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[硕士论文] 高健
土木工程;供热、供燃气、通风及空调工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国绿色发展的不断深化,燃气作为一种兼具环保和能源高效的绿色燃料被广泛的在人们生活和工作中使用,伴随着燃气的广泛普及的同时,燃气的泄漏事故也越来越频繁。燃气一旦泄漏,其易燃易爆且有毒的性质将会造成较大的经济和人员的伤亡,所以需要建立一种可以及时预测和评估燃气泄漏扩散的GIS系统。
  高斯扩散模型由于具有物理概念清晰、实验基础雄厚、计算速度快等优点是目前模拟燃气泄漏扩散浓度分布情况,采用最广也是最受欢迎的气体扩散模型之一,但是该模型是基于稳定风场,而实际情况下风场是随时都有可能发生变化的,对于中小尺度的危险气体扩散来说,扩散区域内气象条件对扩散结果的影响是很大的。
  基于桌面端燃气泄漏扩散GIS系统的开发平台存在着如平台昂贵、需自行搭建地图、本地数据库占用空间大等不足,而WEBGIS可以克服这些缺点。
  本文将通过对经典高斯扩散模型进行修正、验证模型、集成高斯扩散模型和百度地图API、实例分析四个方面进行研究。
  一、介绍燃气泄漏扩散理论模型,在高斯扩散模型的基础上,通过引入时间分段处理和坐标系变化的数学方法来建立适用于变化风场下的燃气泄漏扩散模型。
  二、通过matlab软件和CFD软件对改进模型进行正确性验证,前者与理论模型在相同恒定风场条件下进行模拟,比较两种模型下扩散后的云长、云宽、扩散距离、轴线燃气浓度分布,后者与理论模型在相同变风场条件下进行模拟,并比较两者燃气扩散云图,从而验证改进模型的正确性。
  三、介绍编程语言易语言、Javascript、Html5和Web前端库百度地图API,通过以易语言为开发框架,利用高斯扩散模型计算出空间点的浓度值,把结果输出为js库以及生成Html5文档,通过易语言WEB浏览器控件读取生成的Html5文档,并通过DOM操作Html5载入.js库调用百度地图API的图形类库在地图上生成泄漏扩散云图和等值线图。从而建立可以及时评估燃气泄漏扩散气云的WebGis系统。
  四、通过建立的燃气泄漏扩散WebGis系统在变化风场和恒定风场两种情况进行模拟,并比较结果,说明变化风场的改进模型更接近于实际燃气扩散规律。
  本文有两个创新点,①建立适合于变化风场的燃气泄漏扩散模型;②建立集成燃气泄漏理论模型和百度地图API的WebGis系统,这些研究将有助于更准确、更及时的预测和评估燃气泄漏后形成的气云。
[硕士论文] 杨娟
土木工程;市政工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:腐殖酸(Humic Acids,HAs)是天然水源中主要的有害大分子有机物、是形成氯消毒副产物的主要前驱物质,也是产生膜污染的主要物质之一,高HAs含量的饮用源水需在预处理单元进行有效处理以保障净水水质。微波高级氧化技术与陶瓷微滤膜耦合处理饮用源水,既能促进有机大分子物质降解,提高陶瓷膜出水水质,又能有效延缓膜通量衰减,延长运行周期。然而,微波高级氧化技术对HAs的降解效率(UV254去除率)以及协同陶瓷膜处理天然源水的效果有待验证。首先通过静态实验验证了微波高级氧化技术对有机污染物的降解效率;进而采用动态小试连续流系统探究该技术对天然源水的净化作用;最后构建中试微波-陶瓷微滤膜耦合工艺系统模拟饮用水处理,从膜通量、膜的运行周期及出水水质三方面评估微波技术联合陶瓷微滤膜处理天然源水的协同效应,研究结论如下:
  (1)微波-氧化剂-活性炭协同作用体系(基于过硫酸钾氧化体系)显著提升UV254的去除率。氧化剂(过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸氢钾复合盐)与微波联用均有效提升了UV254去除率,其中,基于过硫酸钾(PS)的氧化剂协同作用体系显著优于其他氧化体系。活性炭作为催化剂,能够显著提升微波-过硫酸钾体系降解腐殖酸的效率,投加量为50g/L时,UV254的去除率74%。此外,该协同作用体系对UV254去除率遵循一级反应动力学方程,表观反应速率常数达到0.0164s-1。
  (2)动态小试连续流系统(MW-PS-GAC体系)处理天然源水(5mg/L,HAs)效果显著。响应曲面法模拟结果显示,CODMn和叶绿素a去除效果影响因子排序为:水力停留时间>微波功率>过硫酸钾浓度,而UV254去除效果影响排序为:水力停留时间>过硫酸钾浓度>微波功率;复合作用影响大小顺序为:微波功率+过硫酸钾浓度>水力停留时间+微波功率>水力停留时间+过硫酸钾浓度。基于响应曲面法模拟,实验验证最终确定微波过硫酸钾高级氧化技术的最优条件为:HRT6min、功率1kW、K282O8浓度0.8mmol/L。
  (3)微波预处理技术耦合陶瓷膜过滤技术模拟饮用水处理,有效缓解膜通量衰减、延长膜的运行周期和提高出水水质。基于静态实验与小试连续流实验探索结果,进一步模拟饮用水处理,微波预处理显著提高陶瓷膜通量,延长陶瓷膜的运行周期(55%);同时在UV254去除率、有机污染物降解率和病原微生物去除率等多方面有效提升出水水质。
