞产生的代谢产物大量累积在C液中时，B液会增加 D．当人进食1小时后，A液中的胰高血糖素含量会迅速升高

22．(2011年南通联考)如图表示三种海蟹在其他环境条件一定时，实验条件下，不断改变海水盐度，它们血液浓度的变化情况(已知海水的浓度约为0.5 mol/L)，下列描述正确的是()－2－

①在较低浓度的海水中才能维持内环境相对稳定的是甲 ②无法判断甲、乙、丙调节内环境相对稳定能力的强弱 ③调节内环境相对稳定能力最弱的是乙 ④维持内环境相对稳定能力最强的是丙

A．①③④ B．①③ C．③④ D．②

23．H1N1流感病毒会引起机体发烧、鼻塞等症状，有人在刚刚有点发烧时就服用扑热息痛药，使体温迅速下降。

(1)医生认为这样的做法不可取，因为一定限度内的发热是机体的良性反应，是人体________________调节网络维持机体稳态的集中体现。

(2)试列举发烧现象产生时，细胞中________(细胞器)产生的能量除了使体温上升，还能________________________________________________________________________。(3)与肌肉注射相比，静脉点滴将大剂量药物迅速送到全身细胞。请写出下图中4处内环境成分的名称：

A________、B________、C________、D________。答案：(1)神经—体液—免疫

(2)线粒体 为吞噬细胞吞噬病原体提供能量、为合成相应抗体提供能量(3)组织液 血浆 淋巴 组织液(B、C对应内环境成分可颠倒)24．内环境是人体内细胞生活的直接环境，内环境的温度、渗透压、酸碱度及各种化学物质的含量，正常情况下能够维持相对稳定的状态，这是人体完成各项生命活动的必要条件。

(1)人体内环境的各种理化性质及化学物质含量会发生变化的原因是________________。

(2)人体维

持

体

温

相

对

恒

定的调

节

方

式

是________________________________________。

(3)正常个体的特异性免疫存在差异，如有的人体内具有抗肝炎病毒的抗体，有的人体内却没有，造成这种差异的原因是

________________________________________________________________________。(4)尝试构建人体肝脏内血浆、组织液、成熟红细胞内液间O2、CO2扩散的模型(①在图形框间用实线箭头表示O2，用虚线箭头表示CO2。②不考虑CO2进入成熟红细胞内液。)5 血浆

成熟红细胞内液

组织液

答案：(1)细胞的代谢活动和外界环境的不断变化(2)神经调节和体液调节(3)不同个体在生活过程中会接受不同抗原的刺激(4)见下图

25．分析下图，回答问题：

(1)据图1写出以下各种结构的名称：a________、b_______、c________。

(2)发生过敏反应时图1中[ ]________的通透性增大，血浆蛋白进入[ ]________，使它的渗透压________；过度疲劳时，代谢产物的大量积累，导致[ ]____________渗透压________；严重营养不良使血浆蛋白含量下降，[ ]______的渗透压________，因而水分向________；淋巴循环[ ]受阻。以上原因都可能使组织液的量______而出现________现象。

(3)根据图2回答下列问题：

图中能直接相互交换物质的体液是(填标号)________。图中的毛细淋巴管壁细胞的内环境是(填标号)________。CO2浓度最高的内环境成分是标号________。

答案：(1)毛细血管 细胞膜 毛细淋巴管

(2)a 毛细血管 B 组织液 升高 B 组织液 升高 A 血浆 降低 组织液渗透 D 增加 组织水肿(3)①和③、③和② ③、④ ③ 26．H1N1流感病毒会引起机体发烧、鼻塞等症状，有人在刚刚有点发烧时就服用扑热息痛药，使体温迅速下降。

