优化设计论文14篇

优化设计论文第1篇一、双曲拱坝体形设计条件的特点每个工程的先前设计和施工，都要先考虑到建设环境，如施工区的地形、气温、运行等，以下将对这些环境因素进行分析：（1）地形：双曲拱坝的建设地形为V字形，两岸下面是小编为大家整理的优化设计论文14篇,供大家参考。

优化设计论文 第1篇

一、双曲拱坝体形设计条件的特点

每个工程的先前设计和施工，都要先考虑到建设环境，如施工区的地形、气温、运行等，以下将对这些环境因素进行分析：

（1）地形：双曲拱坝的建设地形为V字形，两岸地基基本对称，而地形的坡度均为50°左右。

（2）气温：经过多年的观察发现，拱坝建设区域位置的常年气温均在18℃左右，当然，不包括特殊情况，在每年的8月份气温达到最高，在28℃左右；
每年1月份气温达到最低，在0℃左右；
年度温差较大。

二、双曲拱坝体形优化设计

1．体形优化程序在对双曲拱坝的设计时，为了确保拱坝优化设计的正确合理，对优化设计方案进行比较，并采用中国水利水电科学研究院材料所编制的ADASO拱坝体形优化程序和浙江大学水工结构研究所编制的ADAO拱坝体形设计程序进行优化计算。

2．拱冠梁前倾度分析

针对拱坝体形的优化设计，首先得对拱冠梁前倾度进行分析，对拱冠梁前倾度的分析就必须了解拱坝各方面的数据和构造，然而，我们研究的拱坝的河谷比较宽，梁向作用就比较明显；
使得前倾的体形对上游坝踵有压紧的趋势，有利于减小对上游坝踵的作用力。当水库的水位最大落差超过坝高的百分之七十，水库供水的死水位就非常低，拱坝向上游侧位移的倾向就比较明显，则在下游低高程处就会存在较大的压力。在对双曲拱坝体形设计时，拱坝体形不能过于前倾，否则会造成应力过大，导致拱坝的稳定性减弱；
所以，该工程双曲拱坝的拱梁前倾度要适中，不易过大或过小，这样会增强拱坝的稳定性。

3．拱圈中心角的优化在双曲拱坝的建设中，拱圈的中部拱受到的作用力最大，拱圈中心角在该处也是最大的，而拱坝的上部拱圈的拱作用力比较小，拱圈中心角也就比较小。然而，本文研究的拱坝坝址比较宽，所以，对于拱坝中上部拱圈的作用力需要增强，这就说明中上部拱圈的中心角需要增大。研究表明，坝址的岩性主要是熔结凝灰岩，它的抗风化能力较强，岩体比较坚硬，风化浅薄，坝址断层中等发育，但是其规模较小，坝肩的稳定性较好，设计人员可以利用这一特点，来增大中上部拱圈的中心角。

4．拱坝的优化设计参数

（1）体形参数：对于拱梁中心线曲线、拱冠梁厚度、拱段厚度和拱冠梁中轴线的曲率半径等的计算均用三次多项式方程拟合。抛物线形拱圈任一点i处的拱圈厚度计算表达式：()(/)niCaCiaTTTTSS式中：Ti为任一点处的拱厚；
Tc为拱冠梁处拱厚；
Ta为拱端处的拱厚；
Si为水平拱圈中心线上i点处沿中心线到拱冠梁的弧长；
Sa为水平拱圈中心线上拱端沿中心线到拱冠梁的弧长；
n指数在拱圈参数描述行中提供。

（2）工程中的计算工况：在工程中采用四种工况进行计算，这四种工况计算分别是：自重+泥沙压力+正常蓄水位+设计正常温降，自重+泥沙压力+正常蓄水位+设计正常温升，自重+泥沙压力+死水位+设计正常温降，自重+泥沙压力+校核洪水位+设计正常温升。

（3）坝体及基岩力学参数：坝体混泥土的容量24KN/m3，泊松比为0.167、弹性模量为1.8万MPa，温度线胀系数0.000008，基岩变形模量为1.5万PMa，泊松比为0.15。

（4）参数的约束条件：在拱坝的建设中，基本组合时，所能承受的最大压应力为5.25PMa，承受最大主拉应力为1.18MPa。

（5）经过计算结果分析，对比两种优化计算程序的技术结果，发现两者相差并不多大，然而，本文的计算结果是根据ADAO程序得出的，根据ADAO程序优化设计结果绘制出拱冠梁剖面图

三、线弹性有限元拱坝应力分析

对于水利水电枢纽工程双曲拱坝体形优化设计之后，需要针对工程实际施工的可行性进行分析和探究，对于拱坝的变形和应力分析一般都采用三维线弹性有限元法，这种分析方法对拱坝变形和应力分析有着重要的作用，拱坝体形的施工是分期封拱的，然而，对拱坝的应力和应变分析就显得十分重要。在对拱坝进行分析计算时，需要根据拱坝所处的位置和该处的地质环境，计算分析时，用理想的弹性材料模型对坝体材料和基岩进行模拟，然而，模拟基岩和坝体时可以采用六结点五面体或八结点六面体等单元，用夹层单元模拟断层。通过对有限元分析，得出应变和应力都基本符合拱坝的受力分析，在坝基附近二十分之一坝高的范围内易出现应力集中的现象，也就是俗称的高应力区，该范围内的应力分布连续，坝体表现为弹性工作状态；
从以上分析可以得出，最大主拉应力都表现在拱冠梁底上游面，也就是俗称的坝踵处，高水位的工况控制坝体的主应力；
而最大主压应力都出现在拱冠梁底下游面，也就是俗称的坝址处，拱坝底高程坝基局部有应力集中的现象，有限元主应力量值比较大。

四、双曲拱坝优化设计的建议

在对水利水电枢纽工程双曲拱坝优化设计时，应当注意以下几个方面：

（1）在对双曲拱坝优化设计时，要参考历年双曲拱坝优化设计保留的数据，对以往的数据进行分析，得出有利于当前双曲拱坝优化设计的数据，掌握当前优化设计的方向。

（2）对双曲拱坝工程建设进行实地考察，并根据以往的数据资料进行实地测量，对不同数据进行核算，对不正确的数据加以改正，为双曲拱坝优化设计提供可靠的参数，保证数据的准确性。

（3）在建设过程中缺少不了先进的测量和施工设备，由于该工程建设面积相对较大，可以运用GPS定位技术对工程建设进行全方位定位，得出精准的位置数据，为工程建设提供保障；
在有限元时必须充分认证，科学合理准确的模型对于优化设计的准确性有着重要的意义。

五、结语

通过上文我们大概可以得出，拱坝从设计到施工建筑再到维护，难度都非常之大。拱坝是一种应力复杂、受地形条件制约较大的空间壳体结构，然而，拱坝设计的关键，是对拱坝的优化设计；
拱坝的优化设计难度相当大，受多方面条件的制约，要想得出完善的拱坝优化设计，不仅需要高技术的专业人才，而且还得有高新的技术设备，更需要优质的建筑环境。

优化设计论文 第2篇

一、生物传感器的原理

待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。

二、生物传感器的种类

（1）按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。

（2）按照传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。

（3）按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。

三、生物传感器的特点

（1）采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。

（2）专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。

（3）分析速度快，可以在一分钟得到结果。

（4）准确度高，一般相对误差可以达到1％

（5）操作系统比较简单，容易实现自动分析

（6）成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。

（7）有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。

四、现今生物传感器介绍

（1）SPR生物传感器。药物分析用生物传感器其典型代表产品是SPR生物传感器，这是一种表面膜共振分析，是实时测定生物分子结合的技术,在九十年代初由发玛西亚公司引入，以抗原抗体结合分析为例,将抗原(或抗体)通过表面化学方法固定在芯片的金箔表面,然后让抗体(或抗原)流过抗原抗体的结合将改变膜表面液体性状,从而影响金箔共振性质,这一改变可被实时检测并记录下来(这被称之结合相)。如改让缓冲液流过，结合的抗体(或抗原)将解离并被带走,这同样改变膜表面液体性状,检测并记录下来的金箔共振性质改变就是解离相。它主要用于部份新药研发中药物作用的分子活性基团的识别。

（2）固定化酶生物传感分析仪。固定化酶生物传感分析仪是最早出现且精度最高的生物传感器。固定化酶生物传感器最重要服务对象包括：临床、食品分析、发酵工业控制、环境监测、防卫安全检测等领域。例如在发酵工业的氨基酸工业(味精、天冬氨酸、丙氨酸、赖氨酸等)、抗生素工业(葡萄糖等的在线监测和控制系统)、酒类工业(酒精生物传感器1min可得到结果)、酶制剂工业(糖化酶快速分析)、淀粉糖工业(葡萄糖、淀粉、糖化酶的分析)、生物细胞培养(葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺分析)、石化工业中微生物脱硫细胞培养监控、维生素C的生产、发酵甘油的生产等，生物传感器检测技术是生物加工类企业改造的重要途径之一，在线生物传感器分析是建立生产模拟系统和实时检测的新工具。

（3）血糖—乳酸生物传感自动分析仪。具有自动识别试管位置功能的样品盘、自动定量吸入样品的取样系统和相应的生物传感敏感膜。组装成整机，能实现微量取样、快速响应、高精度，操作完全自动化的有竞争力的新生物传感器。

（4）高精度血糖分析仪。高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪。其分精度可以达到0.5~2%，比家用保健类生物传感器几乎高一个数量级，比目前医用生化分析仪的精度也高2~3个百分点。这在血糖分析领域是非常重要的，它们可以用作血糖分析的标准方法。尤其是在市场销售的手掌型血糖分析仪出现质量事故时，需要另一种有说服力的分析方法证明其分析结果时，固定化酶葡萄糖生物传感分析仪可以作为一种理想的仲裁工具。它们既可作为医用类型的分析仪，还可用作生物技术产业的过程监控、食品分析、和科研工具。多种酶传感器研究开发比较成熟，已形成商品。

五、家用医疗保健类生物传感器

手掌型血糖分析器：糖尿病人可以自测的手掌型血糖分析器已经达到大规模应用的程度。在上世纪７０年代血糖自我监测仪器就已问市，使血糖的检验由医院延伸到家中。上个世纪８０年代，新一代血糖及操作技术简单化，使得自我监测血糖的准确度提高了。这是研究者最初沿着干化学试剂条测定尿糖浓度的思路，采用酶法葡萄糖分析技术，并结合丝网印刷和微电子技术制作的电极，以及智能化仪器的读出装置，三者完美地组合成微型化的血糖分析仪。

[摘要]传感器作为可以感应电量和非电量的电子元器件，已经是普遍应用于各个领域，从家庭应用的声控开关到压电射流速率传感器在远程火箭侦察弹上的应用，已经成为不可缺少的部分。而今，对人类健康有着重大联系的生物传感器又在蓬勃发展。本文就生物传感器的原理、种类及其特点作了介绍。

优化设计论文 第3篇

１传感器、机电一体化定义

１）传感器。传感器指的是能够直接对工程进行测量、转换输出量的一种器件，需要按照规律完成相关的工作，转换量值既可以是同种类型也可以是不同类型，通俗地来说就好比是人体的感知器官和对应的延伸。