  综上,本研究为微波高级氧化技术作为饮用源水预处理提供潜在的研究思路。
[硕士论文] 何梦男
水利工程;水利水电工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:城市化的快速发展使得城市不透水下垫面急剧增多,导致地表径流量和径流系数增加、城市洪涝问题日益突出,制定合理的洪涝灾害应急疏散预案对于保障人民群众的生命财产安全具有重要的现实意义。传统的洪水灾害应急疏散主要采取演练的方式来提高人们的应急疏散意识,相较于演练方式,建立洪水应急疏散模型能够对疏散过程进行科学的量化表达,已成为应急疏散研究的重点。目前的洪水应急疏散研究大多是通过宏观概化模型来制定和优化最短疏散路径,往往缺乏对人的合理疏散行为的考虑,导致相关路径规划算法存在效率低、视野局限等问题。基于元胞自动机的疏散模型,能够从微观的角度上通过适当的规则演绎人的合理疏散行为规律,从而为城市防洪减灾应急预案提供参考和指导,对于提高洪涝灾害应急疏散能力具有重要意义。
  本研究基于元胞自动机理论建立了洪水灾害应急疏散模型,在进行静态障碍全局最短路径算法优化的研究基础上,开发了面向洪水过程的动态路径优化算法,实现了单人疏散向人群疏散的拓展,并对洪水应急疏散过程进行仿真模拟。论文主要研究内容与结论如下:
  (1)基于元胞自动机的全局最短疏散路径算法优化。通过构建静态障碍分布下的绕行距离场,设置最小绕行规则,提出了一种基于元胞自动机的全局最短路径优化算法(GSPCA),并提出了适用于平原城市的GSPCA2D模式算法和适用于山地丘陵城市的GSPCA3D模式算法。与启发式搜索算法(A*算法)相比可避免出现贴壁绕行现象,时间步数平均减少11.09%,路径长度平均缩短12.39%(GSPCA_2D)、16.82%(GSPCA_3D),求解效率更高,搜索的路径更优。
  (2)洪水过程疏散路径动态优化模型。通过构建洪水过程中的绕行距离场,设置考虑初始预判时间的动态最小绕行规则,提出了一种基于元胞自动机的洪水过程疏散路径动态优化算法(FPPCA),该优化算法可以结合洪水过程,快速而精确地求解不同地理位置的最佳疏散时间范围,并动态优化更安全的最短疏散路径。
  (3)洪水过程人群疏散模型。通过设计人群状态,考虑人群间竞争关系,实现了FPPCA单人疏散算法向洪水过程人群疏散算法的拓展。该算法不仅可以模拟疏散过程中发生拥堵的地点、时间以及通行量较大的路线,还可以模拟突发洪水情况下可能受困位置以及估算洪水应急疏散的最少用时。
[硕士论文] 吴璐瑶
安全科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着天然气管道工业的发展,天然气用户越来越多。天然气在输送过程中会引起天然气泄漏。天然气泄漏不仅会导致能源物料流失,造成巨大的经济损失,还会引起火灾、爆炸、中毒、伤亡等恶性事故,严重威胁着人民生命财产的安全。因此,进行天然气管道泄漏预警技术研究,对管道输送安全运营和保障人民生命财产安全意义重大。
  本文基于流体力学、热力学、计算数学和计算机技术、预警技术等,对天然气管道发生泄漏后的扩散规律及预警方法进行研究。首先,分析了国内外在气体泄漏、扩散和预警技术方面的研究现状,对天然气管道泄漏量、紊动射流理论进行分析,推导了气体流动的基本控制方程;其次,根据流体力学和热力学基本理论,建立了开放空间中天然气管道泄漏后在大气中扩散数学模型,应用有限元方法对模型的偏微分方程组进行离散求解;接着用计算流体力学仿真软件FLUENT中的GAMBIT模块建立了天然气管道泄漏扩散的物理模型,绘制了二维网格,确定相应边界条件;然后用FLUENT模拟不同时间、不同管道压力、不同泄漏方式的泄漏扩散状况,分析不同因素对天然气泄漏扩散的影响;通过TDLAS实验系统进行天然气泄漏检测实验,将实验结果与数值模拟结果进行比较,得出实验结果与模拟结果在允许误差范围之内,证明了FLUENT数值模拟的正确性;最后,在数值模拟所得到的浓度分布规律的基础上,提出天然气泄漏预警措施。
  天然气管道泄漏数值模拟研究结果和所提出的预警装置设置方法对天然气管道的安全运营和维护有一定的指导意义和参考价值。
[硕士论文] 李娅
土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:综合管廊是将各种地下管线置于同一个空间内,方便各种管线的排布、运营和检修[1]。根据十三五规划,现在我国各城市都在兴建综合管廊工程,而基坑开挖是综合管廊建设的第一步,也是极其关键的一个施工步序。对于沿海软土地区,保证基坑开挖安全对整个综合管廊施工至关重要。本文主要针对沿海地区综合管廊基坑工程施工技术进行研究。对于沿海地区基坑施工关键技术主要有软土地基处理技术,基坑支护开挖技术以及基坑开挖过程中降排水技术。并以钻孔灌注桩为例,对基坑支护结构进行内力和变形计算,运用有限元软件进行基坑支护开挖过程模拟,将理论计算结果和模拟结果进行对比分析,从而验证了基坑支护设计方案的正确性,为其他类似工程提供借鉴和参考。
  本文主要研究的内容如下:
  (1)沿海软土地区地基处理常用的技术方法,如挖除换填法、深层搅拌桩法、高压旋喷桩、注浆法等[2];沿海软土地区基坑施工常用的支护技术,如钢板桩支护、钻孔灌注桩支护、锚杆喷射混凝土等[3];沿海富水地区基坑施工降排水技术的研究;
  (2)基坑支护结构设计常用方法、土压力计算理论及基坑的稳定性验算等;
  (3)本工程基坑施工的关键技术部分,如钻孔灌注桩施工、软土地基处理、止水帷幕施工等;
  (4)最后以钻孔灌注桩支护为例,运用基坑支护结构专用软件对钻孔灌注桩支护结构内力、位移、整体稳定性、坑底隆起等进行计算,并对基坑开挖过程及换撑过程进行有限元模拟,将理论计算结果(如水平位移、竖向位移及基坑稳定系数)与模拟结果进行对比分析,通过对比分析,发现两者数据比较吻合,从而得出本工程钻孔灌注桩支护方案的正确性。
[硕士论文] 魏晨
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:山地城市地形落差较大,地表雨水径流的流速大,流量峰值出现早,对地表上富集的污染物具有明显的冲刷效应。而重庆市作为长江上游的典型山地城市,集大城市、大库区、大山区于一体,对于初期雨水处理的研究具有重要价值。本文主要研究对初期雨水的弃流和净化,以期为山地城市雨污建设和管理提供技术参考和理论依据。
  通过对道路和屋面雨水的采集和分析,初步了解雨水水质的污染状况和变化规律;考察不同的弃流装置、不同设计弃流量对雨水的弃流效果;研究了石英砂过滤器、碟片过滤器两种过滤装置对雨水的净化效果,并对其流速的衰减和反洗流速恢复进行对比分析。通过组合式生物浮岛雨水净化小试试验,研究不同浮岛植物的生长适应性、对雨水的净化效果,考察了不同填料的同期挂膜量、雨水净化效果。主要研究结果如下:
  (1)CODCr最佳弃流量为4mm;SS、浊度、色度最佳弃流量为2mm;本地区屋面径流中TN、TP含量较低,如回用水量不足,可考虑不对其采用初期弃流。
  (2)石英砂过滤器对TN、TP有较好去除效果,碟片过滤器对TN去除效果较差。
  (3)流速越大时,石英砂过滤器对SS去除效果越差,对TN和TP的去除效果越好,而碟片过滤器随流速增大SS、TP及CODCr去除效果则呈现先增加后减小趋势。碟片过滤器对SS、TP及CODCr的最佳流速分别为9L/min、9L/min和5-10L/min。
  (4)从植物叶片的增长量和增长繁殖能力来考虑,黄菖蒲、德国鸢尾、水竹和金鱼藻为优势种群。
  (5)黄菖蒲对TN的去除效果最好,对TN的去除率可达到95.3%;水竹对TP的去除效果最好,对TP的去除效果可到达90.4%;美人蕉对COD的去除效果较好,对COD的去除效果可到达806%。
  (6)组合填料在相同培养周期下挂膜量最高,单位质量污泥量达到最大,约为068g/g。组合填料对于COD、总氮的去除效果较好,对总磷的去除效果不明显;对COD去除率可达到648%,总氮去除率可达86.67%。
[硕士论文] 任萍萍
土木工程;市政工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:作为生物滞留系统的重要组成部分,植物在系统运行生命周期中具有多重作用。植物种类不仅影响系统水力性能与污染物控制功能,还将直接影响其对系统脱氮效能的贡献程度,但目前对于植物是否影响系统中氮素迁移转化过程尚不清晰,对于不同植物系统的脱氮功能差异性的原因还存在较大未知空间。因此,基于重庆市降雨特性,论文针对山地城市道路雨水径流特征,开展雨水生物滞留系统植物筛选及氮素迁移特性研究,以期为雨水生物滞留系统的植物选择与除氮特性的设计优化提供理论基础,试图为实现海绵城市建设目标提供技术支撑。
  研究参考重庆绿化部门常用植物并结合市场调查,选取10种本地植物构建雨水生物滞留系统。通过对系统水文特性(即渗透系数、蒸发量)与污染物去除效果的考察,并进行显著性检验,利用层次分析法对不同植物系统进行综合评估,筛选出最佳植物;通过对土壤与植物中氮素累积量以及土壤微生物多样性的检测,明确系统中植物对氮素的贡献情况,并探明雨水生物滞留系统中氮素迁移转化过程及归趋。研究得到如下主要结论:
  (1)渗透系数受气温、植被的存在、植物类型和植被性状的影响,植被能显著提高系统的渗透性能;草坪植物由于其以草皮铺种的方式栽种,在滤柱表面易形成堵塞层,降低土壤渗透速率。若植物的地下性状较地上或整株性状更大,且地下根系干重、总根长、根深和相对地下生长率越高,则系统的渗透系数就越低。不同植物系统的蒸发蒸腾性能具有一定差异,其中,美人蕉(Canna indica)最强,纸莎草(Cyperus papyrus)最弱。
  (2)不同植物对悬浮总固体(TSS)的去除无显著差异,但芦竹(Arundo donax)的去除效果最稳定,同时植物栽种并不能较大程度提高系统对TSS的去除效果;不同植物对COD的去除效果差异显著,但均高于无植物系统,其中,风车草(Cl inopodiumurticilium)对COD的去除能力最强,去除率中位数达70.36%;