(1)医生认为这样的做法不可取，因为一定限度内的发热是机体的良性反应，是人体________调节网络维持机体稳态的集中体现。

(2)试列举发烧现象产生时，细胞中________(细胞器)产生的能量除了使体温上升，还能__________。

(3)与肌肉注射相比，静脉点滴将大剂量药物迅速送到全身细胞。请写出下图中4处内环境成分的名称：

A________、B________、C________、D________。答案：(1)神经－体液－免疫

稳态试验 篇6

HCCI燃烧由于其超低NOx和PM排放、燃油消耗率低等优点,近年来越来越受到国内外研究者的重视[1,2]。但同时,该项技术也面临燃烧难以直接控制、负荷范围小、瞬态工况不稳定、HC和CO排放高等诸多问题。解决上述问题的手段之一是双模式运行[3,4],即中、低负荷时运行在HCCI模式,高负荷、冷起动及怠速时运行在DI(或SI)模式。而双模式运行存在模式间的瞬态切换问题[5,6]。同时,瞬态过渡工况在发动机的实际运行中占了相当大的比例,造成的排放污染更严重。因此,各国都将瞬态工况测试纳入排放法规的要求中。而目前国内外还没有关于DI与HCCI切换过程中瞬态HC排放变化的详细报道。本文使用瞬态HC采集系统,在高压共轨电控喷射的单缸135柴油机[7]上,研究了不同负荷、不同转速下DI与HCCI切换过程中的HC变化规律,及其对切换过程控制的影响,为今后的有效控制打下了基础。

1 试验装置及方法

试验在已改造成高压共轨电控喷射的单缸135柴油机上进行,所用燃油为满足国-Ⅲ标准的0#柴油,发动机参数如表1所示。

气缸压力测量采用Kistler6125B型传感器,输出电荷信号通过Kistler 5011型电荷放大器转换成电压信号后采集。HC采集使用Combustion HFR500瞬态HC采集系统,响应时间为1.5 ms。该系统测量HC浓度的方法是工业上普遍采用的火焰离子检测法(FID),该方法是测量HC浓度的工业标准方法。HC测点为排气门出口处。系统简图如图1所示。

试验中HCCI燃烧采用负阀重叠期喷油来实现。为了保证切换前后燃烧稳定性,通过高压共轨电控喷油系统改变切换前后的喷油量和喷油始点来控制指示平均有效压力(IMEP)不变,即先通过前期试验确定2种模式下达到相同IMEP所需要的油量,考虑到切换后的瞬态效应作相应微调,嵌入到控制程序中。然后由控制程序控制切换过程,使切换前后保持IMEP不变。同时考虑到NOx排放的要求,切换中选择的HCCI工况点NOx排放皆低于100×10-6。

试验选取了1 000、1 200、1 500 r/min 3种转速,每种转速下选取高、中、低3个可稳定切换的负荷点,分别进行DI到HCCI和HCCI到DI的切换,并采集缸压、瞬态HC排放、进排气温度和压力等参数。

2 试验结果及分析

2.1 DI和HCCI燃烧稳态工况HC排放对比

图2为不同工况下,DI和HCCI燃烧稳态工况HC排放。由图2可知,总体来看,在转速相同、IMEP相同条件下,HCCI燃烧时的HC排放量是对应DI燃烧时的4～10倍。其中,由于1 000 r/min时发动机的传热损失大,并且缸内气流速度慢,湍流强度小,不利于燃油的蒸发,燃油附壁量大,造成HCCI燃烧不充分,未燃油量排出比例较高,所以此时HC排放量最大,是对应DI燃烧时的8～10倍,远大于1 200 r/min和 1 500 r/min时。随着转速的升高,热损失减少,缸内气流运动速度和湍流强度增加,缸内热氛围利于燃油的蒸发,未燃油量比例降低,所以HC排放量也随之减小。1 200 r/min 时HCCI燃烧的HC排放是对应DI燃烧的7～8倍。随着转速的继续升高,燃烧更充分,所以1 500 r/min 时HC排放是对应DI燃烧时的4～6倍。