２）机电一体化。机电一体化即在机械当中引入微观电子技术，从而更新系统的主功能、信息功能、动力功能以及控制功能，因此，机电一体化属于机械装置和电子装置之间实现融合的中间介质。机电一体化包含微电子、机械制造、自动控制以及人工智能等技术，其中传感技术属于机电一体化的基本技术。传感技术在机电一体化当中的应用主要是用来检测系统、工作环境和操作对象等的状态，并对系统的运行起到重要的辅助作用，帮助系统在相对恶劣的条件下能够快速、高效地得到信息工作，因此，我们可以认为机电一体化会对自动化技术的形成情况产生影响，而传感技术会对系统的自动化程度产生影响。随着社会的快速发展，人们对信息的需求逐渐增大，对此需要不断提升信息处理能力，所以传感技术在未来具有很好的发展前景。

２机电一体化系统中的传感器技术

正如前文所述，传感器对于机电一体化系统而言，就好像器官对于人体一样，能够获得待测对象的实际情况和特征。对于典型机电一体化系统而言，重点内容就是测量模块，其主要包含传感器和测量电路等部分，主要负责收集系统的行为和运行状态的信息，能够输入相关的参数，分别代表着系统的机械结构模块性能的物理参数，即力矩、强度等等。系统的输出参数指的是待测量的特征参数，即电压、频率、电流等，测量模块要将参数与时间之间的变化曲线展示出来，即分辨率和线性范围等技术指标。实际上，大部分机电一体化系统难以满足设计要求，这主要是因为实际当中检测传感技术会起到一定的限制作用，难以在高效获取信息的同时对经济成本进行有效地控制，因此，需要人们进一步进行改进和提升。

３机电一体化系统中传感器技术的应用

３．１传感技术在机械加工中的应用。在开展机械加工时，需要借助检测工作确保机械加工的产品满足要求。在开始加工产品之前，需要对坯件以及设备进行自动检查，从而确保后续工作的正常开展。传感技术在机械加工过程中的应用主要体现在以下几个方面：

①通过检测能够对坯件的夹持方位进行自动的判断和调整，并预估上床之后产品装夹的形变情况和夹力大小；

②完成加工之后，对产品的合格情况进行评估，在测量评估过程中需要掌握产品的形状、尺寸和平面度等参数，部分特殊工件除了上述检测内容之外，还需要对导程、齿距等进行测量，机电一体化系统的实施，能够使上述的工序都能够自动完成；

③加工产品时，要借助传感检测技术对加工条件进行把控，即控制振动、切削速度等，系统能够自行监测从而使系统达到最佳的加工状态，从而提高产品的合格率。以切削过程为例进行详细说明，利用传感检测优化系统的生产率，使得切除率实现最佳，准确掌控机床的动态特征。同时还需要找到影响精度的因素，并对其进行优化处理，不但能够辅助加工，还可以对刀架结构和材料进行评估。

３．２传感技术在汽车行业的应用。随着科技的发展，汽车逐渐成为了人们出行的重要工具，因此，更多的技术被广泛地应用在了汽车制造当中。近年来，汽车行业逐渐向着轻型化和智能化发展，汽车行业使用的电子控制系统需要传感技术的支撑，该技术的使用不但能够提升汽车的使用舒适度，还能够方便人们的出行。机电一体化系统中机械式控制部件被自动控制系统取代，逐渐把控制和检测技术应用在汽车生产当中，想要完全实现，需要引入可靠度和性能高的传感器类型，具体要求包含以下几点：

①适应性强：汽车需要在恶劣环境下行驶，因此，传感器需要具备密封性，能够抵抗潮湿、易腐蚀的环境，保证汽车能够正产运行；

②抗干扰性能好：传感器一般应用在汽车发动机舱当中，运行过程中需要抵抗强震、高温、高压和电磁波等的影响；

③稳定、可靠性高：汽车一般具备较长的使用年限，因此，汽车零部件需要耐用，各项指标需要满足高频率运行需求；

④经济成本要合适：在生产汽车的过程中，不但需要满足上述的要求，还需要对经济成本进行控制。在开始实现大批量生产之前，需要保持产品的一致性，这和自动化生产要求是一致的。

３．３传感技术在数控机床上的应用。将传感技术应用在机床当中，即采用数字信号对机床运动加工进行控制，实际上就是借助数字代码的形式把加工信息记录在程序介质当中，其中包含移动轨迹，然后系统需要经运算、译码等环节发出相应的指令信息，使机床工作，从而生产出满足要求的产品。在数控机床当中使用的传感器主要有电压传感器、光电编码器等，主要用于位置检测，掌握机床的运行状态。传统机床在使用过程中会受到技术的影响，从而出现轴转动过位问题，这样一来就很容易出现机床使用故障。若把红外、超声波等传感器运用在机床当中，不但能够有效地检测机床是否存在轴转动过位问题，还能够及时处理出现的问题，这就有效地解决了常规机床生产过程中存在的人工检测盲点，能够有效地控制数控工作，提高产品的质量和精度，还能够有效地降低各项成本，这对于企业的长远发展而言是非常有利的。

４发展趋势

随着传感技术的发展，其被广泛地应用在了不同的行业和领域，并受到了广泛的关注。传感技术能够把非电量变成电量，整个过程都满足物力定律以及相关物质的物理性质。近年来，科技进步很快，人们研究出了越来越多的新材料和技术，将这些新的研究成果和传感技术进行有机的结合，能够促进传感技术的更新和完善。针对传感技术的发展现状，未来传感技术可以朝着以下各个方面发展：

①研发新型材料，并将光电子和微电子等技术逐渐应用在传感技术上，从而提高传感器的整体性能，增加传感器的工作时间，降低检测所需的时间；

②引入新技术、新物理效应，研发新型的传感器，将传感器的应用领域拓展到更大的范围，新技术和新材料的使用不但有助于新型传感器的研究，还能够对现有的传感器进行优化，提高传感器的应用范围，完善各项功能，降低施工过程中的消耗；

③提高传感器的精度，随着社会的发展，人们对传感器的精度、灵敏度和反应速度等的要求都在提高，部分要求超精度检测，因此，可以把数学计算方法和数学模型引入其中，从而降低传感器出现故障的几率；

④向着智能化和数字化的方向发展，现在使用的传感器输出的信号为微电脑处理之后的数字信号，未来会朝着在线监测控制的方向发展。

５结束语

随着科技的发展，机电一体化系统逐渐进入了人们的生产和生活。传感器技术作为机电一体化系统的重要技术，被广泛地应用在了各行各业当中，并且取得了广泛的关注和重视，相信未来传感器技术会向着更好的方向发展，从而为人们的工作和生活带来更多的帮助。

参考文献：

［１］吴凯．机电一体化系统中传感器和检测技术的应用［Ｊ］．中国高新区，２０１７，２２（９）：１０３．

［２］起红忠．机电一体化系统中传感器与检测技术的应用［Ｊ］．现代经济信息，２０１６，４（８）：３５３．

［３］王晓鹏．试析传感器技术在机电一体化中的应用［Ｊ］．数字技术与应用，２０１６，３４（８）：２２６．

优化设计论文 第4篇

一、导电材料

导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类

金属材料，引线键合工艺中所用导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝。

通用高分子材料与各种导电性物质,如金属粉、炭黑等通过填充复合、表面复合等方式可以制成:导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂及透明导电薄膜等。

二、绝缘材料

介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。

具有压电效应的材料叫做压电材料，通过压电材料可以将机械能和电能相互转换。

铁电材料是一种特殊的介电材料，即具有电畴和电滞回线，通常称为铁电体。

三、半导体材料

硅(Si)是当前微电子技术的基础材料，预计其统治地位至少到21世纪中叶都不会改变。

一维量子线、零维量子点材料是一种人工构造(通过能带工程实施)的新型半导体材料，是新一代量子器件的基础。

半导瓷的半导化机理，在于陶瓷材料成分中化学计量比的偏离或杂质缺陷对晶粒的影响，以及施主和受主在晶界形成的界面势垒。

热敏电阻可分为正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)两大类。

氧化锌晶体具有纤锌矿结构。室温下满足化学计量比的纯净氧化锌应是绝缘体，但由于本征缺陷的存在，使之具有n型电导，而搀杂使电导率产生巨大变化 。

稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析

稀土催化材料种类用途及其生产现状与发展分析

一、稀土催化材料的种类

众所周知，我国稀土矿以轻稀土组分为主，其中镧、铈等组分约占60%以上。随着我国稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土抛光粉、稀土在冶金工业中等应用领域逐年扩大，国内市场对中重稀土的需求量也快速增加。造成了高丰度的铈、镧、镨等轻稀土的大量积压，导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。

研究发现，轻稀土元素由于其独特的4f电子层结构，使其在化学反应过程中表现出良好的助催化性能与功效。因此，将轻稀土用作催化材料是一条很好的稀土资源综合利用出路。

催化剂是一种能够加速化学反应，且在反应前后自身不被消耗的物质；
加强稀土催化的基础研究既提高生产效率，又节约资源和能源，减少环境污染，符合可持续发展的战略方向。

到目前为止，能够在工业中获得应用的稀土催化材料主要有3类，包括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶体催化材料等，见表1所示。其中分子筛稀土催化材料又可细分为中孔、微孔、介孔、以及纳孔稀土催化材料等几大类，且目前主要用于炼油催化剂。

稀土钙钛矿催化材料由于其制备简单、耐高温、抗中毒等性能优越，目前主要用作环保催化剂，也广泛用于光催化分解水制氢、以及石油化工行业的碳氢化合物重整反应等方面。目前已开发并应用的主要有钙钛矿型稀土复合氧化物催化剂、以及掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂等。

铈锆固溶体催化材料是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。早期主要利用铈的储氧性能来调节汽车尾气中的氧化还原反应。后来发现单一的铈储氧材料其持久性耐高温性能并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求，而添加一些锆可明显改善储氧材料的抗高温性能，从而改善催化剂的耐久性。目前，铈锆固溶体催化材料不仅用于石油化工领域的各种催化过程，也广泛用于汽车尾气净化、以及其它环保领域。

与传统的贵金属催化剂相比，稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺、以及性能等方面都具有较强的优势。目前不仅大量用于汽车尾气净化，还扩展到工业有机废气、室内空气净化、催化燃烧、以及燃料电池等领域。自20世纪90年代末以来，发达国家的环保催化剂市场一直以20%速度增长。因此，稀土催化材料在环保催化剂产品市场，特别是在有毒、有害气体的净化方面，具有巨大的应用市场和发展潜力。

二、汽车尾气净化

近年来，随着我国汽车产量及保有量一直呈高速增长势态。自2002年10月以来，我国汽车产量平均增长率超过37%。2002年产量为325万辆， 2003年已达440余万辆。预计2004年汽车产量将超过510万辆。继美国、日本、德国之后，中国2003年汽车产量已超过法国，已成为世界第四大汽车制造国。

汽车的大量使用，使我国许多城市产生了严重的大气污染。治理机动车的排气污染，主要依靠安装含催化剂的三元净化器。由于稀土催化材料可以扩大三效催化剂的操作窗口，提高净化效率和稳定性，在汽车尾气净化方面已获得广泛应用。在全球范围内，仅汽车尾气净化方面的稀土年消耗量可达1.5万吨REO。

目前，稀土用于汽车尾气净化方面包括在活性层中主要用作储氧材料、替代部分主催化剂、以及作为催化助剂等。在分散层中主要用作改善γ-Al2O3的高温稳定性。在载体中主要用于改善机械强度和热稳定性。另外，汽车的电子燃油喷射系统需要的氧传感器也是由含稀土的陶瓷材料制造的。