  植物对系统除氮性能影响显著。其中,植物的存在可显著提高系统对NH4+-N的去除率,但植物间的NH4+-N去除效果并无显著差异,除无植物组外,其余滤柱对NH4+-N的去除效率中位数为81.06%。系统对NO3--N去除效果不稳定,容易由于植物根系衰亡和微生物死亡导致系统发生氮素淋湿,造成出水NO3--N浓度升高;其中,风车草系统的NO3--N去除效果最好,去除率中位数为74.48%,无植被组的NO3--N去除效果最差,去除率中位数仅为57.00%。植物系统具有较高的TN去除效果,去除效率中位数为74.09%,其中,风车草系统对TN去除效果最好,去除率中位数为77.82%,无植被组的TN去除效果最差,去除率中位数仅为67.41%。
  植物对系统除磷性能无显著影响,植物间差异性不显著。其中,鸢尾(Iris tectorum Maxim)系统对TP去除效果最好,去除率中位数为87.19%,而细叶芒(Miscanthus sinensis)系统的去除效果最差,去除率中位数为80.32%;
  利用层次分析法,综合植物水力性能与除污性能,确定植物综合排序为:风车草(Clinopodiumurticifolium)>美人蕉(Canna indica)>鸢尾(Iris tectorum Maxim)>梭鱼草(Pontederia cordata)>香根草(Vetiveria zizanioides)>千屈菜(Lythum salicaria)>芦竹(Arundo donax)>细叶芒(Miscanthus sinensis)>狗牙根(Cynodon dactylon)>紫莎草(Cyperus papyrus)>无植物。
  (3)氮素在植物不同部位累积情况显著不同。其中,氮素在植物的茎中累积量(即全氮含量)最高,根中累积不明显,而叶片中的累积量呈下降趋势,主要是由于植物的呼吸作用消耗叶片中的养分,造成氮素的耗损。在所有研究植物中,根中全氮累积量中位数0.215g/kg,茎中全氮累积量中位数1.885g/kg,叶中全氮累积量中位数-1.52g/kg。
  (4)土壤氮素会随雨水下渗发生迁移,并在下次降雨前产生71.71%的氮素累积;且发生在种植层土壤。植物对土壤中氮素影响显著,特别是植物根系的衰亡以及微生物死亡,直接导致种植层氮素升高。
  (5)系统中总微生物群落多样性丰富,且水动力对微生物群落影响显著,进水后系统中氨氧化细菌明显高于进水前,植物的存在会影响系统中氨化细菌的群落种类,种植层的优势菌属为鞘氨醇单胞菌属(sphingomonas),淹没层的优势菌属为甲苯单胞菌属(Tolumonas);系统中反硝化细菌群落丰富,风车草系统和无植物系统间微生物群落存在显著差异,风车草系统的微生物群落中优势菌种为脱氯单胞菌属(Dechloromonas),进水对种植层的群落种类影响较大,且种植层和淹没层由于好氧、缺氧环境的不同,造成微生物群落的种类差异明显。
  本研究受重庆市研究生创新项目、重庆市基础前沿、重庆市留创项目、国家自然科学基金等项目的资助。
[硕士论文] 师博颖
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:饮用水安全直接关系到公众健康,关系到经济社会的可持续发展,是水生态文明建设的关键组成部分。随着社会经济高速发展,水环境污染问题日益严重,威胁到河湖水源地水质安全和水生态健康,部分水源地存在水质不达标、岸线布局不合理、突发水污染事件频发等突出问题。因此,构建饮用水源地健康评估方法,分析水源地潜在环境风险,提出水源地优化布设与管控措施,对于保障水源地供水安全、降低突发水污染事件不利影响具有重要意义。
  目前国内外学者对水源地健康现状评估、潜在环境风险评价和突发水环境污染的致因及风险评估体系取得了一定的研究进展,但水源地健康现状评价大多基于水源地常规水质安全评价,忽视了新型污染物的不利影响,未综合考虑水源地水生态健康现状;未提出高强度岸线开发利用背景下水源地潜在环境风险评价方法,风险等级较高的水源地优化布设技术有待提升;突发风险模拟评估体系在事故过程的预判性及其对处置结果的后续影响兼顾性方面仍存在提升空间。
  本研究在收集分析长江江苏段自然环境、社会经济、岸线利用及27个集中式饮用水源地水质历史数据的基础上,评估了水源地水质安全和水生态健康现状,构建了水源地健康评价综合指标体系,根据评估结果筛选得到了健康状况相对较差、需要进行优化布设的水源地名录;根据水源地保护区上下游风险源调查结果,通过构建水源地风险评价体系,划分水源地风险等级,基于绘制的水源地风险等值分布图提出污染源调整和水源地优化布设措施;通过构建水动力水质模型开展情景模拟,分析突发污染事件下水源地生态风险变化过程和应急管理措施,为水源地安全保障和备用水源地建设提供技术支持。
  本研究的主要结论包括:
  (1)水源地常规水质普遍达到Ⅲ类水标准,关键指标为COD和铁;痕量高风险污染物指标低于国家标准限值;新型污染物中,典型抗生素生态风险均值<0.01,典型雌激素活性均值为0.91±1.71ng EEQ L-1,水源地雌激素活性普遍较低,个别水源地雌激素活性较高;相较物种多样性,生物完整性(BI)指数评价结果更为可靠,水源地水生态健康等级为良好;夹江水源地、黄港水源地、二墩港水源地、魏村水源地、小湾水源地为亚健康,需进行优化布设。
  (2)燕子矶水源地、龙潭水源地、西石桥水源地、长青沙水源地存在较高的环境风险;燕子矶水源地、龙潭水源地和西石桥水源地上下游的关键污染源需进行调整,夹江水源地、黄港水源地、魏村水源地和长青沙水源地需进行水源地迁移,二墩港水源地和小湾水源地需分别合并至蟛蜞港水源地和肖山水源地。
