中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 段伟中国科学院大学 2021年博士导师: 张红共211页

摘要 : 星载合成孔径雷达(SAR)作为一种微波遥感技术，在近几十年来得到了越来越多的关注，其中雷达干涉测量技术(InSAR)通过对SAR影像进行时序分析，可以测量地表高精度的微小形变信息。相比过去的点状测量手段，InSAR技术能够以较低成本快速获取大范围的面... 展开星载合成孔径雷达(SAR)作为一种微波遥感技术，在近几十年来得到了越来越多的关注，其中雷达干涉测量技术(InSAR)通过对SAR影像进行时序分析，可以测量地表高精度的微小形变信息。相比过去的点状测量手段，InSAR技术能够以较低成本快速获取大范围的面状形变信息，被广泛用于监测各类自然和人类活动导致的地表形变过程。随着SAR技术快速发展，多种星载SAR系统逐步投入使用，为InSAR技术应用提供了丰富的数据源，尤其是2014年发射的Sentinel-1卫星，该SAR系统以全球大范围InSAR应用为目的，用较短的重访周期获取覆盖全球的SAR影像，并向公众免费分发，打破了过去SAR数据受到限制的状况，极大提升了InSAR技术应用范围与广度，使得全国尺度的地表形变测量任务成为可能。我国国土广袤，地形地貌复杂，随着城市化进程加剧，各类地质灾害给经济社会造成重大损失。其中地面沉降是影响范围最大、最难治理的灾害之一，由于人口规模不断扩大，大规模工程建设，以及地表水大量污染，为满足工农业用水，导致了地下水长期出现不合理的超量开采，我国已成为全球地面沉降发展最为严重、覆盖面积最大的国家。不断下沉的地表给公路、铁路和建筑等基础设施造成巨大的威胁，加剧城市洪涝灾害，威胁地铁和地下设施，给城市居民生活带来较大的安全隐患，严重制约了我国各地区的经济和生态环境可持续发展。为解决大范围的地面沉降问题，我国出台多项治理措施，特别是在2019年提出了大区域地面沉降治理方案，由于遥感技术在大范围地质测量领域具有的独特优势，利用InSAR技术获取全国尺度大面积地表形变，具有重大的现实需求和意义，能够帮助相关部门有效掌握全国地质灾害发展局势，服务于各地防灾减灾工作。然而，Sentinel-1卫星虽然给大范围InSAR应用带来极大便利，但是海量的SAR数据给InSAR数据处理带来了巨大的挑战。据统计，Sentinel-1每天获取的数据量就有10TB，每年覆盖全国尺度的InSAR数据量达到100TB以上，此外，在时序InSAR处理过程还会产生大量的中间结果数据。因此，不论从数据量，还是数据处理难度上来说，传统的单机串行时序InSAR处理算法，在时效性和数据处理代价方面，难以满足大范围形变测量应用需求。国外一些研究团队利用云计算技术有效解决了InSAR大数据处理难题，获取了欧洲多个地区的全国尺度地表形变结果，并建成了大范围的地质灾害预警系统，证明了高性能计算技术可以有效提升InSAR数据处理效率。目前国内在相关方面的研究还比较薄弱，缺少基于自主开发的InSAR大数据处理平台，严重制约了InSAR技术的大范围应用潜力，因此本论文针对Sentinel-1TOPS模式宽幅SAR影像数据，开展基于并行计算的Sentinel-1时序InSAR处理方法研究，利用高性能计算环境搭建InSAR大数据处理平台;同时利用2019～2020年Sentinel-1数据获取华北平原以及全国中东部平原大面积的地表形变结果，为我国大区域地面沉降治理工作提供充足的测量数据支持。总结本文研究工作和创新点主要包括: (1)在实现TOPS模式Sentinel-1影像配准和干涉处理完整算法流程的基础上，提出了一种稳健的时序InSAR处理算法，通过采用基于相干性的最优干涉对筛选方法、多层次网络构建方法、多模型形变参数解算方法、基于残余相位评价的多次迭代解算方法和大气校正方法，能够实现大区域不同场景下稳定可靠的形变参数解算，并基本实现了时序InSAR流程的自动化处理，极大减少了数据处理过程中的人机交互工作。本文实现了Sentinel-1TOPS模式SAR影像完整干涉处理流程，能够批量生成正确的Sentinel-1干涉图。并借鉴主流时序InSAR算法，提出了基于最优干涉对的相干散射体时序InSAR处理算法。算法根据基线分布和相干性，自动挑选最优干涉对组合，有效解决了时空去相干问题，并只针对相干散射体进行形变分析，有效抑制大气、轨道等误差相位，提升形变参数解算精度;在形变解算过程中，算法采用了多层次网络构建方法，避免了大范围形变解算过程存在的误差传递问题，同时采用基于模拟退火和二分搜索联合优化方法，能够支持多种形变模型的解算;最后为提升算法鲁棒性和解算精度，利用大气相位评估因子，从残余干涉图中去除受大气干扰严重的干涉对，对筛选后的干涉组合进行多次迭代解算，最终获取稳定的形变解算结果;最后，对个别场景利用高程相关大气模型进行后处理，进一步抑制大气相位的影响，提高整体形变解算结果。基于这几种改进方法，本文提出的时序InSAR实现大范围不同场景下稳定的形变解算，尽可能减少了人机交互工作，基本实现了Sentinel-1时序InSAR数据自动化处理。算法精度得到了实测数据和开源软件的验证。 (2)针对Sentinel-1时序InSAR整个处理流程的算法，提出了适合不同算法结构和数据结构的多层级并行方法，实现具有较高并行性能的时序InSAR算法;基于数据流并行计算架构(STAR)，搭建了适合于分布式计算环境下的InSAR数据处理平台，能够高效、自动化处理海量Sentinel-1数据，经过实际的数据处理可以证明，该分布式并行时序InSAR方法将传统数据处理效率提升了6倍以上。并基于多台服务器，获取了华北平原完整区域最新的地面沉降结果，对其中地面沉降分布进行了总结，并统计了其中最严重的沉降漏斗区。传统的时序InSAR算法是基于串行方式实现，处理流程较为复杂，难以用统一的并行优化方法，本文通过对整个InSAR处理步骤的算法与数据结构特点进行分析，提出了不同层级的并行优化方法，其中重点研究了TOPS模式数据配准、干涉处理和时序分析几个步骤的算法并行方法。通过采用这种灵活的并行方法，得到基于并行计算的时序InSAR处理算法具有良好的并行性能和可扩展性。考虑到分布式计算环境的需要，利用中科院计算所开发的数据流(STAR)并行计算架构，构建了基于分布式计算的Sentinel-1时序InSAR处理软件，能够充分利用计算集群的硬件资源进行大规模任务处理，从而最大化InSAR数据处理效率。最后利用该并行时序InSAR处理软件，在多台多节点高性能服务器上，对覆盖华北平原Sentinel-1影像11个frame区域2019-2020年的数据进行处理，以较低代价快速获取了该区域大范围形变测量结果。对华北平原地区的大规模数据处理，基于分布式环境的并行时序InSAR算法以不到两周的时间，完成了过去需要几个月的数据处理任务，证明了本文提出的并行InSAR算法的性能。随后利用同时段的水准数据和GPS数据对测量结果的进行了精度验证，并对比了Grace卫星反演的华北平原地下水变化情况，证明本文算法得到的形变解算结果基本合理，在城区形变测量精度优于6mm/y。最后对华北平原区域形变分布特征进行了总结，发现该地区仍然持续经历着大范围地面沉降过程，包括北京、天津和河北等地区都有着严重地面沉降，并且有逐步连成一片趋势。另外，由于南水北调工程和严格地下水保护措施，河北平原部分地区出现了明显的地面抬升现象，并且中心城市地面沉降普遍较小，说明华北平原一些区域的地面沉降在逐步恢复;同时可以发现，河北平原地区地面沉降呈现出向农村乡镇区域集中的趋势。最后对该地区主要沉降漏斗区的分布位置以及沉降速率进行了统计，并讨论其中由于采矿活动和施工建设导致的地面沉降。 (3)利用中科院地球大数据超算平台，搭建了我国首个基于超算环境的Sentinel-1时序InSAR大数据处理系统，最大限度的提升了InSAR大数据处理能力。并总结当前时序InSAR算法处理效率和特点，提出了一种适合于Sentinel-1时序InSAR算法的专用并行计算结构，为未来国产InSAR大数据应用平台建设提供一定的借鉴思路。最后获取了最新的全国中东部平原地区的地面沉降，为我国大区域地面沉降治理工作提供科学的数据指导。本文研究基于超算环境下的并行时序InSAR方法，构建起完善的InSAR大数据处理系统，对超算计算环境进行了介绍，重点讨论了数据流并行计算和内存式计算方法，并对系统功能组成和InSAR大数据处理方法进行了详细分析。通过分析当前算法在超算平台上的资源使用效率，深入挖掘时序InSAR算法优化潜力，研究了基于GPU-CPU混合架构的并行InSAR算法，充分利用不同硬件资源的优势，实现最高效率的InSAR大数据处理。利用InSAR超算系统进行全国尺度的数据处理任务，处理数据总量超过了13TB，获取了2019-2020年的中国中东部平原形变测量结果，为相关部门提供充足的区域沉降相关数据资料。超算系统将过去需要半年以上数据处理时间缩短到了一周时间，证明了超算InSAR系统的并行性能。对大范围形变测量结果进行了验证和分析，重点对几大主要平原、盆地和三角洲地区的地面沉降特点进行了讨论，最后通过对典型区域分析，总结了不同区域的地面沉降同地质结构、经济发展和城市建设间紧密的关联性。收起