除汽车外，我国自1999年以来，一直是世界最大的摩托车制造国，摩托车的年产量早已超过1000万辆。目前对发达国家出口的摩托车要求必须安装尾气净化器，国内一些大中型城市已开始要求治理摩托车的排气污染，这是稀土催化材料应用的一个重要方面。

在柴油车的尾气污染治理中，目前主要依靠安装一个氧化净化器来对柴油车排放的碳烟以及部分气体污染物进行氧化净化治理。这是稀土催化材料应用的又一个方面

2002 年以来，我国固定式小型燃油发动机的产量也快速增长。目前主要用于家用发电机、庭院剪草机、小型灌溉设备、水上动力设备、以及许多其它方面。2003年仅出口的小型燃油发动机就达1500余万台。其中部分厂商已要求安装净化器，这又开拓了稀土催化材料的应用新领域。

从上述稀土催化材料的应用领域看，我国稀土催化材料的用量正逐年增大。2003年，我国国内生产的汽车尾气净化器产量已达320余万套。包括催化剂、载体、以及氧传感器所消耗的各类稀土，总稀土用量达910余吨。预计到2005年，我国汽车尾气净化器的市场需求将超过 550万套，总稀土消耗量将达1560余吨。

三、工业有机废气治理

目前的大气污染物主要来自机动车排放的尾气，以及工业过程排放的有机废气等。如何针对这几种污染气体的成分特点，研究有效的催化材料是当前污染治理的关键所在。与此同时，随着生活水平的提高，室内空气污染也已成为都市居民所担心的关键。因此，工业有机废气的催化治理技术，以及室内空气净化是近年来稀土催化研究最为活跃的领域之一。目前，利用稀土催化技术治理工业有机废气的工作主要集中在挥发性有机废气治理、烟气脱硫、燃烧过程脱氮、纳米TiO2光催化稀土改性、以及焦化污水催化净化等方面。

目前，在有机涂料、工业溶剂、粘合剂、制衣、制鞋、以及许多与有机溶液生产与使用的行业，工业有机废气的污染很严重。国内外的实践证明，治理工业废气和室内空气净化，催化氧化技术是最有效的技术措施。1997年以来，美国工业有机废气净化用催化剂的销售额一直以年平均20%～25%的速度增长。我国是化学品生产的大国，其中95%以上的废气尚未治理。稀土催化材料由于其良好的催化性能，独特的低温活性，优越的抗中毒能力，在有机废气治理方面已显示出越来越优越的开发应用前景。其中稀土复合中孔催化材料具有大表面积、合适孔径分布、结构稳定等特点，已经成为工业有机废气净化中最有前景的催化材料之一。此外，通过纳米水平的设计，开发出先进的稀土催化材料，可以在降低90%贵金属用量的情况下仍能保证催化净化效率提高1倍。

稀土具有复杂的能级结构和光谱特性，对纳米TiO2进行掺杂改性，可有效提高光催化的效率，是最具希望解决可见光利用率的技术之一。研究表明，在可见光下利用纳米TiO2的光催化与稀土催化材料的低温催化氧化复合，被认为是最有希望的、可大规模应用于人居环境净化的有效方法。

四、催化燃烧

在20年之内，煤和石油在我国能源结构中仍将占主导地位。传统的燃烧方式燃烧温度高，超过1500℃，在这个温度下燃烧很容易产生氮氧化物，增加全球温室效应。另外，燃烧效率低，噪音高，且一些廉价燃料不能广泛应用。

利用催化燃烧技术可改变燃烧方式，提高燃烧效率，降低燃烧温度，减少NOx的形成，且燃烧过程中噪音低，廉价燃料也可大量应用，具有高效节能、环境友好等优点，是燃烧技术的未来发展方向。据有关资料介绍，利用催化燃烧技术可提高热效率64%，燃烧效率可达99.5%，节能效果达15%以上。

我国现有近40套炼油装置，年加工原油超过2亿吨。另外，燃煤电厂，工业锅炉、以及民用取暖等，年消耗能源超过14亿吨标准煤。采用催化燃烧技术，其节能效果将相当可观。另外，2002年我国燃气式热水器产量达7600万台，利用催化燃烧技术，也可提高民用燃料的燃烧效率。因此，催化燃烧技术在天然气发电、工业热源和民用等方面有巨大的发展潜力。

目前，用于催化燃烧的主要是稀土催化材料，具有价格便宜、原料易得、耐高温性能好等优势。特别是利用分子组装技术制备稀土催化材料，使稀土及其活性组分在高温下具有较好的稳定性，是促进催化燃烧的发展方向。其中稀土基钙钛矿、六铝酸盐等稀土复合氧化物在天然气高温催化燃烧应用方面更具有良好的发展前景。

五、燃料电池

燃料电池能量转化效率高，污染物超低或零排放，是21世纪高效、低污染的绿色能源。预计到2010年，燃料电池技术可在大型电站、新型分布式电站等方面形成超过3000亿美元的庞大市场。

稀土氧化物具有良好的离子和电子导电性，对改善固体氧化物燃料电池的性能有着无法取代的作用。通过选择合适的氧化物组成，可提高电极材料的离子导电率，降低氧还原的活化能。通过研究组成、结构与导电性的关系以及掺杂离子的形态，来设计、合成新型结构的复合稀土氧化物，获得高电催化活性和高电导率的稀土电极材料，是固体氧化物燃料电池目前的研究热点。

六、展望

1.针对能源和环保领域的特点，发展具有自主知识产权的高性能稀土催化材料，促进稀土资源的高效利用，是解决稀土资源平衡利用的关键。

2.我国正处于汽车工业大发展时期，将稀土催化材料用于汽车尾气净化，既保护环境，又扩大稀土应用，是把稀土资源优势转化为经济优势的一个重要途经。

3.将稀土催化材料用于工业有机废气污染治理和人居环境净化，是推动稀土催化应用的动力之一。

4.稀土催化燃烧既提高燃烧效率，节约能源，又减少氮氧化物排放，保护环境，必将成为稀土催化的一个新兴领域。

5.稀土催化材料用于固体氧化物燃料电池是稀土在能源领域中的一个重要应用。

优化设计论文 第5篇

1 无线传感器在智能家居中应用的重要性

科技时代的来临，人们的生活质量得到了更大程度的提高。现在家居生活逐渐向智能化发展，各种系统的智能化使生活更加轻松、有序、高效，智能化家居逐渐成为科技时代背景下的必然趋势。但是，在发展的过程中要正视，因为我国家居智能化起步比较晚，与国外发达国家相比还存在很多不足，逐渐凸显出一些问题。例如智能家居组网方式的选择难，传统的先组网方式已经不能适应社会发展的需求，而传统的无线组网方式造价比相对较高，更不易选择。或者是整个系统因为节点、标准以及接口等问题运行不稳定。只有解决这些存在的问题，才能更好地实现智能家居的建设，才可进一步为人们提供更高质量的服务。而无线传感器在智能家居上的应用刚好满足这一要求，以无线传感器存在的优点来弥补传统智能家居系统的不足，使得智能家居真正实现“智能”，将各种子系统联系在一起，实现信息共享。无线传感器在智能家居中的应用，主要是通过设置在区域环境中多个传感器组节点形成一个无线多跳自组织的网络系统，实现家居中安保系统、家电控制系统以及网络应用系统等有效的整合，保证观察者可以实现实时监控。

2 无线传感器在智能家居上应用的难点

无线传感器在智能家居中的应用在一定程度上已经超出了传统的网络范围。因为在智能家居中的应用中，节点的组成已发生了转变，不再是与传统系统中相同节点的组成，而是将功能单一与独立工作的节点联系起来，由传统的网络系统转变为一个异构的系统。同时，因为在智能家居中某些家电设备或者是办公产品不是静止不动的，这就使系统内的节点具有了移动性。网络系统由传统的静止转变为动态，同时拓扑结构也可能会发生转变，这就要求整个无线传感器网络系统具有更强的适应性，保证本身具有动态系统的可塑性。针对无线传感器网络系统中节点的异构性和动态性，其在智能家居中的应用难点主要就是对动态节点的控制。另外还有就是在工程应用上存在的问题，也就是将来自不同厂家的家电以及传感器执行器进行有效互联，进行统一管理。家电设备生产规律决定了各种电器设备来源的多样性。对于电器设备的生产，各个厂家是各有所长，因此消费者在进行选购时一般都是根据质量而不是根据生产厂商进行确定，造成了各个电器设备节点的不同，为如何将不同厂家不同类型设备互联提出了更高的要求，此问题已经成为无线传感器网络在智能家居上应用的难点。

3 无线传感器在智能家居上应用设计

3.1 无线传感器网络节点硬件设计

无线传感器网络节点硬件设计主要包括传感器单元设计、处理器单元设计、无线通信单元设计以及能量供应单元设计四部分。本文主要以温度传感器为例进行设计，传感节点主要包括电源(电池组)人体红外传感器、温度传感器(18B20)、接口、单片机(MSP430F1232A)、无线收发芯片(NRF905)。

(1)传感器单元设计。在此传感器节点的选择只有温度传感器和人体红外传感器两个节点，其中温度传感器选择的是DS18B20，具备体积小、电路简单、成本低以及精度高等特点，内置集成测温传感器和逻辑控制电路。人体红外传感器节点的设置主要是用来对家居环境内人物是否存在进行检测，其原理是根据温度高于绝对温度-273℃的任何物体都会具有红外光谱，并根据光谱长度对区域环境内的红外波长进行确定。如果环境内有人物存在就会将自身存在的红外线通过滤光片加强后作用到红外感应器上，红外感应器电荷平衡被打破，向电路释放电荷，经系统处理后就会引发报警系统。

(2)处理器单元设计。处理器单元选择的是单片机MSP430F1232A，具有应用方便、时间长等超低功耗的优点。并且具有丰富的寻址方式以及大量的模拟指令，具有较强的处理功能，所以在控制单元选择这种单片机比较具有优势。另外的外围电路主要由复位电路、晶振电路、电量监视电路以及编程接口组成，整个工作系统比较稳定。

(3)无线通信单元设计。无线通信设备选择的主要是无线收发芯片NRF905，具有低消耗的特点。整个单元主要是由调节器、功率放大器、晶体振荡器、自带调节器的接收器以及完全集成的频率调制器组成。另外，在没有碰撞控制或者是有噪声的区域环境中，数据包的重复发送是提升系统可靠性的一种有效方式，无线收发芯片NRF905在这一方面具有很大的优势，实施比较方便。

(4)能量供应单元设计。能量供应单元主要是由电池组和电量剩余监视电路组成，其中电池组可以选取节号电池来组成，监视电路主要构成为MAX836。能量供应单元设计相对简单，但是也最为重要，没有电源一切皆为空谈，因此要加强对此单元设计的重视。

3.2 通信协议设计

这里讲的通信协议主要是路由协议，根据现在无线路由器自组网中的平面路由协议可以分为按需路由协议和主动路由协议两种。

(1)按需路由协议。按需路由协议认为在无线传感器自组网中没有必要去维护其他节点的路由，只有在没有与目的路由进行连接的时候才会“按需” 发现路由。其优点是在对信息传播时不需要周期性的路由，节省了大量的网络资源。缺点是节点数据包发送时，没有目的节点路由，会发生延时。按需路由协议一般主要包括发现和维护两个过程，在源节点发现存在路由节点没有去往目的节点时，就会引发路由发现过程。而路由维护过程只有通过链路失效检测机制才能进行触发。现在经常用的按需路由协议主要有DSR协议和AODV协议。