  (3)基于水动力水质模型,模拟了不同情景下污染源瞬时和持续污染泄漏,得到水源地污染浓度和生态风险商值变化曲线,经分析初步得到了突发污染带的迁移过程、扩散范围及其对水源地的生态风险、影响程度,可根据模拟结果指导突发水污染事故下沿江各水源地的应急管控措施。
[硕士论文] 黄保国
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:给水管网生物膜不仅为致病菌和寄生虫提供了栖息地,也会引起管道腐蚀,造成主体水水质恶化,严重威胁供水水质安全。目前,有关研究着重于关注给水管网环境条件对生物膜形成的影响,忽视水力条件的关键作用,其中水动力条件如何调控主体水水质和生物膜种群结构的机理尚不清晰。本文尝试解析不同流速条件下管壁生物膜种群结构和主体水的水质状况,构建生物膜种群结构和主体水水质的相互关系,以期给水管网的优化运行提供科学依据和理论支撑。
  首先,本文研究了不同恒定流速条件下给水管网水质和生物膜形成状况。结果表明,流速显著影响主体水水质,在流速为0.5m/s时,综合水质为最差,浊度(0.47±0.06NTU),TOC(5.26±0.17mg/L),主体水细菌总数(4.79±0.02log cell/ml)和生物膜细菌总数(5.48±0.06log cell/cm2)均达到最大,而余氯浓度值(0.28±0.02mg/L)达到最小;不同流速下,生物膜细菌总数与TOC(R=0.94,P<0.001)和主体水细菌总数(R=0.92,P<0.001)成正相关,与余氯(R=-0.68,P<0.05)成负相关。
  其次,研究了水流波动模式对水质和生物膜形成的影响。结果表明,流速波动模式显著影响主体水水质,降低流速波动幅度和增大波动频率降低水质;在流速波动幅度较小时生物膜细菌量最多(4.61±0.04log cell/cm2);不同流速波动条件下,生物膜细菌总数仅与主体水水质中的TOC(R=0.71,P<0.05)成正相关。
  最后,研究了不同水流工况下生物膜种群结构及其与水质的相互关系。结果表明,当模拟管道水流处于0.5m/s恒定流速下,管壁生物膜多样性水平最低;增大波动频率,生物膜种群结构呈现较高的多样性;在不同的水流流速变化模式下,生物膜种群与主体水水质的相互关系呈现不同的变化趋势,在恒定流速条件下,生物膜种群多样性越高,其水水质越好,而在波动流速条件下,却呈现与之相反。
[硕士论文] 李炳辉
控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着城镇化、工业化的发展,我国的城市生活垃圾量不断增长,现有的垃圾清运模式存在效率低、实时性差、管理难、资源化程度低、处理方式单一等弊端。基于这个背景,本文提出了在混合回收、集中分拣的模式下构建环卫车调度系统的策略。
  本文首先介绍了垃圾产生和环卫车收运垃圾的现状,阐述了本文研究的意义和内容。接下来介绍城市环卫车调度系统相关理论,主要有收运模式理论基础、选址优化理论基础和运输线路优化理论基础。
  本文通过调研和资料查阅,提出垃圾元产生动态概率模型,为本文的数学建模奠定理论基础。
  本文提出构建具有分拣中心的环卫车收运系统,通过分拣中心实现生活垃圾的分类回收。由于环卫车收运系统涉及到设施选址和环卫车路径优化问题,本文将两个问题的数学模型结合起来,并将各种假设条件抽象成数学约束,运用遗传算法与禁忌搜索算法的混合算法解决设施选址和环卫车路径规划问题,最终形成城市环卫车调度系统数学模型。
  本文选取一个算例对所建模型和算法进行测试。测试结果表明模型的可靠性和算法的优良性。进而分析模型的花费和算法参数灵敏度,结果表明收集费用和运输费用对总费用影响较大,而算法参数的变化不会对总费用产生太大影响,说明算法对参数变化具有较强的鲁棒性。
[硕士论文] 陈彦丰
电气工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:光伏水泵群控系统主要应用于电力资源匮乏的偏远地区,可以很好的解决当地的用水问题,具有良好的节能环保效益,能够有效地提高太阳能的利用率,本文对光伏水泵群控系统及控制策略展开研究,主要的研究内容如下:
  (1)对光伏水泵群控系统各个部件进行介绍,建立了光伏水泵群控系统的模型,具体分析了光伏阵列的数学模型和特性曲线、驱动电机的等效电路和特性、水泵的基本性能和工作特点,并对驱动电机运行过程中的稳定性进行了研究。
  (2)对光伏水泵群控系统的控制策略进行优化,研究了水泵功率的分配原则和水泵的调度方案。提出了一种在已运行水泵达到饱和的情况下,开启空闲水泵进行功率搜索的方法。能够在保持已运行水泵频率不变的前提下,准确获取阵列最大功率,找到系统的最优投切点,并对搜索过程中阵列电压的控制方式进行了研究,即使阵列功率出现大幅跌落,系统仍可保持稳定。
  (3)搭建了光伏水泵群控系统的实验平台,介绍了实验平台的功能以及试验方式,再通过实验验证了水泵分配原则的正确性、多机系统下空闲水泵搜索的可行性和系统在阵列功率跌落时的稳定性。
[硕士论文] 崔世林