关键词 : 微波遥感雷达干涉测量地表形变监测并行计算分布式环境

2. 基于深度学习的SAR图像去噪及弱监督地物分割研究

[学位论文] 谷丰中国科学院大学 2021年博士导师: 张红共194页

摘要 : 合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)影像地物分割是SAR影像解译的一个基本环节。传统的地物分割算法存在大量人工干预，复杂度高，在泛化性和时效性上都无法达到要求。近年来，深度学习算法因其强大的特征提取能力在图像分割领域发展迅速。在S... 展开合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)影像地物分割是SAR影像解译的一个基本环节。传统的地物分割算法存在大量人工干预，复杂度高，在泛化性和时效性上都无法达到要求。近年来，深度学习算法因其强大的特征提取能力在图像分割领域发展迅速。在SAR大数据背景下，深度学习网络模型可以依托海量的标注数据进行权重迭代更新，使得模型输出能够逼近标注结果。深度学习模型的产生是专家知识与经验积累的结果，其推断准确度受限于训练样本库的体量和质量，依赖于劳动密集型的数据标注工作。SAR影像强度信息受相干斑噪声的干扰，同时具有顶底位移、透视收缩等成像特点。特殊的成像机制使得SAR影像样本标注相较于照片或光学遥感影像要复杂得多，难以保证标注的效率和精度。因此，依托SAR大数据进行地物分割任务，需要耗费大量的时间成本来换取准确的全监督像素级地物标签。为解决上述问题，需要降低全监督地物标注的完整程度，改用在地物位置和轮廓信息上均有所损失的弱监督标注方式，如边界框标注，全局类别标注等，这势必会影响地物分割精度。本文既希望借助弱监督标注以大幅减少人工标注成本，又希望弱监督地物分割模型的精度能逼近全监督分割算法。为此，本文在分析SAR图像成像特性的前提下，开展了基于深度学习的SAR图像去噪以及弱监督地物分割研究。其中，前者为弱监督分割提供基础的数据支持，使弱监督分割算法在边界回归上不受噪声影响。后者将具体针对建筑以及船舶两类人造地物展开研究，在超像素聚类算法、概率图模型以及极坐标射线掩膜回归的辅助下得到精确的地物分割掩膜。主要研究内容及创新点如下: 1.针对流行去噪方法性能固化的问题，提出基于纹理量化图的深度学习SAR图像去噪方法。在充分分析SAR噪声的空间相干性以及图像局部纹理特性的前提下，提出纹理量化图的概念并设计了一种新颖的二组分深度学习去噪网络。该网络可自动量化纹理特征，并自适应决定局部区域是平滑噪声还是保持细节。利用高分三号超精细条带模式数据进行实验，所提方法获得了29.23的等效视数，0.1183的噪声图均匀性指标以及0.0307的噪声图结构性指标。此外，多源机载和星载SAR数据去噪实验表明所提方法具有较好的泛化性能。与现阶段流行去噪方法相比，所捉方法在主观目视评价以及客观指标评价上具备更优异的性能。同时，其为后续弱监督地物分割方法提供有效的数据支持，提升了分割边界的准确性和平滑连续性。 2.针对全监督建筑区标注费时的问题，提出基于超像素分割和卷积神经网络(ConvolutionalNeuralNetwork，CNN)的全极化SAR建筑区弱监督提取方法。该方法首先利用改进简单线性迭代算法自适应决定紧凑度因子以生成贴合地物边界的超像素，然后基于CNN对每个超像素的代表场景进行多尺度特征提取和分类。所提方法在仅依靠图像全局标签的情况下，将基本分割单元从像素上升为超像素，同时充分考虑极化分解特征和像素空间上下文特征，有效提升建筑区提取的效率和精度。基于高分3号全极化条带模式数据进行实验，所提方法的建筑区提取结果达到平均93.25％的总体精度，91.55％的检测率以及7.19％的虚警率。 3.针对复杂场景下船舶定位困难的问题，提出一种基于类激活图和条件随机场的船舶弱监督分割算法。受到计算机视觉类激活图注意力机制的启发，着重验证了基于船舶全局标签进行船舶候选区提取的可行性，并深入分析了候选区的多尺度性和弱监督性。同时，引入全连接条件随机场对船舶候选区进行边界回归，形成精细分割掩膜。以高分3号精细条带模式数据作为实验数据，所提方法在多种背景下对船舶目标进行像素级分割，获得了88.54％的船舶检测率，8％的船舶虚警率以及90.412的F1分数。 4.针对并排多目标无法进行准确单目标定位的问题，提出基于伪标签与极坐标射线回归的靠泊船舶弱监督分割方法。首先基于3中所提方法对靠泊船舶进行伪标签制作，结合少量全监督标注数据形成训练数据集;然后，把船舶实例分割问题分解为中心回归和射线回归两个子问题;最后构建极坐标下的交并比损失函数和焦点损失函数对网络进行综合训练。所提方法主要基于伪标签进行网络训练，有效解决了样本制作费时费力以及靠泊船舶样本稀少的问题。同时，通过船舶中心回归与掩膜射线回归机制显著提升密集排列船舶的分割能力。利用高分三号超精细条带模式数据进行实验，所提方法获得了90.75％的船舶检测率以及9.24％的虚警率，在对比方法中精度最高。同时对于训练集增广方式的控制变量消融实验表明，在使用了所提训练集扩增方式之后，网络检测率将得到显著提升，且虚警率会有明显下降。收起