(2)主动路由协议。区别于按需路由协议，主动路由协议是主动去寻找路由，认为无线传感器自组网节点应该对网络中所有节点进行维护。与按需路由协议相比其具有一定的优点，在节点发送数据包时，如果存在目的节点，其中延时概率会大幅度降低。但是同时也具有缺点，主动路由协议网络开销比较大，同时原有路由更新会因为拓扑结构的动态变化很快变成过时信息。现在常用的主动路由协议主要有DSDV协议和WRP协议。

3.3 智能家居网络拓扑结构设计

无线传感器网络在智能家居上的应用，实现的前提就是要选择建立一个科学合理的拓扑结构。一个合理的网络拓扑结构可以提升家居网络的速度，将其具有的优点进行扩大，使网络具有的整体功能更完美地发挥出来。现在智能家居网络拓扑结构一般采用的都是星状网络。具有的特点是网络结构简单，连接方便，更重要的是管理时效性高。无线传感器在智能家居上的应用，通过多个节点形成自足网络，其中智能家居网络控制主要分为家用电器开关控制和安防、环境监测数据传输两种。与现在智能家居发展相结合，设计出以控制计算机为中心的星状网络拓扑图，更简单实用。

优化设计论文 第6篇

【摘 要】随着社会的发展，科技水平也越来越高，人们不得不开始重视教育问题。近几年，国家也开始注重青少年的教育问题，不断对教育进行改革，无论是在教学方法方面，还是在教育模式方面，都在不断地进行改变，也越来越强调素质教育。而数学是小学生的一门基础课程，对于学生能力的培养有着不可或缺的重要作用。

关键词教育；
小学数学；
课堂设计

中图分类号：G623。5 文献标识码：A 文章编号：1671—0568（20xx）15—0040—0

2要想真正实现素质教育，就必须从小学开始实施，从课堂开始实施，只有这样才能培养学生良好的思维模式。所以说教育改革，不仅仅是在制度上进行改革，更重要的是从课堂教学方面进行改革，尤其是对于小学课堂，这样才能从小培养学生的学习方法及思维模式。通过好的课堂教学方法对学生进行引导，激发学生的学习兴趣及创新能力，这才是新时代所需要的教育。

一、小学数学优化课堂教学设计的意义

1。理论意义。小学数学课堂教学设计的理论意义就是通过改革使学生采用合作、探究等方法进行主动学习，从而在数学的 “知识与技能”、“过程与方法”及“情感、态度与价值观”三个维度都有收获与发展。学生学习数学的主要途径就是利用课堂，从老师那里获取知识，但是现在的学生过度依赖老师，所以说要通过课堂教学的有效设计改变这一不好的情况。在优化设计中，要以《全日制义务教育数学课程标准》倡导的基本理念为指导，促进学生全面、持续、和谐的发展。通过了解学生学习数学的心理规律，并结合数学本身的特点，设计出更加优秀的课堂教学模式，让学生结合生活实际来学习数学，将其学活，而不是单单去学习书本上那些枯燥无味的东西。

2。实践意义。进行有效数学课堂教学设计的实际意义主要有以下三点：一是有利于教师改变传统的灌输式教学方式；
二是有利于培养学生良好的学习方法，化被动为主动；
三是有利于培养学生的创新能力和实践能力。

二、优化课堂教学设计中的方法

1。以学生为主体。传统的课堂教学都是老师不断地讲授、不断地灌输，学生不断地被动接受，这样就导致老师教得累，学生学得差，长此以往学生也就失去了学习的兴趣。之所以造成这样的结果，是因为课堂的主体错了，传统的课堂教学是以老师为主体，但这种观点是完全错误的，真正的主体应该是学生，而老师只是起一个引导的作用。在课堂里，老师应该引导学生，使学生不断地去思考问题，通过自己的思考和实践去解决问题，这样不仅使老师和学生感到轻松，同时也会使学生对所学知识产生深刻的印象，此外还会激发学生的学习兴趣，所以说在课堂优化过程中找准主体是非常重要的。

2。找准教学的出发点。教学效果如何主要取决于学生的课堂效率，但教学的起点也是一个很重要的决定因素，所以找准教学起点非常重要。教师在上课之前都会确定课堂教学任务，确定任务时就必须确定一个正确的教学起点，在传统的教学中，老师往往会将上次课的结束点作为下一节课的起点，这样往往不利于学生的学习，因为学生并不是对每一节课的内容都百分之百掌握了，如果老是忽视这一点，学生在学习新的内容时就会因为没有完全掌握之前学习的内容而影响对新知识的理解，长此以往，就会积累得越来越多，不仅使学生的学习成绩越来越差，学习兴趣也没有了。比如，老师在学生还未掌握加减乘除的真正含义时，就继续将其运用，这样就会使学生在面对一个简单的应用题时根本不知道运用什么算法去解决这一个问题。因此，老师应该深入了解学生的学习进展，从而确定每一节课的教学起点。

3。注意以引导为主。在课堂中，老师不应该是灌输知识，而是引导学生去探索知识，每当遇到新的问题时，老师第一时间应该是提问，并提示学生通过已学的知识去思考、解决这一问题，而不先将答案告诉学生，然后解释为什么是这样。老师只有不断进行正确地引导，才能激发学生的求知欲、提高学生的创新能力，才能使学生在面对问题时第一时间想到的不是求助，而是自己想办法解决。

4。提高课堂的趣味性。数学这一门学科对学生们来说是一门很枯燥的学科，再者贪玩是他们的天性，所以说对数学的学习兴趣不会很高，这就需要老师来调动课堂气氛，增加数学学习的趣味性。比如，可以在课堂内增加一些游戏，通过游戏来进行教学，这不仅满足了学生贪玩的天性，提高了学生的学习兴趣，还学到了知识，记忆非常深刻。

5。注意教学顺序。一般情况下，老师都是按照教科书编排顺序进行教学的，虽然这一顺序经过许多专家论证，但不一定是最好的顺序。老师可以通过研究，进行创新，使得学生能够系统、全面地学习知识，从而使学生能够在大脑里面构建知识网络，这样就能在学习过程中更加轻松。

三、小学数学优化课堂教学设计的难点

首先，由于小学生的年龄较小，比较贪玩儿，学习对于他们来说是比较枯燥的，尤其数学这一门课程，有很多学生对于学习有一定的抵触情绪，所以说要通过课堂优化来改变学生对于学习的看法。但在实际操作过程中，要想改变小孩子的看法是比较困难的。其次就是传统的课堂教学模式已经根深蒂固，要改变这一点，不仅仅是对教学模式的改变，更重要的是对老师的改变，所以这也是一项比较困难的工作。最后，在国内还有很多地方的教育条件比较差，这也会影响课堂教学的优化。

四、案例分析

在小学数学教学中，传统的教学方法主要以课本思路为主线，首先进行情景导入，然后就是对知识点进行讲解，并针对难点进行深入剖析，最后进行习题训练，学生总是处于被动学习的状态，教学效果不会特别好，所以这就需要对教学方法进行改进。下面将具体就“商是二位数的笔算除法”的教学方法进行分析。

在传统的教学中，老师一般会利用一个小故事进行导入，的确可以引起学生的学习兴趣，但这只是短时间的。紧接着的知识教学就会使学生的学习兴趣大大降低，然后给学生留下大量的训练题目，这样会完全打消学生的学习兴趣，所以传统的教学模式很难使学生一直保持学习兴趣。

为了解决传统教学方法所存在的问题，需要对教学方法进行改进。首先是对“商是二位数的笔算除法”这一问题进行分解，分步进行教学，不要一次将所有知识全部教授给学生，这样就可以有效降低学习难度。在具体的教学中可以将其分为：掌握商是二位数且末尾数为零，除数是二位数的笔算除法；
判别当被除数的前二位小于除数时，商最高位的书写位置；
判别当被除数的前二位大于或等于除数时，商最高位的书写位置；
掌握商是一位数，除数是二位数且不趋近整十的笔算除法；
掌握商是一位数，除数是二位数且趋近整十的笔算除法。通过这样将知识进行分解，不断引发学生进行思考，适当时可以进行一些奖励，这样就能使得学生一直保持学习兴趣，并且还可以保证学生对知识有深刻的理解，所以教学方法的改进是非常有必要的。

数学是一门非常重要的学科，无论是日常生活，还是科研，都会经常运用到这一学科的内容，所以说让学生学好数学是非常重要的，尤其是对于小学生而言，因为这是他们刚开始真正意义上学习数学，也就是打基础的时候，如果在这个阶段不能将数学学好，就会严重影响后续学习。打破传统的数学课堂教学模式，进行创新，对学生而言不仅是提高学习成绩，更重要的是培养他们良好的学习习惯。

参考文献：

[1]李彦福，蔡梓权。备课说课观课议课与教学反思[M]。南宁：广西人民出版社，20xx。

[2]苏艳宝。小学数学课堂合作学习实施策略[J]。广西教育，20xx，（9A）。

优化设计论文 第7篇

摘要：超低渗透油田在我国的石**业中具有重要地位，是我国分布区域较广的油田类型，由于超低渗透油田的丰度较低、渗透率低、单井的产能也较低，所以，该种油田的开发难度较大。长庆油田作为国内的知名企业，对超低渗透油田的井场设施的优化设计有独到的见解，本文对相关的问题进行了阐释，希望能进一步促进长庆油田的发展。

关键词：优化设计论文

超低渗透油田近年来成为长庆油田发展的重点，今年一月，长庆油田的“5000万吨特低渗透——致密油气田勘探开发与重大理论技术创新”这一研究课题获得了二一五年度的国家科学技术进步一等奖，所以，在接下来的一段时间，长庆油田将以此为跳板，对超低渗透油田的井场设施的优化进行进一步的研究，以求降低油田开发的成本，更好的提高石油的产率，为我国石油企业的发展做出了极大的贡献。

1超低渗油田的相关介绍

低渗透的油田根据渗透率主要分为三类，平均渗透率在（～50）×10-3μm2范围内的油田称为低渗透油田，而平均渗透率在（～）×10-3μm2之间油田称为特低渗透油田，而平均渗透率在（～）×10-3μm2之间的成为超低渗透油田，这种油田的丰度和渗透度都很低，一般情况下，是不会进行开发的，但是，由于我国超低渗透油田的范围比较广，且很多油田的原油性质比较好，油层也非常厚，如果开发和利用的得当，是比较有价值的，还能为我国的石油开采做出突出的贡献。长庆油田近年来对超低渗透油田的研究很深入，并取得了一些突出的成果，目前，井场的设施问题成为制约油田发展的重要因素，我们要采取相应的优化设计方案，加强井场的建设。

2我国超低渗透油田井场建设的现状

超低渗透油田的井场建设十分重要，从安全环保的角度上说，井场的建设需要有相应的雨水收集和处理系统，由于油田的油污比较多，如果不处理好雨水的问题，很容易把油污通过雨水带出，对环境产生了很大的污染。近年来，我国对环保事业的重视程度越来越高，所以，长庆油田对井场的安全环保设施做出了极大的改善，但是，仍旧存在三个方面的问题，首先，长庆油田的黄土土质较软，容易造成地基的崩塌；
其次，油污容易随雨水下渗，影响土质；
最后，暴雨后进行雨水的收集，由于蒸发池的容积有限，容易造成坍塌。其次，从投资角度上说，井场的设施是油田投资的大头，而其中井场的巡井房和围墙是重中之重，我们要加大对井场设施的投资，一方面，可以提高石油开采的效率，强化硬件设施的建设，另一方面，可以加强油田的安全运行。目前，长庆油田的井场建设水平较高，已经具备很好的开发条件，但是，在一些小的方面还有可以优化的地方，我们将采取有效的措施，提高井场设施的优化设计效果，为长庆油田的发展奠定基础。