电气工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:自古以来,火灾事故一直是威胁人类的重要安全隐患,为了应对火灾,人们对消防设备的研究从未中断。消防水炮因其安全性好、效率高、射程远的优点广泛应用于现代消防灭火工作,它能够根据火灾现场的灭火需要对消防水流的喷射方向和喷射方式进行调整。随着科技水平的发展,消防水炮的控制也逐渐由无线电动控制取代了传统的人工操作方式,其功能也由单一的喷射角度调整扩展到具有定位控制,记录控制和跟踪控制等多种应用方式。本文在此基础上展开了对消防水炮控制系统的研究,引入线性自抗扰控制算法提高消防水炮的控制精度。
  论文首先介绍了消防水炮控制系统的研究背景与意义,并结合国内外的研究现状提出了消防水炮的发展趋势,根据消防水炮的结构和发展趋势提出了消防水炮控制系统的控制需求和整体设计方案。接着对控制系统的硬件电路设计,控制策略的研究和软件设计进行详细的介绍。硬件电路主要包括主控板的设计,水炮位置和速度采集电路,电源电路和无线通信部分电路。通过对水炮运动分析并结合控制系统理论,建立了消防水炮控制系统的数学模型,在此基础上设计了线性自抗扰控制器,并给出参数整定方法。消防水炮的无线控制采用LORA扩频通信技术,提高无线通讯距离和稳定性,人机交互部分采用触摸屏设计了控制界面代替了传统的按键式操作。
  最后利用消防水炮硬件平台对所设计的控制系统进行了测试:包括部分硬件电路的测试,无线通讯测试,水炮角度调节测试和记录,跟随控制测试,实验结果表明,所设计的控制系统满足设计要求。
[硕士论文] 黄晓康
岩土工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:伴随着现代城市化的进程加快,城市路面交通拥堵问题日剧严重。普通的城市道路已经满足不了很多城市的人口交通问题,地下轨道交通成为很多大中型城市解决交通拥堵问题的首要选择。
  本文以在建合肥地铁3号线清溪路站为施工背景,采用室内模型试验研究盾构施工对地下管线变形的影响,模拟地下管线在实验室盾构开挖条件下的变形影响规律,首先以管线与隧道垂直工况下的模型试验进行规律性研究,其中包括对地下管线的沉降,管线的内力,管线的弯矩等规律进行研究。试验还通过计量方式探究了底层损失量与超挖量以及沉降的关系。再以管线与隧道平行和斜交工况下的变形规律进行初步研究,其研究包括平行管线的管线沉降,管线相对转角,斜交管线研究的是管线沉降,管线的内力以及弯矩等规律。
  最后应用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型。分析了管隧垂直工况下双线隧道盾构分步开挖引起管线沉降,结合试验结果进行对比,两者结果基本吻合。本文的主要研究内容有如下方面;
  (1)采用室内模型试验,在管线与隧道垂直工况下,分别模拟砂土和黏土两种不同土体在隧道盾构开挖条件下,对地下管线的位移量和内力的影响。
  (2)研究在黏土地层中,管线与隧道在垂直、斜交和平行三种工况下地下管线的变形量。
  (3)分析在砂土和黏土两种土层中,管线与隧道垂直工况条件下,盾构施工对地层损失量大小比较。
  (4)利用三维数值模型模拟盾构开挖条件下,对管线与隧道在垂直工况下的变形量,与模型试验结果在相同工况下进行对比。
[硕士论文] 余健
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:为了躲避消毒剂的灭活,给水管网主体水中细菌一般附着在悬浮颗粒物表面,很少以游离的个体形态存在。探究给水管网细菌在悬浮颗粒物表面聚集行为过程是研究生物膜形成的基础,然而目前对这一过程的认知还十分匮乏。本文以给水管网细菌为研究对象,通过构建模拟实验平台,剖析氯浓度、悬浮颗粒物浓度和类型对细菌胞外聚合物生成、表面特征以及聚集过程的影响,揭示悬浮颗粒物对细菌聚集和消毒效果的影响机制,旨在为给水管网细菌生长控制提供理论指导。
  首先,为解析余氯浓度对颗粒物表面细菌聚集的影响,开展其在不同余氯浓度条件下针铁矿表面的附着实验。研究结果表明,低浓度氯(0-0.5mg/L)促进细菌在针铁矿表面的附着,而高浓度氯(0.5-3.0mg/L)抑制了细菌的表面附着。通过定量测定及激光共聚焦显微镜观测发现,当氯浓度为0.5mg/L时,聚集体总细菌数、胞外聚合物含量均达到最大。该研究揭示了余氯浓度调控着细菌胞外聚合物的分泌,进而影响细菌在给水管网中颗粒物表面的附着聚集。
  其次,从颗粒物的比表面积、沉降性和细菌分泌的胞外聚合物(EPS)和表面特征,解析颗粒物浓度对细菌在其表面附着的影响。结果显示,在氯存在的条件下,增大针铁矿浓度促进细菌在其表面的附着。同时,针铁矿降低了氯对细菌的消毒效率,且其保护作用与针铁矿浓度呈现正相关。细菌分泌的EPS和Zeta电位会随着针铁矿浓度变化而改变。两者对细菌聚集和附着的影响程度可能比颗粒物的吸附性及沉降性小。
  最后,研究了两种土壤颗粒物(钠基蒙脱石和高岭土)在不同氯浓度调控下对细菌附着聚集的影响。结果表明,在同一氯浓度下,钠基蒙脱石上附着的细菌数均比高岭土上附着细菌多。这可能是钠基蒙脱石具有较小粒径和较大的比表面积,以及氯调控钠基蒙脱石表面的细菌分泌了更多的EPS。当氯浓度为0.5mg/L时,两者表面附着的细菌数均达到最大值,进一步证实了给水管网中低浓度氯(0-0.5mg/L)有助于细菌在悬浮颗粒物表面的附着聚集。