关键词 : SAR 深度学习图像去噪弱监督地物分割

3. 基于星载SAR数据的青藏高原冻土形变监测及活动层厚度反演研究

[学位论文] 张雪飞中国科学院大学 2020年博士导师: 张红共178页

摘要 : 青藏高原具有全球面积最大的多年冻土分布，青藏高原冻土对东亚季风乃至全球气候系统均具有重要的调节作用。随着全球气候的不断变暖，青藏高原多年冻土面临着不同程度的退化，冻土退化最显著的特征是活动层厚度增加和冻土温度升高，活动层厚度增加过... 展开青藏高原具有全球面积最大的多年冻土分布，青藏高原冻土对东亚季风乃至全球气候系统均具有重要的调节作用。随着全球气候的不断变暖，青藏高原多年冻土面临着不同程度的退化，冻土退化最显著的特征是活动层厚度增加和冻土温度升高，活动层厚度增加过程中的地下冰融化会改变地表土壤水分条件，从而改变冻土区生态过程，影响冻土区水循环和气候，也会造成地表季节性形变。冻土的季节性形变可能会引起青藏铁路、青藏公路等基础设施破坏，增加地质灾害发生的风险。因此，认识青藏高原冻土活动层变化情况及地表季节性形变特点，对工程建设、资源利用开发及生态环境保护具有重要价值，在科学研究上具有重要意义。由于青藏高原恶劣的环境，常规方法的青藏高原冻土环境研究受到了很大的限制，而近些年SAR、InSAR技术的快速发展，使得青藏高原大区域、长时序的冻土形变、活动层厚度估计研究成为可能。本论文以青藏高原北麓河地区为研究区，以Sentinel-1宽幅SAR数据为主要数据源开展青藏高原冻土形变监测及活动层厚度反演研究，旨在为青藏高原冻土退化提供更深入的认识，为青藏高原冻土环境保护提供详实的科学依据。本论文取得的创新性工作如下: (1)构建了基于季节性形变模型的新小基线集(New Small baseline Subsets，NSBAS)季节性形变监测方法，并成功应用于青藏高原冻土区大区域地表形变监测。本文针对青藏高原冻土区形变监测过程中存在形变模型适用性、季节性失相干等问题做了大量研究，提出基于气温数据的改进Stefan季节性形变模型，并构建了季节性形变模型与NSBAS集成的方法流程，并与基于Sinusoidal物理模型与NSBAS集成结果比较分析，获得了青藏高原多种地物类型的季节性形变特征，解决了失相干作用造成的高寒草甸区形变无法有效监测的问题。实验结果表明，研究区最大形变强度为-79.98mm，草甸区与荒漠区季节性形变呈现出明显的差异，草甸区和荒漠区形变强度范围分别为-40～-75mm和-10～15mm。以季节性形变强度及时间序列形变结果为基础，对青藏高原冻土区开展了全面的时空形变分析，冻土形变与地形、坡度呈现明显的负相关关系，并具有明显的季节性变化特点，季节性形变特征与地表/根区土壤含水量时序分布具有明显的相关性。 (2)提出了基于季节性形变模型的多基线永久性散射体(Permanent scatterer,PS)和分布式散射体(Distribute Scatterer,DS)联合构网的多时相InSAR(MT-InSAR)季节性形变监测方法。针对传统的PSI、DSI技术应用于青藏高原冻土形变监测过程中存在的PS点不足、形变参数解算不准确、运算效率低等问题，本文从形变网络构建、形变参数解算等方面展开了大量研究，提出了PS与DS结合的双层形变估计网络，在PS网络中，提出了改进残余信噪比(RSR)、残差距离权重最小二乘和岭估计等改进求解算法，引入了网络分解算法，实现形变参数更高效运算。在第二层DS网络形变解算过程中，利用多种统计检验方法实现DS点选择、利用CWPL方法实现DS点最优相位估计，随后，以第一层网络为基础，提出了基于星型构网的形变参数解算方法，解决了DS点数量过多而引起的形变参数解算效率过低的问题。实验结果表明，PS-DS双层网络监测的季节性形变强度范围为-60～10mm，DEM误差范围为-10～10，通过改进算法，低形变荒漠区的形变更符合季节性变化特征，形变强度在空间变化上更为连续，离散点数量得到降低，说明本研究提出的形变参数改进算法能够有效提升求解精度。 (3)提出了新的基于多时相InSAR季节沉降和时-空-深度多维土壤含水量分布的时序活动层厚度(Active layer thickness，ALT)反演方法。针对目前基于InSAR形变反演青藏高原活动层厚度算法中未考虑冻土区土壤孔隙度和土壤含水量的影响，或仅在点尺度上考虑了土壤水分空间分布特征的问题，本文提出了融合分布式散射体后向散射系数自适应滤波、最小二乘回归、时序变化检测等技术的土壤含水量估计方法，成功获得了研究区的土壤含水量时空分布，并结合实测数据构建了地下土壤水分空间分布模型，获得了深度维土壤水分分布。随后，以土壤水分分布和季节性沉降为基础提出了能够获取大区域时序活动层厚度变化的反演模型。该模型考虑了不同地物类型的土壤含水量时空变化因素，解决了基于点尺度下假定土壤孔隙度为定值和夏季土壤含水量处于饱和状态的假设误差问题。结果显示，利用Sentinel-1数据的时序变化检测方法估计地表土壤含水量与实测点的相关性达到0.78，能够有效应用于活动层厚度反演，以Sentinel-1反演土壤含水量结果为基础，根据本文提出的活动层厚度反演模型，研究区内的草甸区活动层厚度小于1.5m，荒漠区活动层厚度在2m-3.4m之间，反演结果与实测活动层厚度结果具有较好的一致性，相关系数为0.87。通过引入土壤含水量时空变化信息，利用时序活动层厚度反演模型，获得了研究区的时序活动层厚度变化，结果显示，研究区内冻土活动层厚度变化是一个缓慢变化的过程，草甸区融化初期5月-6月活动层厚度增加速率较大，随后变缓。本文提出的活动层厚度反演方法能够实现大区域冻土活动层厚度的连续监测，能够为青藏高原冻土活动层厚度变化研究提供有效方案。收起