3井场设施的优化设计的实施

针对目前井场设施存在的问题，我们要在围墙、环保和雨水的收集等方面做好充分的工作，优化整体设计，不断加强油田的建设。

围墙的简化工作

围墙的建设是油田井场设施建设中的重中之重，也是投资比例较大的一块。目前，我们采取有效措施着力降低成本，主要是通过将原来砖砌的围墙换成了土筑的防护堤，这样，从选材上大大降低了成本，同时，高度也得到了优化，并且，使用土筑的防护堤也能达到含油污的水源不会流出井场的目的。

含油污水池的建设

含油污水的收集是油田井场的重点工作，以往，我们主要使用的是雨水的蒸发池，其建造成本比较高，目前，我们采取了取消雨水蒸发池的优化方案，采取分流的途径，大大减少了含油污水池的容量，从而使油田的建设有所降低，同时，也规避了雨水蒸发池产生的一些问题。

设置集水沟

集水沟的主要目的是收集洁净的雨水，一些相对安全区域的雨水能够自然的流入集水沟，我们可以利用这部分的雨水对油田周边的植被进行灌溉，节约了灌溉用水，对周边环境的建设也有非常好的作用。

设置视频监控系统

随着科学技术的不断进步，视频的监控系统走入了各行各业，同时，在长庆油田中也有了广泛的应用，我们利用视频监控系统，可以有效的对油田的工作情况进行全面的动态了解，能够及时发现问题并做出处理，同时，可以采用这个系统对员工的工作进行监督，提高他们的工作效率。

4结语

长庆油田的井场设施得到了充分的优化，并在使用过程中的效果非常令人满意，我们将继续对相关的设施进行进一步的优化，保证整个油田的安全稳定运行。同时，我们在油田开采的过程中，因为石油是高污染的行业，所以要充分的考虑到环境的问题，为我国的生态建设保驾护航，同时为石油企业的发展奠定良好的基础。

优化设计论文 第8篇

一、拱坝体形设计条件的特点

拱坝体形设计条件的特点包括气温、地形条件、水库运行条件等方面，以下做简要的分析：

（1）气温：据往年数据统计，水库所处位置的常年平均气温为16.7℃，每年的7月平均气温最高，达到了27.8℃，每年1月的月平均气温最低，为3.9℃。气温的年变幅较大，而水温年变幅稍小于气温年变幅。

（2）地形条件：河谷为V字形，两岸地形基本对称，地形的坡度为40度左右，为典型的宽河谷地形。

（3）水库运行条件：正常蓄水位234m时河谷的宽度为345m，设计的洪水位239.58m，坝顶高程为240m，水库可以起到发电、供水、泄洪等作用，正常消落深度为87m，供水死水位为148m。

二、混凝土双曲拱坝体形优化设计

1．拱冠梁前倾度分析

要对混凝土双曲拱坝体形进行优化设计，首先分析拱冠梁前倾度，本文研究的坝址河谷较宽，梁向作用明显，采用前倾的体形对上游坝踵有压紧的趋势，可以减小上游坝踵的拉力。但水库的水位最大消落深度超过了坝高的70%，水库供水死水位非常低，拱坝向上游侧位移的倾向比较明显，在下游低高程处存在较大的拉力。在水库双曲拱坝体形的设计时，拱坝体形不宜过于前倾，否则拉应力过大，对拱坝的.稳定性有削弱，本水库的拱坝采用适度前倾的拱冠梁剖面。

2．拱冠梁剖面厚度优化

分析了拱冠梁的前倾度之后，要对其剖面的厚度进行优化，本文的措施是减小底部厚度，增加中上部的厚度。水库坝址的河谷较宽，如果按照常规的设计，中上部的厚度不足，刚度小，所承担的水推力很小，较多的水推力集中在中小部位，难以充分发挥拱圈的效用。在进行拱冠梁剖面厚度进行优化时，还要兼顾到经济性，结合节省混凝土用量的要求，提出了四个方案。四个方案都是减小底部厚度，增加中上部的厚度，通过对四个方案进行不同拱冠梁剖面拱坝体形的应力分析发现，随着剖面变薄，混凝土的用量也随之减少，坝体的整体应力水平不断提高，接近规范允许值。剖面中上部的厚度加大可以增加刚度，使拱圈承担了更多的水推力。方案4的承受的拱坝体形应力值最大，但没有超过规范应力值，并且混凝土的用量也最小，应力分布更均匀，本文的工程优化选择了方案4。

3．拱圈中心角的优化

拱拱圈的中部拱作用力最强，拱圈中心角在此处的也最大，上部拱圈的拱作用力较小，拱圈中心角也相对小。本文研究的水库坝址很宽，中上部拱圈的作用力需要增强，也就是说中上部拱圈的中心角需要增加。坝址岩性主要为熔结凝灰岩，抗风化能力强，岩体致密坚硬，风化浅薄，坝址断层中等发育，但规模小，坝肩的稳定性好，可以利用此特点，增大中上部拱圈的中心角。

4．拱端加厚

混凝土双曲拱坝在基础部位受到的约束最为强烈，弯矩、扭矩、剪力的共同作用，受力条件十分复杂，拱坝基础对于整个拱坝的稳定性和安全性的重要程度不言而喻，因而需要改善靠近基础部位的坝体应力状态。一般拱坝中部拱圈的应力大，对此段进行针对性的加厚处理，加厚比达到了25%左右；
上部拱圈受力较小，因而可以不加厚；
下部拱圈受力较小，加厚10%左右。

5．设计体形优化

本文研究的水库混凝土双曲拱坝体形采用抛物线形状，属于变曲率拱坝，要解决稳定性与应力之间的矛盾，可以通过调整拱圈各部位的曲率来实现，在弯矩小处减小曲率，在弯矩大的拱冠处加大曲率，这样可使拱端推力偏向山体，又能改善坝体的应力状态，利于增强拱座的稳定性。根据体形优化的思路，经三维线弹性有限元法分析，可以确定其最终的优化体形，优化后的拱坝混凝土体积比初步设计少3.5万m3，开挖量减少2,600m3，节省资金1,250万元。

三、线弹性有限元拱坝应力分析

水库混凝土双曲拱坝体形优化设计之后，要对其实际施工的可行性进行分析研究，而三维线弹性有限元法在对拱坝的变形和应力分析时具有重要的左右，而且拱坝体形优化施工是分期封拱的，应力和应变分析十分必要。根据水库所处的位置，分析其地质环境，计算分析时用理想的弹性材料模型对坝体材料和基岩进行模拟，模拟基岩和坝体时可以用6结点五面体或8结点六面体等单元，夹层单元模拟断层。经过计算分析，在校核洪水位+温升、正常水位+温降工况时，拱冠梁底上游面出现最大主拉应力分别是3.60MPa和3.20MPa，拱冠梁下游最大主应力分别是-8.80MPa和-7.70MPa；
在死水位+温升工况时，主拉应力最小，出现在中低拱圈下游面端，为1.00MPa左右。主压应力在双曲拱坝上较小，主要是在拱冠梁底上游面存在，量值大概为-6.50MPa。经过有限元分析，应力和应变基本符合拱坝的受力分析，在坝基附近1/20坝高的范围内出现应力集中的现象，也即是高应力区，此范围内的应力分布连续，坝体呈弹性工作状态。从上述的分析可以发现，最大主拉应力都出现在拱冠梁底上游面，也就是坝踵处，高水位的工况控制坝体的主应力；
而最大主压应力都出现在拱冠梁底下游面，也就是坝趾处，拱坝低高程坝基局部有应力集中的情况，有限元主应力量值比较大。根据SL282—2003《混凝土拱坝设计规范》的规定，当采用有限元分析时，还要增加“有限元等效应力”。在校核洪水位+温升、正常蓄水位+温降工况时，坝踵的最大等效主拉应力分别是2.4MPa和1.80MPa，超过了规定的2.0MPa和1.50MPa，但超过的幅度并不大，与同类工程相比，处于同一应力水平；
而坝趾最大等效主压应力分别为5.40MPa和4.20MPa，满足规范的7.14MPa和6.25MPa，符合设计的工况要求。六、水库混凝土双曲拱坝体形优化设计的注意事项在对水库混凝土双曲拱坝体形进行优化设计时，必须注意几个方面的内容：

（1）要统计历年的历史数据，从以往的数据中发现存在的不足，可以大略的掌握优化设计的方向；

（2）实地测量校核，根据已有的资料数据进行实地测量，进行印证，有不同的地方需要修正，以便为优化设计提供可靠的参数；

（3）结合先进的分析设备，水库的面积大，影响的范围远，可以结合GPS定位技术等来进行分析，以便得出科学的资料；

（4）有限元建模时必须充分论证，科学合理的模型对于分析的准确性影响很大，因而从节点、网格、弹性模量设置、材料等方面进行细致的分析，确保有限元分析的科学性。

四、结束语

我国水资源丰富，水库混凝土双曲拱坝的建设数量比较大，但存在着一定的不足，因而研究其体形优化设计的方案，具有积极的意义，对于提升水库的稳定性、可靠性具有重要的作用，相关研究值得深入。

优化设计论文 第9篇

1 燃气输配管网的现状概述

目前，随着城市化步伐的加快，天然气作为保障居民生活水平最为基础的能源物资，越来越受到广泛的关注。燃气管网建设是一项前期投资数额大，投资回报周期长的建设项目，为此，国家也在大力推进燃气输配管网的优化设计，以实现利用最少的投入，实现最大的经济效益。因为燃气管网系统具有很大的可塑性，所以通过燃气输配管网的优化设计，对储配站、调压站的数量和分布进行合理的调配，在满足各节点压力要求，保证燃气流量的基础上，通过软件进行燃气输配管网管道的直径尺寸、管网金属消耗量和投资进行估算，以实现减少不必要的重复建设，减少投资额度，实现最大经济效益。随着计算机技术的不断发展，利用计算机软件对燃气输配管网进行优化，可以解决以往人工很多无法求解的大型复杂计算问题，从而提高了燃气输配管网的设计质量和输配效率。

输配管网和调压结构是构成燃气输配管网的.两大主要组成部分，输配管网又分为高中压管网和低压管网[1]。在燃气管网铺设方案确定后，燃气管网始末端的压力和燃气流量是决定高中压管网直径尺寸的关键因素。而低压管网的直径尺寸主要是取决于燃气流量、燃气器具的额定工作压力和调压站的布置状况。燃气输配管网设计优化的关键在于保证居民燃气流量和压力正常的前提下，根据已知管网的网络结构、燃气系统的流量分布和压力要求，分析确认管网的直径尺寸、管网的分布以及调压站的位置和数量。利用最少的投资，实现最大的经济收益和社会效益。

2 燃气输配管网的系统优化

目前，在城市燃气输配系统，主要由燃气输配管网、燃气储配站、调压计量站、运行管理操作和控制设施等部分组成，由此可见，燃气输配系统是一项极为复杂的综合设施，要实现对燃气输配管网的优化设计，则必须对构成管网系统的输配管网和调压站进行系统的分析研究，利用软件的强大功能进行优化设计，实现优化改善方案。