在DI范围内,各工况的HC排放值都低于200×10-6。虽然总体也呈现随转速升高,HC排放值下降的趋势。但由于DI燃烧中未燃油量比例原本就很小,所以各工况的HC排放值差别不明显。HCCI稳态运行范围内,由于HC排放值量级大,所以呈现出非常明显的随着转速升高而HC排放值减小的趋势。1 500 r/min、IMEP=0.31 MPa 工况,DI与HCCI HC排放量最小,此时燃油附壁量最少,燃烧最充分,燃油利用率最高。

2.2 切换过程HC排放

2.2.1 单一工况点切换过程中HC与缸压变化

图3和图4为1 500 r/min、IMEP=0.33 MPa工况,HCCI与DI互相切换过程中HC排放与缸压变化。由图3可知,第65个循环由DI切换到HCCI后,由于HCCI燃烧是多点同时着火的预混合燃烧,所以切换后最高燃烧压力逐渐增大。但切换的这一循环,喷油量和喷油角度突然改变,缸内热平衡被打破,所以燃烧不稳定,导致切换后的几个循环内缸压都会有波动。随着燃烧逐渐稳定,最高燃烧压力才基本稳定。由于HCCI燃烧不利于HC的氧化,所以HC排放值在切换后迅速增大,在切换后的循环里增大最明显,然后增大趋势逐渐减缓直至达到稳定值。即使燃烧稳定后,还有一部分先前附壁的燃油排出气缸会使HC排放值继续增大。由图4可知,第59个循环由HCCI切换到DI,切换后的第1个循环由于燃烧不稳定,最高燃烧压力明显减小。此后随着燃烧逐渐稳定,最高燃烧压力也逐渐稳定。从切换到缸压稳定只需几个循环。由于DI燃烧时HC生成很少,所以HC排放量在切换后迅速减小,切换后的循环内减小明显,此后随着燃烧稳定而减小趋缓直至稳定。

2.2.2 负荷对切换过程HC排放的影响规律

图5为3种转速下不同负荷时DI切换至HCCI过程的HC排放。如图5(a)所示,1 000 r/min、IMEP=0.31 MPa时,切换后HC排放值稳定最慢,需要110个循环左右,切换后稳定值也最大,比其他2个工况点大1/4多。IMEP=0.34 MPa和IMEP=0.29 MPa 时,切换后HC排放稳定过程均需90个循环左右,切换后HC排放稳定值也基本相同。IMEP=0.29 MPa时,由于此时喷油量小,未燃烧的油量少,所以HC排放量小。IMEP=0.31 MPa时,喷油量增大,未燃油量增多,虽然此时随着负荷升高热损失减小,但此时缸内热氛围增大的效应不足以弥补未燃油量的增大,所以HC排放量增大。IMEP=0.34 MPa 时,喷油量继续增大,热损失继续减小,但此时缸内热氛围增大的效应超过了油量增大的效应,未燃烧的油量反而减少,所以HC排放量减小。

如图5(b)所示,1 200 r/min、负荷为中间值(IMEP=0.31 MPa)时,切换后HC排放的稳定值最小,切换后也最快达到稳定值,从切换到稳定只需要约70个循环。负荷为靠近此转速下HCCI的上边界和下边界时,由于此时燃烧相比中间负荷不稳定,所以切换后HC排放的稳定值比中间负荷的大,而其中下边界切换后HC排放稳定值更大,从切换到稳定也更慢。这主要也是由于此时缸内热效应相比喷油量的多少起着更主导的作用。

如图5(c)所示,1 500 r/min、负荷为中间值(IMEP=0.31 MPa)时,HC切换后的稳定值最小,也最快达到稳定值,HC从切换到稳定只需要约60个循环。负荷为靠近此转速下HCCI的上边界和下边界时, HC切换后的稳定值比中间负荷的大。而上边界切换后HC稳定值更大。此时与1 200 r/min时相反,喷油量的多少相比缸内热效应起更主导作用。