关键词 : 冻土监测星载合成孔径雷达季节性形变活动层厚度反演青藏高原

4. 藏族度量衡数学基础与历史演变研究（7世纪-20世纪）

[学位论文] 申涛四川师范大学 2020年硕士导师: 张红共173页

摘要 : 藏族是历史悠久的少数民族之一，拥有自己的语言和文字。第一个有明确史料记载的统一政权是吐蕃王朝(公元618-824年)，故本研究起始时间定为公元7世纪。藏学研究诞生于19世纪30年代，其研究领域众多，如社会、经济、文化、历史、宗教、历算等。... 展开藏族是历史悠久的少数民族之一，拥有自己的语言和文字。第一个有明确史料记载的统一政权是吐蕃王朝(公元618-824年)，故本研究起始时间定为公元7世纪。藏学研究诞生于19世纪30年代，其研究领域众多，如社会、经济、文化、历史、宗教、历算等。已有研究较少涉及到藏族度量衡，本研究侧重藏族原始计量的重要部分“度量衡"。在数的规则和原理的基础之上，人类规定了度量衡的相关准则。度量衡自古与人类生活息息相关，是原始计量的重要部分。随着社会科技文明的进步，度量衡制度也在不断的完善与统一。本研究主要采取实地调查法、文献研究法和对比分析法。笔者多次前往四川省雅安市、四川省图书馆、成都市图书馆、四川省博物馆、国家图书馆、民族文化宫、中国民族图书馆、雍和宫、西藏文化博物馆、南京市图书馆、南京博物院等地进行实地调查与文献资料搜集。查阅搜集期刊文献150余篇、专著书籍100余本、地方志与社会历史调查80余部。由于度量衡与数学有着密不可分的关系，故笔者对藏族度量衡的研究分为藏族度量衡的数学基础和藏族度量衡的演变历史两方面: (1)藏族度量衡的数学基础。将与度量衡密切相关的数学知识梳理和分类后，具体研究藏族文字与数码的起源，藏族数学位值制与数词表示法，藏族乘法九九表，藏族传统筹算计算器和藏族四则运算。 (2)藏族度量衡的演变历史。将研究时间大致分为早期、唐朝、宋朝、元朝、明朝、清朝、解放时期等五个时期，从长度、面积、容积、重量等四个部分分析藏族度量衡。采用了直观表格、流程图和思维导图等，从来源方式、民族比较、单位进制、统一规律等多个维度，分析研究了藏族度量衡的系统演变情况。通过以上研究，在探索藏族不同时期度量衡制度演变的同时，还可侧面展示藏族传统数学的发展脉络，由此丰富我国藏族和少数民族数学史研究，并为现在的藏族数学教育提供启示。收起

关键词 : 数学教育藏族度量衡历史演变

5. 热管型槽式太阳能集热器的开发与研究

[学位论文] 刘赟南京工业大学 2010年博士导师: 张红共167页

摘要 : 本文面向当前太阳能热发电中的关键技术——集热器技术进行了开拓性研究，针对槽式DSG（Direct Steam Generation）太阳能热发电系统开发了具有自主知识产权的高可靠性热管型槽式太阳能集热器及中温热管接收器密封结构，并对其进行了相关的理论和试验... 展开本文面向当前太阳能热发电中的关键技术——集热器技术进行了开拓性研究，针对槽式DSG（Direct Steam Generation）太阳能热发电系统开发了具有自主知识产权的高可靠性热管型槽式太阳能集热器及中温热管接收器密封结构，并对其进行了相关的理论和试验研究。主要研究内容和结果如下: (1)在分析槽式太阳能热发电技术及运行特点的基础上，以高可靠性和低成本为目标，将热管技术应用于集热器的开发，提出了热管型槽式太阳能集热器结构，发明了中温热管接收器密封结构，并获得了国家发明专利授权;对该密封结构的可靠性进行了探索性分析，表明该密封结构具有较高的可靠性;进而对集热器的核心传热单元——热管单元的具体结构进行了开发;然后对槽式抛物面聚光镜进行了设计选型，最后试制了热管型槽式太阳能集热器的样机。 (2)针对热管型槽式集热器的结构和工作特点，结合太阳能热利用的条件，对用于槽式太阳能集热器的热管进行了理论分析。包括半周向受热情况下的热管启动理论分析、热阻计算以及传热极限计算。理论计算结果表明:该萘热虹吸管从分子流动到连续流动的转折温度为154℃;热虹吸管的热阻在工作温度和管径一定的情况下与管长有关，管子越长，热阻越大。 (3)根据槽式抛物面聚光镜的工作特性，搭建了热管单元模拟试验系统，并进行了相关的试验研究。研究了下半周向和侧半周向两种受热方位下的启动性能和稳态传热性能，并分析了倾角、受热方位以及充液率对启动性能和稳态传热性能的影响。试验结果表明:萘热管在4°或8°倾角、半周向受热方式下能正常启动，并且整根热管蒸发段的轴向均温性良好;相同充液率的热管，不同受热方位对启动性能影响不大;倾角对启动性能有一定的影响，较小倾角下，完全启动所需要的时间较短;倾角对热管蒸发段轴向均温性和传热性能均影响较小。 (4)对热管型槽式太阳能集热器的传热进行了数值模拟研究，采用FLUENT软件中的标准k-ε湍流模型对槽式集热器外部流场的流动与换热进行了详细计算。选择了槽式抛物而聚光镜与接收器之间的相对位置、风速、风向三个因素和三个水平进行了正交设计，通过模拟计算和极差分析，得出了对热管型槽式集太阳能集热器外部传热影响最大的因素为风速的结论。 (5)对热管型槽式太阳集热器进行了室外试验，搭建了集热器效率试验系统，并进行了试验研究。研究了集热器的实时效率与环境因素之间的关系，实时效率与风速之间的关系。同时，还研究了热管在全天工作中的周向和轴向温度分布的规律，发现最大周向温差在25℃以下，大大低于传统槽式DSG系统中接收器的周向温差;热管的轴向均温性较好，最人轴向温差在10℃以下。另外，选择正午准稳态工况下，就风速对散热的影响进行了试验研究，其结果与数值模拟计算的结果基本一致。 (6)最后基于上述研究成果，设计了1.5MW热管型槽式太阳能热发电系统。本文的研究成果为热管技术在槽式太阳能热发电系统中的应用提供了崭新的素材，此集热器的开发应用，可望解决以往槽式太阳集热器可靠性不高的瓶颈，为进一步的研究和工业化应用奠定基础。收起