2.1 建立燃气输配管网系统优化设计的数学模型

随着城市建设速度的加快，城市涵盖范围不断加大，因此要求燃气输配系统呈现多级燃气管网的状态。为了尽量节省投资成本，对燃气输配管网系统进行整体优化势在必行。燃气输配管网系统的优化设计主要体现在调压站的数量和布局优化上。

2.2 调压站数量的优化确认

在对燃气输配管网进行系统优化过程中，调压站的数量和分布比较难以确定，所以，在利用软件进行模拟优化时，只能采用近似值的方案，来计算中、低压管网的费用计算，确定管网的直径尺寸和流向。利用GCAD软件，可以将相关的数据资料进行输入，对于不能确定的数据利用近似值代替，就可以计算出燃气输配管网系统需要的调压站的最佳数量[2]。

2.3 调压站的优化布置

根据计算机软件GCAD计算出调压站的数量和分布位置，对于整个燃气输配管网进行整体优化设计仍是一下十分庞大的工程。燃气输配管网的主要作用和目的是为居民提高质量可靠的燃气服务，将燃气输送到千家万户。因此，对于低压管网而言，调压站优化的目的在于满足居民的用气需求。要对燃气输配管网进行系统优化设计，则需尽可能的缩短调压站到用户的管道铺设距离，这不仅可以节省管网费用，还可以最大可能的为用户提供稳定的燃气输送。所以，以一个调压站为例，利用软件求得所有用户中位点的位置，即设置调压站的位置，然后利用此原理，求出燃气输配管网中多个调压站的具体位置。由于燃气输配管网系统是一个庞大的系统工程，在燃气管网系统中存在无数个调压站，要将每个调压站都利用计算机软件分析计算出来，显然是不可能完成的任务，并且在调压站定位时，还需考虑为调压站设置一个节点集，因工作量过大一般计算机很难完成。因此，在开发GCAD软件时，采用启发式数字计数法分析得出效果最优化的解，以完成输配管网的优化设计。

2.4 燃气管网的优化设计方案

对燃气输配管网进行优化，既是对目前已知的管网网络结构、网管中用到的管道直径尺寸进行优化，以实现在可以满足用户所需燃气流量和压力的前提下，利用最少的投资数额，铺设最优化的管道网络，实现低成本运行[3]。利用计算机软件GCAD中的梯度法、最短路径法、拉格朗日乘数法和网管平差等规划燃气输配方案，以求得最佳的管网铺设方案，从而可以解决目前燃气输配管网配置过程中存在的问题。

3 开发更优软件

燃气输配系统作为一个庞大的系统工程，仅靠以前的人工计算方式已经不能满足行业的发展需求，开发更加智能化，可以实现燃气输配优化的新型软件已是迫在眉睫。在设计开发软件过程中，除了可以实现对燃气输配管网系统进行优化之外，还要能够及时生成图档，便于列印，提供给相关的行业专家和学者进行探讨。

4 结束语

综上所述，燃气输配管网系统优化设计的重点在于燃气管网的优化和调压站数量和位置的优化。在进行优化的过程中，主要是实现调压站的合理布置，以尽量减少燃气管网到用户之间的距离，从而节省成本，实现最大化的经济效益和社会效益

优化设计论文 第10篇

1传感器技术发展概述

现在在各个领域当中都普遍的运用到了传感器技术，集成化方向已经成为机电系统当中的传感器技术的发展趋势，集成化传感器具有较强的稳定性、较轻的重量、较小的体积以及较高的可靠性等特点，同时还具有较低的生产成本，非常容易实现批量生产，因此具有非常广阔的发展前景。

2传感器技术在机电技术当中的应用

由于传感器的电磁兼容性能比较强，因此具有较高的数据存储技术可行性，同时还不容易丢失其中的模块参数。智能滤波算法以及A/D转换技术等先进的技术都在传感器当中得到了应用，就算是满量程的时候，传感器仍然可以使稳定的输出码得到保证。传感器的通讯接口属于标准的接口，其能够与计算机进行直接的连接，同时也可以连接标准的工业控制总线，具有十分灵活的使用方式。

2.1在机器人中传感器技术的应用

作为典型的仿生装置，机器人对传感器技术进行了充分的应用。通过将感知到的物理量向电量进行转化，机器人就可以实现信息输出，在这个过程中对机器人传感技术进行了充分的利用，其中包括两方面的内容，也就是外部传感器以及内部传感器。外部传感器需要通过检测外部信息，从而对工作环境进行判别，为机器人提供必要的信息，使之能够对操作对象进行准确的控制。而实施系统的控制是内部传感器的主要功能，其能够对机器人的状态进行有效的检测，保证机器人在工作的过程中能够按照要求来进行。内部传感器可以将具有价值的信息提供给外部传感器，从而能够使机器人对外部的环境产生有效的感知，并且将相应的动作做出。与此同时，在科技生产的过程中，还可以利用对机器人的操作从而能够对反馈的意见进行获取。

2.2在机械制造行业中传感器技术的应用

由于在机械制造行业当中需要实施包括加工精度等在内的动态特性测量，因此要利用传感器针对机械阻抗以及振动等相关部件当中的参数进行测量，从而对其动态特性进行检验。如果需要在线监测与控制超精加工中的零件尺寸的时候，就要利用传感器将相关的信息提供出来。比如利用传感器针对数控车床中车刀的位置进行检测；
由于工件的表面精度以及尺寸在很大程度上都会受到刀尖形状的影响，可以采用在车刀上放置的振动传感器对其锋锐的程度进行检验。还可以利用液面传感器针对液压系统中的油量以及车床中的润滑油进行监测。

2.3在环境当中传感技术的应用

传感器网络在环境监测当中通常具有一系列的优点，其中包括无需专人现场维护、可以长期不用对电池进行更换、具有十分简单的布置等。可以利用对节点进行密集的布置，从而对微观的环境因素进行观察。在环境监测领域当中对传感器网络具有非常广泛的应用，其中包括微观观测生物群落、森林火灾报警、观察气象现象、观测海岛鸟类的生活规律等。

2.4在火灾报警当中传感器技术的应用

防灾报警装置是现代建筑必须要具备的，其中最为关键的就是火灾报警系统。在发生火灾的时候一般都会出现有害气体、高温、火光以及烟雾等。如果将传感器运用到火灾报警系统当中，就可以对异常的信号进行转化，使之变成容易进行传送的形式，然后就可以利用消防网络向指挥中心提供火灾地点的报告。

3结语

传感器技术在机电技术当中的应用，有效的将信息系统中的传递问题解决了，并且能够保证非常流畅的信息传递，还能够顺利的进行能量转换。机电系统中的各个部分在传感器技术的作用下能够有效的结合在一起，实现了可靠性以及完整性的提升。因此。我们有理由相信，随着科学技术的不断发展，传感器技术必然会在机电技术当中得到更进一步的应用。

优化设计论文 第11篇

1传感器的分类

1.1根据能量转换分类

根据传感器能量转换的角度进行分类，可以分成能量控制型传感器和能量转换型传感器两种。能量控制型传感器需要如电容传感器、霍尔传感器等提供电源。能量转化型传感器则利用能量变化产生的物理效应产生信息，不需外加电源。

1.2根据被测参量分类

根据传感器的被测参量可以分成三类，即物性参量、机械量参量、热工参量。

1.3根据传感器使用材料分类

传感器的应用材料受外界因素限制，会呈现出有对应性以及其独特性的反应。所选用材料中最能体现功能特性的，也是在外界环境中最有敏感性的材料，因此也是作为制作传感器敏感元件的最佳选择。根据传感器的应用材料，可以分为以下几类：①依照晶体结构区分材料。非晶、单晶、材料、多晶等。②依照物理性质区分材料。绝缘体、磁性材料、导体、半导体等。③依照其他类别区分材料。混合物、金属聚合物、陶瓷等。

1.4根据传感器工作原理分类

从传感器的工作机理进行分类，可以将其分成生物传感器、物理传感器、化学传感器三种，逐一分析如下：①生物传感器。利用信息科学与生命科学一起交织发展起来的学科知识，广泛地应用于食品工程、环境监测、临床医学、发酵工艺、军事医学等各个领域。②物理传感器。又分为物性型传感器和结构型传感器，具有品种多样、发展迅速、应用广泛等特点。③化学传感器。利用化学原理来识别检测信息，最具有广阔发展前景，多应用于医疗卫生、环境保护、家用电器、火灾报警等方面。

2机电一体化中传感器的作用效果

在机电一体化系统中，传感器处于首要地位，它的作用特点与系统的感受器官一样，不仅能够快速并且准确地获取对我们有用信息，并且还能接受在恶劣环境之下的严酷考验，在机电一体化系统中保证达到了高水平的要求。随着现代技术的不断更新，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用和地位越显突出。

3机电一体化系统中传感器的应用实践

3.1在机器人中传感器的应用

随着高科技的不断发展，工业机器人作为高科技的产物，已经能够通过各种传感器准确无误地感知周围环境本身并且可以自如地操作对象，运作身体。外部传感器获得的操作对象和认知的外部环境，它是通过内部传感器来获取自身状态的信息，我们能够通过控制的机器人获得提供的反馈意见。

3.2传感检测技术在机械加工过程中的应用

①在机器的切割过程中的正常运转过程中应用传感器技术。在切割的过程当中，优化生产结构是传感器检测的最终目的。而在切割过程中，提高金属材料的利用率和节约生产成本的过程中去除率。轴承旋转系统，驱动系统，温度监测和控制，这机器的性能和安全运行，这种传感器的主要目标是检测传感参数包括由于故障的表面的粗糙度和加工机器停机精度，使用的电源，机器状态和冷却水流量。

②砂轮刀具的检测传感技术。重要的材料切除过程包括了切削与磨削过程。当刀具和砂轮磨损到一定限度的时候，或者就会出现塑性变形，损坏，卷刀或烧伤的情况，他们可能会失去切削的能力，使之更加不能保证加工表面的完整性和加工精密度，这样的情况称为工具砂轮失效。在大量的工业数据统计得出的结论，由于刀具失效从而导致机床故障停机为首要因素。另外，其存在着设备故障事故的危险和人身安全隐患。

3.3在汽车中传感技术自动控制系统的应用

随着其它新型技术和传感器技术的大量应用，如今的汽车产业步入了一个的全新时期。用自动控制系统来代替纯机械式控制部件是汽车机电一体化的要求。在其所有的重要控制系统中，不可少地使用了压力传感器、吸气及冷却水温传感器、曲轴位置传感器、气敏传感器等各种传感器。在机械制造业中，我们要需要进行动态特性的测量，利用传感器来测量床身、刀架等有关部位的机械阻抗、振动等参数来检验传感器的动态特性。在环境这方面，通过密集的节点布置可以详细地观察到微观的环境因素，为环境监测和环境研究提供了一个崭新的平台和途径。在内部传感器如：尖端科技产业，限位开关、角度、编码器、加速度计传感器等，触觉传感器、压力传感器、光电传感器、视觉传感器、接近开关等，在如此多的外部传感器的共同作用之下，造就了现今新时代的机器人。实现自动调节、自动控制的关键环节主要是依靠传感器技术，同时在机电一体化系统中这也是不可或缺的关键技术，它的技术水平高低在很大程度上决定和影响着其系统的功能。在各行各业的技术领域和科学领域以及日常生活中，传感器越来越发挥着极其重要的作用，并且得到了日益传播，传感器最终得到广泛传播。