图6为3种转速下不同负荷时HCCI切换至DI过程的HC排放。如图6(a)所示,1 000 r/min时,切换后HC迅速增加,到达一个峰值。然后随着DI燃烧的稳定,在5～10个循环内HC排放迅速回落,再逐渐减小到稳定值。HC排放从切换到稳定需要约60个循环。负荷为中间值(IMEP=0.31 MPa)时,切换前后HC值都最大。

图7为1 000 r/min、IMEP=0.29 MPa时HCCI切换到DI过程放热率曲线对比。由于在HCCI循环内1 000 r/min时,发动机转速低,湍流强度较弱,同时热损失大,不利于燃油蒸发,有一定的燃油附壁。切换到DI后,附壁在缸内的燃油在开始的几个DI循环内大量蒸发,造成放热率增大,虽然如此,但还是有一部分会排出气缸,造成每循环排气内未燃油量的总量同时也在增大,所以HC排放在HCCI切换到DI后的循环内有峰值现象。

如图6(b)所示,1 200 r/min、IMEP=0.26 MPa时,由于此时接近此转速下HCCI燃烧负荷下限,切换后未燃油量的比例在该转速下相对较高,所以切换后HC排放量迅速增加,达到峰值,随着DI燃烧的稳定在5个循环内迅速回落,然后逐渐减小直到稳定。IMEP=0.31 MPa和IMEP=0.33 MPa时,随着负荷增大,热损失减小,缸内热效应作用逐渐显著,所以切换后没有增大到峰值这一现象,HC排放量逐渐减小直到稳定,切换前后HC排放量基本相同。IMEP=0.31 MPa时更快达到稳定值。

如图6(c)所示,1 500 r/min时,3种负荷下切换后HC排放量都逐渐减小,直到稳定值。IMEP=0.31 MPa 时,切换前后的HC排放量皆最小。此转速下,热损失相对小,同时缸内湍流强度大,即使切换后油量和喷油角度突变,未燃的油量比例仍然很低,DI燃烧较充分,所以各个负荷均未出现峰值现象。

2.2.3 转速对切换前后HC排放的影响

图8和图9为等负荷(IMEP=0.31 MPa)不同转速时DI与HCCI互相切换前后HC排放的对比。由图8可看出,DI切换到HCCI,相同负荷时,转速越高则切换前后的HC排放量越小,也最快达到稳定值。这是因为转速越高,热损失越小,同时缸内气体流动增强,燃油蒸发越好,未燃油量越少,燃烧也更快达到稳定。

由图9可看到,HCCI切换到DI时,HC排放的趋势与DI切换到HCCI时类似,相同负荷,转速越高,切换前后的HC值越小,达到稳定值也越快。其原因与DI切换到HCCI的情况相同,高转速时的缸内流动最有利于燃油蒸发,燃烧最充分。同时1 000 r/min 时切换后还是会出现HC排放峰值现象。其原因与图7说明相同,是附壁燃油的影响结果。

3 结论

(1) 低转速1 000 r/min和中间转速1 200 r/min的低负荷(IMEP=0.26 MPa)时,HCCI切换到DI过程中会出现HC排放峰值。

(2) 相同转速不同负荷下,1 000 r/min时,中间负荷(IMEP=0.31 MPa)时切换前后HC值最大,切换后也最慢达到稳定;1 200 r/min和1 500 r/min时,中间负荷(IMEP=0.31 MPa)时切换前后HC值皆最小。这主要是由于此时热氛围增大的效应大于油量增大的效应,未燃油量较少所致。

(3) 相同负荷不同转速下,转速越高,切换前后HC排放量越小,也最快达到稳定值。

(4) 总体来看,HCCI工况下,随着转速升高,缸内湍流增加和传热损失减少,有利于燃油蒸发,减少HC排放;而转速不变,随着负荷由小到大,开始时缸内热氛围促进了燃油蒸发,从而降低了HC排放,而当负荷继续增大时,喷油量继续增加导致了不完全蒸发燃油的增加,从而又使HC排放增加。

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