关键词 : 太阳能热发电热管型集热器传热性能集热效率密封结构数值模拟

6. 数学史在小学数学四年级教学中的实践研究

[学位论文] 谭娟四川师范大学 2015年硕士导师: 张红共158页

摘要 : 新课标把数学素养的提高、情感态度价值观、创新意识放到了更加重要的位置，对教师提出了更高的要求。笔者是一位长期在教育岗位工作的一线教师，曾尝试用讲故事、放图片、小组活动、动手操作甚至物质奖励等各种办法来提高学生对数学的学习兴趣，却很... 展开新课标把数学素养的提高、情感态度价值观、创新意识放到了更加重要的位置，对教师提出了更高的要求。笔者是一位长期在教育岗位工作的一线教师，曾尝试用讲故事、放图片、小组活动、动手操作甚至物质奖励等各种办法来提高学生对数学的学习兴趣，却很难让学生真正的理解数学，喜欢数学，进而欣赏到数学的美，体会到数学的价值。鉴于数学史有理解数学和进行数学教育的作用，笔者尝试在小学四年级日常数学教学中渗透数学史，对数学史融入小学数学教学进行实践探索。通过对学生的调查和观察，了解数学史对小学生理解数学是否有作用，能够在哪些方面产生影响。然后，在成都市某小学四年级的一班至四班共约150名学生中，进行了数学史渗透在教学中的实践研究。希望通过典型的案例，总结出指导以后教学的观点和方法。本文选择四个教学内容，主要从教学设计和数据分析进行了研究: 首先，选择教学内容，进行教学设计和课堂实录。“确定位置”和“负数”是四年级的正常教学内容。“确定位置”与后续的坐标思想有联系，“负数”概念有一个接受过程，学生理解“负数”也有困难。故针对这两节常态课“确定位置”、“负数”结合数学史进行教学设计。小学四年级已经学完了整数及其四则运算，对分数和小数都会加减法;已经学完了基本平面图形，会计算周长和面积，也认识了基本的立体图形。但对数与形的来源和发展接触较少。于是设计了两节数学史欣赏课“神奇的数”、“奇妙的形”。对这两节常态课和欣赏课进行课堂实录。对教师的教学行为和学生的学习表现进行了观察和描述，记录了教师对课堂教学的反思。其次，针对教学内容，对学生进行了问卷调查。从中不仅可以看出学生对所学内容的理解和运用，对数学家的贡献和魅力的认识，还可以看出学生能生动的表达自己独特的观点，对所学内容有了兴趣并有了进一步探究的愿望。最后，根据学生问卷进行数据统计，采用饼状图、表格、文字进行描述性分析，进而得出研究结论: 其一，通过实验组和对照组的数据比较，看出两组的不同。实验组的学生视野更加开阔，回答问题角度更多元化，更有追根溯源的意识，学生求知欲望更高，更容易看出学生的数学素养。实验组的学生部分能改变以往对数学仅仅只是枯燥的计算做题的看法。其二，通过对实验组课后数据分析，看出数学史对学生影响更多是在有助于学生对数学的理解和欣赏，有助于学生形成良好的情感、态度、价值观，有助于学生主动思考、创新，以及引起学生兴趣这几方面。不仅仅是平时成绩方面优秀的学生才能接纳的内容，而且中等生，后进生都能从中有不同程度的收获。其三，通过两节常态课和两节欣赏课的课后对比，发现，数学史在数学教学中的渗透，不只是完整的欣赏课能收到良好的效果，在常态课中渗透数学史也能收到良好的，甚至是更好的效果。取得效果的程度不是取决于数学史内容的多少，而更多取决于所涉及到的思想的深刻性和内容的结合度。其四，综合整个研究过程，笔者认为，数学史不能独立的存在教学中，也不能替代数学日常教学，但却是不可或缺的。研究数据反映出数学史恰好能弥补传统数学的不足，丰富探究性教学的素材。在论文最后，附上教学使用的PPT，部分学生的回答的照片等作为资料补充。收起