4传感器技术所存在的问题

专业研究所和大学各高校是我国传感器的研究主要集中的地方，发源于20世纪80年代，与国外先进的技术相比较，我们还存在着非常之的大差距，主要表现为：先进的计算、模拟技术和优秀可行的设计方法；
先进的高端设备与微机械加工技术；
娴熟于心的封装技术；
具有可靠性技术的研究。所以说，在传感器技术方面，我们更加要提高和加强对技术的探讨以及深入的研究，以便促进我国传感器技术的进一步发展。

5传感器技术应用中问题的解决方法与其发展方向

传感器的不断发展为自动化水平的提高提供了条件。因此，传感器技术能够又快又好的发展，其今后的发展方向可能有如下几个方面：

①传感器技术发展的动力主要是来源于快速的开发。比如说，研究新型敏感材料和新型的技术：信息处理，生物化学，光电子，微电子等多种学科。各种新技术的综合利用和相互渗透，这样双管齐下，就能够在积极开发新一批敏感材料的基础上开发生产先进的传感器。

②趋向于高精度的发展。向精度高，响应速度快，灵敏度高，互换性好的有利方向发展，新型传感器的可靠性确保了生产自动化。

③趋向于微型化发展。积极研发成熟的加工技术以及新型材料，是实现将传感器微型化的重要途径。

④趋向于集成化发展。其具有稳定性高、可靠性高、体积小、重量轻、响应快等特点，而且便于批量生产，成本较低。

6结语

在机电一体化中通过运用传感器技术，研究并解决系统中的信息传递问题，从而能够使系统中信息、能量的转换和传递更加的流通顺畅，使得系统各部分都能够有机地相结合一起，并形成统一完整的整体。在近几十多年来，智能化传感器有了很大的发展，智能化的传感器更加开始与人工智能相结合，创造出了各种高度智能的传感器，并且已经在家用电器方面得到了应用，相信在不久的将来，这项技术能够更加的成熟，而且这项技术能够向更多方向发展。从某种意义上来讲，机电一体化系统的设计，主要是根据功能要求和选择后的传感器的应用设计。传感器的好坏与否将直接影响到机电一体化控制系统运行和系统性能的稳定性和可靠性。对于传感器技术，机电一体化发挥着极其重要的作用。

优化设计论文 第12篇

1优化设计

以高压涡轮导叶为研究对象，对其轮毂进行非轴对称端壁优化设计，优化目标为在保证导叶入口质量流量尽量不变的前提下，使出口处的总压损失系数最小。对优化前后的高压涡轮导叶进行了全三维数值模拟，并对比分析了优化前后涡轮导叶出口处的气动性能，以探讨非轴对称端壁造型对高压渦轮导叶通道内流场的影响，以及在降低二次流损失上的能力。

优化设计方法

优化过程中，采用端壁参数化造型、三维N-S方程流场求解与基于人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork）的遗传算法（GeneticAlgorithms）相结合的方法，对高压涡轮导叶进行非轴对称端壁造型设计。如图1所示。首先，对端壁进行参数化并生成若干端壁曲面控制点，对控制点进行随机赋值，再进行三维流场计算，建立一个有限个样本的数据库。然后，对目标函数及其权重进行设定，并开始参数优化，人工神经网络根据对数据库的学习及对网络中联接权的不断训练，能够很好地预测出控制点与目标函数之间的函数关系。然后通过遗传算法可以找到上述函数关系的最优解（即最佳非轴对称端壁造型），如果不满足收敛条件，将对优化结果进行一次流场计算，生成一个新的样本添加到数据库中，然后再进行一次循环，随着循环的进行，数据库中的样本数越来越多，人工神经网络也能够更准确的预测出目标函数和控制点之间的函数关系，从而找到最优解。

端壁参数化

选取任一叶片通道为造型区域，端壁造型的参数化就是针对该区域进行的。如图2所示，以叶片中弧线为基准，在叶片通道内沿周向选取5条等分的平行切割线，即在叶片通道内，相邻切割线之间的周向距离为通道宽度的25%。沿每条切割线均匀的设置了9个点，其中中间5个蓝色点是可控制点，两端的红色点是为确保通道出入口处的光滑过渡（及叶片前后缘处端壁和角度连续）而设置的固定点。因此，控制点共有20个。图3给出了端壁型线沿轴向构造示意图，即数值优化过程中通过Bezier曲线生成端壁切割线的原理示意图。每个控制点沿叶高的变化范围为-9～9mm，即占叶高的15%。最后，参数化后的非轴对称端壁是通过这组切割线生成的放样曲面，如图4。

目标函数的设定

在本文的优化设计中，目标函数应满足在保证优化前后高压涡轮导叶的进口质量流量尽量不变的前提下，涡轮导叶出口总压损失系数最小化。目标函数具体定义如下式中下标m和Cpt分别是导叶进口质量流量和出口总压损失系数，w为相应参数的权重因子，Qobj为相应参数的目标值，Q为相应参数的计算值，Qref为相应参数的参考值，一般取为目标值Qobj，若目标值Qobj=0时，参考值Qref取为1。因此，根据公式（1）可知，在目标函数OF中引入权重因子w将多目标优化问题转化为单目标优化问题，并且，通过调整各参数的权重因子w可以实现不同的优化目的，从而导致优化结果有不同的侧重点。本文在优化过程中更侧重于涡轮导叶出口处总压损失系数的最小化。表1给出了目标函数的具体设定，可见，导叶出口总压损失系数在目标函数中占的比例较大，达到%。优化后的非轴对称端壁等高线图见图5。

2数值模拟

数值计算采用Spalart-Allmaras（S-A）湍流模型求解相对坐标系下的三维时均守恒型Reynold-AveragedNavier-Stokes（RANS）控制方程，空间离散格式为中心差分格式。高压涡轮导叶采用O4H网格结构，近壁面处进行了加密处理，最贴近壁面网格与壁面间距为5×10-6m，总网格节点数约为36万。边界条件为进口给定总压、总温，并设定轴向进气；
出口给定静压；
壁面给定无滑移边界条件。

3结果和分析

为了便于对比和分析，本文用AEW（AxisymmetricEndWall）代表优化前轴对称端壁，用NEW（Non-axisymmetricEndWall）代表优化后非轴对称端壁。

入口质量流量

表2给出了优化前后高压涡轮导叶进口质量流量的加权平均值，对比AEW和NEW可知，由于优化过程中通过目标函数的设定对质量流量进行了人为的控制，NEW对进口质量流量的影响很小，约为%。

总压损失系数式中pt_inlet为涡轮导叶进口总压

pt为涡轮导叶当地总压；
outlet和voutlet分别为涡轮导叶出口密度和出口速度。表3给出了优化前后高压涡轮导叶出口质量加权平均总压损失系数Cpt的计算结果，从表3中可以看出，NEW比AEW的总压损失系数Cpt降低了%。图6对比了优化前后高压涡轮导叶出口周向质量加权平均的总压损失系数沿叶高的变化情况。根据图6可以看到，尽管NEW使涡轮导叶出口处的总压损失在近端壁附近有少量的增加（即约4%叶高以下），但在4%到16%叶高（Span）处总压损失下降最为明显，从16%叶高到叶顶的范围内，导叶出口处的总压损失在非轴对称端壁的作用下均有少量的减小。图7给出了AEW和NEW在涡轮导叶出口截面处总压损失系数Cpt的云图。从图中可以看出，通过图中的对比可以看出，NEW使得涡轮导叶出口截面的总压损失系数Cpt的分布发生了改变，特别是在近端壁区域，高损失区的面积显著减小，同时，导叶出口处的主流区和尾迹区的总压损失系数也有明显的下降，这主要是由于非轴对称端壁造型有效的抑制了通道涡的发展，降低了通道内的横向压力梯度，进而减弱了二次流的强度，因而降低了二次流损失。

叶片表面静压的分布

图8给出了优化前后高压涡轮导叶在5%、50%和95%叶高处（即叶根、叶中和叶顶附近）的叶片表面静压分布。从图中可以看出，由于非轴对称端壁的影响，叶栅通道内的流场发生了改变，压力得以重新分布。由5%叶高处表面静压分布图可以看出，在压力面侧，从高压涡轮导叶前缘到70%轴向弦长（Cax）处，AEW和NEW的压差不大，但在70%轴向弦长往后，NEW的压力开始高于AEW；
在吸力面侧，从叶片前缘到30%轴向弦长处AEW和NEW的压差不大，从30%到70%轴向弦长处，NEW相对于AEW而言，在吸力面压力有明显升高，而在压力面变化不大，这就有效的减小了吸、压力面的横向压差，有利于抑制通道涡的形成和发展，改善通道内的流场。在70%到90%轴向弦长处，与AEW相比，NEW在压力面侧压力升高，在吸力面侧压力降低，显著增大了吸压力面的横向压差，使叶片载荷的后加载情形更为明显，涡轮叶栅的载荷后置能够有效抑制通道涡的发展，有利于减小端壁处的二次流损失。压分布图可以看到，NEW对高压涡轮导叶表面静压在叶中和叶顶附近的分布没有明显影响，可见，高压涡轮导叶下端壁的非轴对称端壁造型对涡轮导叶上半叶高流场的影响不大。

叶栅通道表面静压分布和流线图

图9和图10的极限流线图可以清晰地看到：在导叶前缘附近出现了马蹄涡的分离鞍点，以及由此引出的马蹄涡吸力面分支和压力面分支；
随着导叶通道内气流的流动，马蹄涡吸力面分支和压力面分支开始向下游移动、发展；
同时，由于导叶通道内横向压力梯度的影响，马蹄涡吸力面分支在绕过导叶前缘后与导叶吸力面在距导叶前缘30%左右轴向弦长处相交，并开始沿吸力面向上爬升，而马蹄涡压力面分支也在横向压力的作用下逐渐远离压力面，并向吸力面方向推移。对比图9（a）和图10（a）可以看出，相对于AEW，NEW吸力面低压区面积明显增加并且扩展到通道尾部。这使马蹄涡压力面分支与吸力面的交汇点向后推移，极限流线图也证明了这一点，由此可以看出NEW延迟了通道涡的形成和发展，减弱了通道涡的强度。对比图9（b）和图10（b）可以看出，AEW的马蹄涡吸力面分支在叶片前缘附近与吸力面交汇，而NEW的马蹄涡吸力面分支在靠近叶片中部附近与吸力面交汇。所以，NEW的马蹄涡吸力面分支与吸力面附面层的干扰被延后了，因此通道涡的强度将会减小，从而有利于减小通道内的二次流损失。将导叶尾缘附近的流场放大，见图9（c）和图10（c），马蹄涡压力面分支向导叶尾缘靠近时，马蹄涡压力面分支将逐渐地与导叶尾缘后的角涡相掺混，对比图9（c）和图10（c）可以看出，NEW削弱了马蹄涡压力面分支与导叶尾缘角涡的掺混，减小了角涡强度，从而减弱了涡轮导叶出口处的流动损失。

4结论

本文的分析结果进一步证实了非轴对称端壁造型是提高高压涡轮导叶气动性能的有效方法，是减小二次流流动损失的有效手段。

（1）本文发展的优化方法通过设定目标函数和控制自由变量，在进行非轴对称端壁造型的同时，可将高压涡轮导叶的参数控制在一定范围内。相比传统的非轴对称端壁造型方法，更加灵活、多样，更加接近实际应用。计算结果表明，与轴对称端壁相比，优化后的非轴对称端壁使涡轮导叶出口处的总压损失系数降低了%。