[硕士论文] 杨帅
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:磺胺类药物是一类被广泛应用的典型抗生素。大量的使用导致其在地表水、地下水甚至饮用水水源中都有存留,残留浓度达到ng·L-1甚至μg·L-1级别。水中磺胺类抗生素的积累对生态环境和人类健康存在巨大的潜在风险。水厂常规处理工艺难以将磺胺类抗生素有效去除,因此其在消毒过程中的转化规律及机理则备受人们关注。本文选择两种应用较为广泛的新型磺胺类抗生素磺胺醋酰(SFA)及磺胺噻唑(STZ),研究了其在NaClO、ClO2及UV/NaClO三种常见消毒工艺过程中的转化规律及机理。
  磺胺类抗生素SFA和STZ在三种消毒体系中的转化过程均满足二级动力学模型,转化速率大小顺序为:ClO2体系>UV/NaClO体系>NaClO体系,并且各体系中STZ的转化速率均大于SFA。各反应的活化能与反应速率表现为一致的规律。在模拟实际消毒工艺条件下,微量SFA及STZ可在10min内被有效去除。
  反应体系pH、离子、有机物及水质背景等因素对磺胺类抗生素在消毒工艺体系中的转化过程存在影响。pH条件对磺胺类抗生素的转化过程影响显著,在NaClO及UV/NaClO消毒体系中,SFA及STZ在中性条件下的转化速率显著快于酸、碱性条件;而在ClO2消毒体系中,SFA及STZ的转化速率随pH增大而加快。NH4+对不同消毒体系中SFA及STZ的转化过程存在不同程度的抑制作用,抑制的程度为:NaClO体系>UV/NaClO体系>ClO2体系;HCO3-对SFA及STZ在ClO2及UV/NaClO体系中的转化过程具有促进作用,而腐殖酸则对该过程表现出抑制作用。
  在三消毒体系中,SFA及STZ的特征官能团脱落而生成磺胺,并进一步氧化生成苯酚、苯胺等中间产物,随后,在不同消毒体系中表现出不同的转化过程及机理。在NaClO体系中,存在有氯代机制,磺胺、苯酚、苯胺等中间产物被氯化,生成毒性较强的氯代消毒副产物,而在ClO2及UV/NaClO体系中,中间产物苯酚、苯胺等的苯环结构可被破坏,生成草酸、乳酸、富马酸等小分子有机酸,体系相对安全。
[硕士论文] 杨明灿
模式识别与智能系统 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:城市供暖管道作为城市最重要的基础设施之一,为居民的冬季采暖提供着重要保障。然而,由于供暖管道的老化、雨水腐蚀以及人为破坏等因素的影响致使直埋供暖管道存在着泄漏的风险。泄漏的供暖管道不仅浪费大量水资源,也会妨碍居民采暖,造成社会性问题。及时的诊断管道泄漏、判断管道的泄漏位置对节约水资源和保障居民正常取暖有重要意义。
  本文以管线上压力、流量参数为研究对象,利用运动方程和连续性方程建立了管道泄漏诊断模型。通过四阶龙格库塔法求解理论方程,计算管线各部分压力、流量参数,将理论值与实际值进行比较并选定合适的阈值,一旦实际值与理论值的差值超出阈值立刻判定管道发生泄漏。通过Fluent软件对供暖管道不同位置发生泄漏的工况进行实时仿真,利用神经网络模型对管道泄漏点进行定位,将泄漏工况下的检测点压力作为神经网络的输入,泄漏点位置作为输出,准确的构建了泄漏定位模型,误差允许范围内模型精度满足设计要求,验证了神经网络在供暖管道泄漏定位方面的准确性与可行性。同时引入K-means聚类算法对该模型进行优化,使模型各项评价指标进一步提高,预测精度更为准确。最后通过搭建实际管路平台对瞬态管道泄漏诊断模型和神经网络定位模型进行了验证。
  研究结果表明:本研究所设计的管道泄漏检测及定位模型可以准确的识别管道泄漏并判断泄漏位置。其中泄漏诊断模型准确率达到80%,定位模型精度在5%左右。
[硕士论文] 陈玉
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,由于水质的恶化以及污水处理厂的大量扩建和新建,水厂的处理成本和建设费用也随之增加。因此,为提高絮凝效果节约能耗,选择合适的水处理构筑物及对构筑物进行优化研究很有必要。
  絮凝作为给水处理中不可或缺的环节,其絮凝效果的好坏直接影响着后续工艺的处理效果。穿孔旋流絮凝池作为小型水厂常用的絮凝处理构筑物具有结构简单、施工方便、造价低等特点,但其主要缺点是在水量变化较大时絮凝效果得不到保证、絮凝效果有时不理想。参照网格絮凝池,考虑在穿孔旋流絮凝池的竖井内加入网格板,以增强扰流,提高絮凝效果。
  基于数值模拟的方法,以湍动能耗散率ε和涡旋速度梯度G0作为絮凝效果评价指标,研究穿孔旋流絮凝池在前段和中段的网格板层数、间距和网孔尺寸不同的情况下絮凝情况,据此得出最优的网格板参数,提出经济合理的优化方案。
  通过对前段和中段加网格板的穿孔旋流絮凝池进行数值模拟表明:
  (1)穿孔旋流絮凝池加网格板后能有效提高絮凝效果
  (2)前段最佳网格板层数为每竖井4层,最佳网格板间距为400mm;
  (3)中段最佳网格板层数为每竖井3层,最佳网格板间距为400-500mm;