关键词 : 小学教育数学教学数学史课程标准

7. 高传热性能组合式吸液芯的开发与研究

[学位论文] 白穜南京工业大学 2011年博士导师: 张红共153页

摘要 : 本文针对热管技术在碟式太阳能热发电技术，特别是在太阳能接收器中的应用，开发了一种新型的组合式吸液芯结构并研制了具有此吸液芯结构的液态金属高温热管。对组合式吸液芯从其内部的孔隙率、毛细孔径分布规律、有效毛细半径和所能提供的最大毛细抽... 展开本文针对热管技术在碟式太阳能热发电技术，特别是在太阳能接收器中的应用，开发了一种新型的组合式吸液芯结构并研制了具有此吸液芯结构的液态金属高温热管。对组合式吸液芯从其内部的孔隙率、毛细孔径分布规律、有效毛细半径和所能提供的最大毛细抽力、以及渗透率的角度出发，分析了热管工质（水、液态金属钠）在组合式吸液芯内的流动特点;建立了相应的试验系统，对组合式吸液芯的相关结构参数和水在其内部流动的压降进行了研究，得到了层流和湍流状态下水在组合式吸液芯内的流动压降关系式。通过数值模拟计算水在组合式吸液芯内的流动压降，并与试验结果进行对比以验证模拟的有效性，进而研究了液态金属钠在组合式吸液芯内的流动特点和压降。搭建了热管性能综合测试试验系统，在精确获得热管传热功率的基础上，研究了吸液芯结构、倾斜角度、加热功率、交变热流对工质为液态金属钠的组合式吸液芯热管的启动性能和稳态传热性能的影响，主要研究内容如下: (1)在分析各种类型热管吸液芯的基础上，提出了一种组合式热管吸液芯结构，即三角沟槽、未烧结的金属纤维毡和金属丝网组合而成的吸液芯结构。三角沟槽直接在热管内壁线切割而成，金属纤维毡通过大孔径的金属丝网固定在热管内壁上。三角沟槽在组合式吸液芯内的作用是减小热管径向热阻、增大换热面积并提供部分热管工质的流动通道;金属纤维毡的作用是提供足够的毛细抽力和热管工质的流动通道;金属丝网将金属纤维毡固定在热管内壁上，防止金属纤维毡骨架变形，同时也减小了热管内部蒸气对回流液体的携带作用。 (2)利用金属纤维毡的面密度和真空吸入法研究了金属纤维毡未经烧结和烧结后的孔隙率大小，未经烧结的金属纤维毡孔隙率随着其压缩程度的增加而减小，烧结后的金属纤维毡较难控制其厚度，但两种情况下金属纤维毡的孔隙率均达到了95％以上。 (3)采用压汞法对厚度为2mm和3mm的金属纤维毡内部的孔径分布进行了试验测试，结果表明2mm厚的金属纤维毡内部孔隙直径范围在10μm～200μm之间，80％的孔径小于120μm，有效毛细半径为35μm。3mm厚的金属纤维毡其内部孔隙范围在50μm～200μm之间，80％的孔径小于140μm，有效毛细半径为41μm。通过理论计算三角沟槽的有效毛细半径为894μm。 (4)为了模拟热管工质在组合式吸液芯内的流动情况，建立了试验测试系统研究流体在组合式吸液芯内的流动压降并推导了压降的表达式。当流体为20℃的水并处于层流状态时，可通过Darcy定律求得多孔介质吸液芯的渗透率及流体在其中流动的压降关系式。在此基础上当流体处于湍流状态时，则可通过Darcy-Forchheimer公式计算流体流动压降，并得到惯性阻力系数的影响因素和压降关系表达式。 (5)由于试验条件的限制无法直接研究液态金属在组合式吸液芯内的流动情况，所以通过Fluent软件数值模拟计算层流状态和湍流状态下的水在组合式吸液芯内的流动压降，并与试验结果进行对比。在验证了数值模拟的有效性后，计算了饱和温度为1000K的钠液在组合式吸液芯中的流动压降，并将结果与试验所拟合出的压降关系表达式的计算结果进行了对比，发现两者吻合较好。这一方面说明流体在组合式吸液芯内的流动压降仅与吸液芯的结构和流体流动的雷诺数有关，而与流体的种类无关;另一方面也说明了数值模拟计算的有效性，因此可将计算推广至模拟多种倾斜角度下流体在组合式吸液芯内的流动情况，为设计热管提供依据。 (6)建立了有效的热管性能测试系统并对具有组合式吸液芯热管的启动性能和传热性能进行了试验研究。通过对比三角沟槽吸液芯热管的传热性能，分析由于吸液芯结构差异而造成热管传热性能差异的原因。测试系统的加热方式为高频感应加热。冷却方式为气隙套和水夹套的组合。气隙套的作用是控制与冷却水接触的气隙套外壁温度不超过100℃，使冷却水在冷却的过程中不被加热至饱和温度而产生气泡，从而可以精确的获得热管的传输功率。 (7)组合式吸液芯热管在工作倾角为0°、22°和45°时正常启动，且运行稳定、轴向等温性良好，其当量导热系数随加热功率的增加而增加，倾斜角度对当量导热系数的变化作用不明显;而倾斜角度对三角沟槽吸液芯热管的传热性能有较大影响，当热管处于大工作倾角时，轴向管壁温度会产生较大温差，且管壁温度在稳态工作时一直处于波动状态，导致热管当量导热系数减小，传热性能变差，在相同工作倾角和加热功率的情况下，组合式吸液芯热管的当量导热系数均大于三角沟槽吸液芯热管。交变热流载荷仅使热管管壁的升温速率发生变化，但不会使其壁面温度出现与交变热流载荷相同的变化趋势。 (8)对比组合式吸液芯和三角沟槽吸液芯的热管，虽然在相同加热功率下前者的管壁平均温度要高于后者，但是组合式吸液芯热管不受工作倾角的限制，当量导热系数也大于三角沟槽吸液芯热管，这些特点对于碟式太阳能发电系统是十分重要的，所以综合而言，组合式吸液芯热管的传热性能是优于三角沟槽吸液芯热管的。通过以上的理论分析、数值模拟和试验研究，证实所开发的组合式吸液芯的综合性能要优于三角沟槽吸液芯，组合式吸液芯热管可用于碟式太阳能接收器的应用中。同时也为设计高性能的热管吸液芯提供了理论和试验依据，具有一定的参考价值。收起