（2）非轴对称端壁造型可以使叶根表面的静压分布更加合理，进而改善高压涡轮导叶的载荷分布，有利于抑制通道涡的生成和发展。非轴对称下端壁造型对高压涡轮导叶上半叶高流场的影响不大。

（3）非轴对称端壁造型可以改善高压涡轮导叶流场的流动结构。延迟并削弱马蹄涡同导叶吸力面附面层的相互掺混，削弱角涡的强度，进而削弱通道涡的强度，降低二次流损失。

优化设计论文 第13篇

1 传感器技术

1.1 传感器的定义。在介绍传感器的应用之前，应该首先了解什么是传感器。

所谓的传感器顾名思义就是传播感觉的器官，传感器最初的设计灵感就是来源于人类自身的感觉器官，也可以将传感器称作是机械的感觉器官。由于人类可以利用自身的感觉器官感知外界世界的相关刺激，而传感器也是，将感知到的外界机械刺激传入系统中进行机械检测。传感器是将检测技术集中进行的一种检测工具。能够高效快速地检测物理、化学、生物等方面的测量量，通过测量的结果再根据具体的要求对测量的信息做出处理，用要求的形式将该信息输出，这就是传感器的整个工作过程。

1.2 传感器的分类及选择。对于传感器的具体分类有多种说法，简单地说就是传感器种类繁多，不能一概而论。利用同样的原理方法可以对不同的物理量进行检测，而同样的物理量也可以利用不同的方式检测，所以，传感器的种类并没有统一的分类方式。主要有三种途径将传感器进行分类，一方面是根据被测量量的性质分；
一方面是根据测量时的工作原理分；
最后一方面就是根据输出信号的性质分。

不论是哪种分类，都应该清楚的是对传感器的选择要准确，这样检测结果可以更加精准。

1.3 传感器静态特性的技术指标。对于描述传感器静态特性的技术指标有以下四个，只有满足这四个指标，就能很好地将信息的输入与输出控制得当：

第一，灵敏度。所谓灵敏度就是指通过传感器在稳态标准下处理信息后输出变化比上输入变化的分数值，对于线性传感器，其灵敏度就是常数。

第二，线性度。在静态特性稳态标准的基础上，重复进行校准测试，用列表或是曲线的方式将输出--输入的特性表现出来。得出线性度的重要性在于可以简化后来的工序。

第三，迟滞。所谓迟滞就是指传感器对于相同信息输出量值不同，这是在传感器处于正确运行情况下对信息进行输出操作，迟滞会说明间隙、轴承摩擦等出现问题，可以很好并且及时地找出问题根源，防止影响整体。

第四，重复性。重复性顾名思义就是在对同一对象进行多次测量时得到结果，可以绘制成特性曲线，这项技术指标重复率越高可以表明误差越小，同时还能说明重复性强。

2 传感器在测量中的应用

2.1 传感器在温度测量中的应用。传感器在温度中的测量主要有两种方式，一种是接触式，所谓接触式就是指利用接触传热的原理进行温度测量，如果传感器与被测对象进行接触后由于热传递从而达到热平衡，此时显示的温度就是被测物体的温度，这种方法比较简便，同时能够得到较高精确度的温度，然而不足的是测量对象很局限，对于高温或者有腐蚀性的测量对象来说就不能利用这种方式，同时，接触式会破坏被测对象原有的温度场，这会影响温度的测量。另一种方式就是非接触式，这种方式就是利用电磁破的辐射将被测对象的热辐进行检测，通过电磁波进行检测得到的温度显示就是被测对象的温度，经过获取温度信息后的信息转化，能够很好地实现对物体的温度的测量。

2.2 传感器在压力测定中的应用以及在流量测量中的应用。传感器的功能多种多样，对于流量的检测也可以很好地被应用自如，流量的检测有两种方式，具体介绍如下：一种是速度式流量传感器，转子传感器、漩涡传感器、电磁波就是属于速度式流量传感器，主要的应用原理就是指在一定截面的管路中测定流速，再将测量结果转化为位移。而另一种传感器是容积式的流量传感器，刮板、旋转活塞式属于这种传感器，而对于这种传感器的应用原理是在一定的时间内检测流体的次数，要保证时间是单位时间而容室应该是已知容积，主要检测瞬时流量和总流量。最后还有一种就是质量式的流量测量传感器，角动量式、量热式、微动式是直接进行流量测量，而间接式的是根据质量与体积流量之间的关系进行检测。

2.3 传感器在物位测量中的应用。对于传感器在物位的测量中的应用也有一定的分类，主要是根据工作原理的不同进行分类，直读式传感器的应用原理是流体连通性原理测量物位；
浮力式传感器是根据浮力原理，也就是液体的高度变化对于整个浮力的影响；
压差式传感器的工作原理是有关于高度的，详细解释就是指被测物体的高度影响某点的压力，从而进行物位的测量；
电学式传感器受物位变化和点位变化之间关系的影响，从而对物位进行测量；
核辐射式传感器顾名思义就是与辐射有关的，测量过程是同位素射线的穿透力和测量物厚度之间的关系不同有不同的测量结果；
声学式传感器的工作原理是声学信号变化主要受物位变化的影响，因此可以测量出不同的物位结果。以上介绍了不同传感器应用领域以及应用特点，对于不同传感器的应用，需要知道原理才能够准确应用，这样才能很好地发挥传感器的功能。

结语

目前为止，对于传感器的开发已经使整个一体化系统处在最好的应用状态，由于传感器在工业施工中能精确快速地对一体化系统中的各种参数进行自动检测，能够给一体化系统的运行带来极大的便利，同时对于一体化系统工作的项目也有一定的促进作用。随着现代科学的不断进步，传感器结合检测技术在一体化系统中的发展逐渐壮大，未来的发展前景也是不可估量的，能够结合更加高科技的产品共同为人类社会创造更大的财富。

优化设计论文 第14篇

1引言

中山市属于南方城市，江河众多，降水丰沛，内涝频发，公众叫苦连天。有数据显示，自1956年来中山市发生过50余次气象涝灾。发生内涝既有客观上的气象和地理因素影响，也与当前城市“重地上轻地下、重建设轻管理”的建设模式有关联。改变传统的以“排”为主的治理模式，转变为“渗、滞、蓄、用、排”的方向，借鉴学习国内外成功经验，因地制宜地推广现代雨水利用与管理技术，推行雨污分流改造工程势在必行。

2中山市频繁发生内涝的人为因素

多条内河涌被覆盖增加内涝

在城市建设大举扩张中，填满覆盖河涌、破坏河道水系等行为，致使排涝系统对降雨的调蓄能力下降。同时大量新建的柏油路、水泥路面等硬质铺装，由于渗透性差，令雨水不能快速渗透，加剧城市内涝。

城市排水系统标准偏低，建设存在短期性和临时性

我国以前的城市建设在城市排水系统设计上多是按1年一遇的标准来规划设计，尤其是城市排水系统的规划与道路、水系、绿地、城市竖向等系统专业规划的衔接不够，导致传统排水规划的综合性、前瞻性不强。

重建设轻管理导致排水设施排污排洪能力下降

在过去30多年的城市建设中，对排水防涝设施的改造与维护欠账多，系统不完善，管养不到位。一些排水设施建成时间较长，老旧、地面沉降、管理不善等导致一些管渠出现开裂、错位、淤塞等问题，一旦出现强降水，雨水排泄不畅，就容易出现积水，加上擅自变更规划、改变原排水系统所担负的服务范围等因素，导致排水系统不堪负荷。

3城市排水系统改造建议

推广雨污分流排水工程

雨污分流作为一种排水体制，是指将污水和雨水分开，各用一条管道输送，进行后续处理或排放的排污方式。以前受经济水平限制，没有根据水的来源在城市基础设施建设方面对排水管道进行分设，采用雨水和污水合用一条排水管道的排水系统。随着经济发展和环境意识增强，尤其是水资源日益珍贵，为了更好地利用各种水资源，实施雨污分流显得十分必要。

雨污分流后，污染轻的雨水直接排人城市内河再经过自然沉淀，既能供给喷洒道路的城市市政用水，也可以作为天然的景观用水，然后这些雨水经过缓冲净化流人河流，还能提高地表水的使用效益;而排人污水管网后的污水经过污水处理厂处理又实现了回用和再生，既让城市水环境明显改善，而且降低了污水处理成本。

提高城市排水设计标准

国家最近提出了海绵城市建设的理念，对于深受内涝之苦的中山市来说是机遇。有专家建议，可以借鉴国内外成功经验，开展防排涝综合规划，加大排水系统改造力度，落实“海绵”型城市建设方针。在排水设计方面，要遵循地理、水文和气象等自然规律，储存和利用雨水资源，变单纯排水为疏导涝水。例如在对易涝区道路交叉口、桥涵引桥等的排水改造中，建议按3-5年一遇的标准改造;对隧道、地下停车场和下沉广场等，建议按照不低于30年一遇的防涝标准进行设防布置，避免因暴雨积水引发隧道吃人等较严重后果;在新建、扩建、改建的项目中应增加雨水利用工程，加大对城市雨水径流的源头控制，发挥城市绿地、道路、水系等对雨水吸纳、蓄渗和调节的作用，从而缓解城市内涝。

屋顶绿化雨水利用系统

屋顶绿化系统可提高雨水水质并使屋面径流系数减小到，有效地削减雨水径流量。作为改善城市环境的新生态技术，也可作为雨水集蓄利用和渗透的预处理措施，该技术在德国和欧洲城市已广泛应用。屋顶绿化技术关键的科学选择植物和种植土壤，确保不发生渗漏。上层土壤应选择孔隙率高、密度小、耐冲刷、且适宜植物生长的天然或人工材料。

屋面雨水集蓄利用系统

屋面雨水集蓄利用系统分为建筑群集中式系统和单体建筑物分散式系统，是利用屋顶做集雨面，在公共、工业和家庭等方面用于冲厕、冷却循环、浇灌、洗衣等中水系统所需的非饮用水。该系统由雨水的汇集区、截污装置、输水管系、储存、净化和配水等部分组成;根据需要，可能还会设计贮水池溢流管与渗透设施相连接，使部分雨水在超过储存容量时发生溢流渗透。屋面雨水集蓄利用系统不但可以让饮用水节约，还会使城市排水和处理系统的负荷减轻，使污染物排放量减少，让生态环境得到改善。

园区雨水集蓄利用系统

在公园、新建居民小区以及环境条件较好的类似城市园区，工程技术人员通过设计，将区内路面、绿地、屋面的径流雨水收集起来加以利用，达到减少水涝、优化小区水系统、削减城市非点源污染物排放量和暴雨径流量，进而改善环境的效果。因为这种系统涉及面宽，比较巨大，需要处理好绿地与道路高程、室内外雨水收集排放系统、初期雨水截污、净化等相关环节间的关系。

4结束语

现代城市防洪排水工程涉及多学科，在选择排水系统方案时，要根据现场的给水排水系统、水资源环境、水文地质、气候及降雨、雨水水质、园林道路、水景、建筑、地下构筑物、地形地貌、高程和总体规划等各种条件，充分考虑各种渗透设施和收集利用的适用条件及优缺点，通过技术经济分析、水力计算、水量平衡来确定科学方案，突出系统化观点，协调好各专业的关系，兼顾经济效益和社会效益。

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