关键词 : 组合式吸液芯金属纤维毡高温热管传热性能交变热流

8. 多孔介质/液钠体系热流固耦合机理及流动传热特性研究

[学位论文] 沈妍南京工业大学 2014年博士导师: 张红共150页

摘要 : 本文以用于碟式太阳能热发电系统热管接收器的金属纤维毡多孔介质吸液芯高温热管为研究对象，通过对多孔介质/液钠体系流动传热特性进行数值模拟，得到了多孔介质/液钠体系的流动传热特性和热流固耦合机理，进而对金属纤维毡多孔介质进行结构优化;并将... 展开本文以用于碟式太阳能热发电系统热管接收器的金属纤维毡多孔介质吸液芯高温热管为研究对象，通过对多孔介质/液钠体系流动传热特性进行数值模拟，得到了多孔介质/液钠体系的流动传热特性和热流固耦合机理，进而对金属纤维毡多孔介质进行结构优化;并将优化的金属纤维毡结构应用于高温热管，进一步研究其非稳态条件下的传热特性，取得了一系列研究成果。本文主要研究内容及结论如下: 第一，针对多孔介质/液钠体系建立了物理、数学模型，对液钠在金属纤维毡多孔介质内的流动传热特性进行数值模拟。通过Darcy定律和Forchheimer定律得到了渗透率，并用模型界面传热系数与公式计算值相比验证了模型的可靠性，进而得到了多孔介质/液钠体系的流动传热特性。第二，模拟研究了多孔介质/液钠体系的热流固耦合机理。发现了液钠流动时多孔介质存在明显的变形，并获得了骨架变形机理:当速度随着时间线性或非线性变化时，顶端位移量也发生线性或非线性变化;起始速度决定变化的起始位移量，速度变化的斜率和时间指数影响位移量的变化速率。第三，研究了液钠在金属纤维毡多孔介质内的流动传热特性及其性能优化。数值模拟了液钠在环形多孔介质中充分发展的对流传热特性，考虑了金属纤维毡压紧变形导致孔隙率和渗透率变化的影响;同时，对不同压紧厚度下金属纤维毡进行水力性能试验，验证模拟结论，得到了最佳压紧厚度，为高温热管的设计和优化奠定基础。综合考虑其流动传热特性和抽吸量的影响，得到本研究范围内金属纤维毡(Bekipor(R) WB08/300)的最佳厚度为2～3mm，即对应的孔隙率为97.9％～98.5％，渗透率为7.57×10-10～1.51×10-9m2，使得在较小的流动阻力下提供较大毛细抽力、工质存储量和传热特性，从而优化多孔介质/液钠体系的流动传热特性。第四，研究了组合式吸液芯高温热管的传热特性。将最佳压紧厚度应用于高温热管中，对组合式吸液芯高温热管的热阻和传热极限进行理论分析，提出了组合式吸液芯高温热管的热阻模型，并进行了试验验证;理论分析组合式吸液芯高温热管的传热极限，并考虑了金属纤维毡孔隙率的影响。结果表明:组合式吸液芯高温热管的主要热阻是管壁热阻，蒸汽热阻和金属纤维毡热阻;组合式吸液芯热管设计时需重点考虑声速极限和毛细极限;金属纤维毡的孔隙率为50％～96％变化时，孔隙率越大，热管热阻越小，毛细极限也越高。本研究的组合式吸液芯中采用了孔隙率为96％的金属纤维毡，具有较小的热阻和较大的毛细极限。第五，对三角沟槽吸液芯高温热管建立数值模型，预测高温热管的最大传输功率，并进行试验验证。对金属纤维毡吸液芯高温热管建立瞬态网络模型模拟热管的瞬态性能，计算值与试验、文献结果吻合较好，并分析结构参数对热管性能的影响。结果表明在本计算范围内热阻随着输入功率、管壁导热系数和吸液芯导热系数、管壁厚度的增大而减小，但随着吸液芯厚度、冷凝段长度的增大而增大。第六，搭建了高温热管传热性能试验台，模拟太阳能热利用中随系统冷却条件、聚光条件和天气条件等因素变化的变热流情况，对三角沟槽、金属纤维毡和组合式吸液芯高温热管进行了非稳态传热性能试验，得到变工况条件下高温热管的传热性能，分析了吸液芯类型和加热工况对其传热性能的影响。结果表明:组合式吸液芯热管在不同倾角下温差减小速率均比其他热管小，且受到不同扰动时间的影响较小;在低变功率工况下，倾角对组合式吸液芯热管的性能影响规律与三角沟槽吸液芯热管相近，说明在低变功率工况下，组合式吸液芯中三角沟槽起主要作用;高变功率工况运行时，倾角对组合式吸液芯热管的性能影响规律与金属纤维毡吸液芯热管相近，说明此时组合式吸液芯中的金属纤维毡起主要作用。总体而言，在变工况下组合式吸液芯高温热管的传热性能较三角沟槽或金属纤维毡吸液芯高温热管的传热性能更优。第七，组合式吸液芯高温热管和三角沟槽吸液芯高温热管均能在空冷情况下启动后，冷却条件变为水冷，流量为18L/h的变工况条件下稳定运行。三角沟槽吸液芯高温热管分别在冷却条件、周期性加热工况和短时间功率扰动变工况下进行非稳态传热性能试验研究，其输入功率的变化周期为2～6mins，最小输入功率760W，最大输入功率3800W，变化幅度为3040W时，性能稳定，运行良好。三种高温热管均能在45°和85°倾角短时间高低变热流密度下稳定运行。本文研究结果为多孔介质内流动传热的理论研究和热管技术在太阳能热发电工程的实际应用提供了理论和应用依据。收起

关键词 : 太阳能热发电系统多孔介质液钠体系热流固耦合机理流动传热特性

9. 信息技术环境下ARCS动机模型在初中数学教学中的应用研究

[学位论文] 袁慧敏华南师范大学 2010年硕士导师: 张红共146页

摘要 : 数学学习不仅是数学认知活动，也是数学情感、态度价值观的相伴过程。事实上，人的发展既包括认知上的发展，也包括情感、意志、价值观等的全面发展。通过对智力和数学学习动机与学生数学成绩相关性的调查研究发现：作为一种非智力因素，动机虽然并不... 展开数学学习不仅是数学认知活动，也是数学情感、态度价值观的相伴过程。事实上，人的发展既包括认知上的发展，也包括情感、意志、价值观等的全面发展。通过对智力和数学学习动机与学生数学成绩相关性的调查研究发现：作为一种非智力因素，动机虽然并不直接决定个体的学业成就水平，但是通过它影响了学生的学习兴趣、学习态度、努力程度和任务坚持性等方面，间接地影响着数学学习的效果。因此教师应该理解动机原理并把其运用到日常的教学设计中，以便在课堂教学中调动学生的学习积极性、激发持久的学习动机，提高学生学习的绩效。目前，在课堂教学课件开发中，人机交互、协作学习、超媒体信息布构等方面受到普遍重视，然而对动机策略设计则重视不足。很多人似乎理所当然地认为仅凭多媒体本身的海量信息资源、高速检索、非线性跳转以及同步和异步的交互等新颖特点就能吸引学生、激发学习动机。其实，多媒体本身所激起的兴趣和好奇并不持久，当学生对信息技术环境习以为常后，信息技术本身所激发的动机即不复存在；而且这些兴趣和好奇有时并不指向学习任务，一旦发生这种情况，信息技术吸引力反而令学生分心而成为学习的干扰，如果学生的学习内驱力和自制力不足，就无法有效维持学习活动，学习任务就无法完成。本研究的目的是依据ARCS动机模型理论，设计信息技术环境下能够激发和保持中学数学学习动机的教学策略，使学生能够产生学习数学的内因性动机，促进初中数学课程教学目标的实现，从而提高学生数学学习的绩效。本研究分为四个阶段进行：研究准备阶段、理论研究阶段、行动研究阶段、评价分析阶段。在研究准备阶段，运用内容分析法、文献研究法、问卷调查法分析智力、数学学习学习动机、数学学习成绩的相关性，了解国内外对ARCS动机模型的研究现状。在理论研究阶段，采用文献研究法，分析各种动机理论的观点以及归纳信息技术环境下基于ARCS动机模型的教学策略。在行动研究阶段，主要采用行动研究法和评价研究法，以广州市第七十六中学初三(3)和初一(1)班学生为主要研究对象，结合海珠区教育科学“十一五”规划课题“信息技术环境下ARCS动机模型在初中数学教学中的应用研究”对理论研究阶段提出的教学策略的有效性进行验证，修改与完善教学设计方案。在评价分析阶段，运用评价研究法和访谈的形式，定性综合分析基于ARCS动机模型设计的教学策略的科学性、操作性和有效性。研究表明：选择ARCS动机模型作为理论基础并与现代信息技术相整合，针对普通中学的学生数学学习现状及面临的问题，将ARCS动机模型融入到课内、课外教学之中，能够激发和维持学生数学学习动机从而提高学生数学学习绩效。信息技术与ARCS动机模型的科学整合，将会更好地创设有利于促进学生积极学习的良好氛围且唤醒学生的自主发展意识，使学生“会学数学”和“喜欢数学”并在数学学习中获得成功。收起

关键词 : ARCS动机模型信息技术中学数学教学

10. 电炉炼钢非稳态高温高含尘烟气热利用研究

[学位论文] 杨峻南京工业大学 2011年博士导师: 张红共143页

摘要 : 在冶金电炉炼钢过程中，产生近1000℃的非稳态高温烟气，其热量均未得到充分有效的利用，通常采用循环水激冷或风冷来降低烟气温度，在此不仅热量没有得到回收，浪费了大量的高品位能源，而且消耗电力和水资源，造成极大的能源和资源的浪费。对于这部... 展开在冶金电炉炼钢过程中，产生近1000℃的非稳态高温烟气，其热量均未得到充分有效的利用，通常采用循环水激冷或风冷来降低烟气温度，在此不仅热量没有得到回收，浪费了大量的高品位能源，而且消耗电力和水资源，造成极大的能源和资源的浪费。对于这部分热量的回收，主要难点在于:第一，烟气温度高，最高时达1000℃以上;第二，烟气温度交变幅度大，平均每35～50分钟冶炼一炉钢，其温度在常温到1000℃之间频繁波动;每炉钢产生的烟气量也随冶炼期而波动，呈现出强周期性变化;第三，烟气中粉尘含量高。要充分回收这部分热量，需要解决在非稳态条件下的高温、高含尘、灰堵以及热回收装备与系统的安全等关键技术问题。针对电炉冶炼烟气的特性，本文基于多单元蓄热式烟气非稳态性特性的研究、强化传热的场协同分析、热力学的(炯)分析、有限元强度结构应力分析以及系统及关键装备的安全性研究等，并将研究成果应用于一套100吨电炉冶炼高温余热回收系统工程，安全、高效、经济地回收1000℃以上的非稳态高温、高含尘烟气余热，通过系统转化为连续稳定的蒸汽输出，达到余热回收与梯级利用的目的，具有显著的经济与社会效益。主要研究内容及创新成果如下: 1)针对电炉炼钢第四孔非稳态高温、高含尘烟气热回收的技术难点，提出了设置多单元大格孔蓄热式的二次燃烧沉降室，减缓烟气温度的波动，沉降烟气中的大颗粒灰分;采用强化传热的场协同分析方法，提出了关键装备的模块组合并实现可调，提高热利用率;采用有限元分析法对其结构应力开展分析，提出了应对电炉冶炼烟气特性关键装备结构的安全形式。创新性地开发了适合工程化应用的非稳态高温、高含尘烟气余热回收的双压、双蓄热系统。 2)采用在线检测与光谱分析方法，对电炉冶炼烟气特性进行研究，得到了电炉冶炼过程中由第四孔排出的烟气量，随其冶炼期的不同，烟气量变化大，在相同冶炼期，烟气量的大小还与冶炼工艺中铁水的兑入量、吹氧量等密切相关;烟气成分中含有CO，其含量随冶炼期的不同而变化;烟气中粉尘含量高，吨钢产尘量约15～20kg，其中Fe2O3和ZnO的含量占50％以上;灰分颗粒的粒径分布在0.1μm～100μm之间;烟气温度在冶炼各期变化大，呈现出在100℃～200℃到800℃之间频繁交变状态。 3)针对烟气温度的强周期性变化，提出大格孔蜂窝蓄热式二次燃烧沉降室，采用多单元蓄热体结构形式，减小烟气的温差，减缓烟气温度的波动;建立蓄热式二次燃烧沉降室传热模型，提出了离散型计算模型，推导并通过编程计算，得到高温烟气分别在1000℃～200℃、900℃～200℃、800℃～200℃、700℃～200℃、600℃～200℃的5个温度段间，流经三种截面3×3m2、5×3m2、6×4m2蓄热室前后的温度差以及与未经蓄热的烟气温差做相应的对比，得到:流经3×3m2截面蓄热室后的烟气温差与原温差比减小50％以上，烟气流经蓄热室，随蓄热室截面的增大，烟气温差减小。 4)采用场协同分析法，结合热管的特性，分别推导得出了热管加热段和冷凝段的温差场均匀性因子并展开分析，得到通过改变换热单元的迎风截面积，提高各单元模块的工况流速，进而提高Re数、Nu数，并且验证了温差场均匀性因子也随之增大，表明协同性能愈好。针对烟气的高含尘，提出烟气在垂直方向流动，烟气与热管表面的对流与导热方向和烟气流动方向一致，是一种好的协同形式，而对工业用热管，其内部工质要依靠重力回流，则必须有一定的倾角才能满足其工作，因此，该倾角必须是一个满足重力热管工作运行的最小倾角，也是在此流场、温度场中传热的最佳协同角。 5)采用(火用)分析法，对电炉炼钢余热回收系统进行分析，建立余热回收系统模型，推导了本系统中单元模块内传热元件热管传热过程的（炯）损失，得到了由热管组成的蒸发器、省煤器的换热设备传热过程的（炯）损失，利用该方法进行综合分析，比较了产汽压力分别为4.3MPa和2.3MPa的系统中各设备的炯效率，得到适当提高产汽压力，可提高系统的（炯）效率;随着烟气进口温度的升高，蒸发器的（炯）效率降低，利用这一特性，针对本系统研究的高温烟气的波动性，所提出的将二次燃烧沉降室改造成蓄热式二次燃烧沉降室，适当降低高温烟气的峰值温度，可达到烟气温度趋于稳定，并且提高了换热设备的（炯）效率。 6)采用有限元分析法，对高温处的管排进行应力分析，得到应力最大位置在联箱管与套管相交部位且小于规定的许用应力强度，设备结构安全。结合热管蒸发器、径向热管省煤器的结构与传热原理与计算方法，对高温处中压热管蒸发器每排的热管管壁温度和每支热管的传热量及其极限传热量计算，并用曲线描述对比，每支热管的传热量均在热管的极限传热量以下，热管运行安全。 7)实现了工程化应用，通过对100t电炉余热回收系统工程的应用，建立满足工程化要求的热回收系统与关键装备，所回收余热满足后续工艺中VD炉所需蒸汽用量要求。一座100吨电炉第四孔烟气所回收余热可达到年节约18317.44tce，节能效果显著。收起

关键词 : 电炉炼钢场协同分析热管蒸发器余热回收多单元蓄热式烟气非稳态性特性