  (4)最佳网孔尺寸随规模的增大而增大。前段最佳网孔尺寸为60-70mm,中段为80-100mm。
  模拟研究的结果对提高穿孔旋流絮凝池的絮凝效果及实际工程的设计具有一定的参考意义。
[硕士论文] 陆苏月
控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国社会经济迅速发展和城镇化进程的加快,人口的转移使城镇规模也随之扩大。供水系统作为人们日常生产生活中不可或缺的重要组成部分,原有的供水规模及模式已不能满足人们对供水的要求。在能源相对短缺以及国家倡导节能减排的大背景下,城镇居民对供水质量、供水可靠性以及节约能源提出了越来越高的要求。因此,采用先进的控制技术来设计高节能、高可靠性的恒压供水系统成为必然趋势,在提高劳动生产率、降低能耗方面具有重要的现实意义。
  在变频调速技术和计算机技术迅猛发展和不断完善的今天,变频调速方法在恒压供水控制系统中得到了广泛的应用。本文针对供水系统是一个非线性,纯滞后、不确定性的复杂系统,应用传统控制方式难以实现精确控制。为了更好地满足日常生产、生活对供水可靠性需求,提出将智能控制算法中的仿人智能控制算法应用于恒压供水系统的思想。通过MATLAB对供水系统进行建模,其仿真实验结果与常规PID控制算法进行比较,验证了仿人智能多模态控制器的有效性。同时,为适应未来技术的发展趋势及管理人员对现场信息的远程需求,信息化系统的应用越加广泛。本文应用OPC技术设计了基于恒压供水的监控信息化系统。通过以太网快速实现OPC Server与OPC Client的实时数据信息传输,从而能够实现现场数据信息的远程传输。
  基于以上系统的设计能有效解决人们对供水系统安全性、可靠性、节能性的要求并为水务信息化管理带来便捷。
[硕士论文] 王瑞雯
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来我国城市内涝灾害频发,雨水管渠的设计规模不合理问题是内涝发生的一个重要原因。同时,建设一定规模的雨水调蓄池以削减洪峰雨水流量,也有利于提高城市雨水排水系统的防涝能力。故本文针对城市雨水管渠设计流量和削减洪峰流量雨水调蓄池有效容积的计算方法以及雨水管渠系统的优化设计等方面进行研究。
  首先,本文对当前城市雨水管渠设计流量和雨水调蓄池有效容积的计算方法进行了较为全面的阐述。在降雨和径流计算的相关公式的基础上,分析了推理公式法的假设前提和计算思路,介绍了削减洪峰流量雨水调蓄池有效容积计算的理论方法及简化公式,为后续研究提供理论依据和指导。
  其次,提出了面积叠加法与流量叠加法中存在的问题,并对流量叠加法进行了修正;提出了四种计算精度高且过程相对简单的雨水设计流量计算新方法:基于暴雨强度公式的最大流量法、基于降雨过程线和径流系数法的最大流量法、基于降雨过程线和扣损法的最大流量法以及差分法;提出了一种计算削减洪峰流量雨水调蓄池有效容积的新方法;分析了雨水调蓄池不同设置位置和调蓄能力的经济效益差异。
  最后,对本文新提出的雨水设计流量计算方法运用MATLAB进行编程,结合实例,分别运用传统方法和本文提出的几种新方法进行设计计算,分析结果,得出结论:除起始管段外,修正后的流量叠加法各管段设计流量均小于面积叠加法,平均减小18.2%,最多减小25.4%,故仍需对其作进一步改进;同样相较于面积叠加法,基于暴雨强度公式的最大流量法各段计算结果平均增长7.9%,其中末端管段设计流量增长12.9%,基于降雨过程线和径流系数法的最大流量法各段计算结果平均增长19.2%,末端管段增长28.6%,差分法的计算结果增长得最多,平均增长22.6%,末端管段增长33.9%,这些计算方法都在不同程度上提高了雨水管渠设计流量计算的安全性和合理性,对缓解城市内涝具有重要意义;而基于降雨过程线和扣损法的最大流量法受模型参数取值影响非常大,在没有实测数据的情况下不推荐使用;在洪峰流量通过率相近的情况下,运用试算法计算得的调蓄池有效容积达到脱过系数法计算结果的1.5~2倍,可见该方法的计算结果更安全、更全面;同时,当雨水调蓄池设置位置越靠近管渠系统中游、洪峰流量通过率越高时,整个管渠系统的造价越低,工程实践中可作参考,以提高经济效益。
[硕士论文] 刘行浩
环境科学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:抗生素类药物是环境中药品和个人护理用品PPCPs(Pharmaceutical and Personal Care Products)的一小类。中国属于人口大国,并且在畜牧业及水产养殖业比较发达,抗生素的生产和使用量居世界前列,致使对人和生态产生了严重的影响,例如:人体对药物产生耐药性、生态失衡等问题。如何有效的处理水中抗生素成为了当今的研究热点,本文利用气液相等离子体协同石墨烯负载二氧化钛降解水中四环素,并研究了四环素的降解机理。
  为了排除吸附对降解的影响,对rGO/TiO2吸附水中四环素做了研究。结果表明,rGO/TiO2对四环素的吸附行为符合假二级动力学模型和Langmuir等温模型,且吸附行为是自发的吸热反应。
  对等离子体的放电特性做了分析及对等离子体放电过程中产生的活性物质做了定量测定。等离子放电一个周期约1.6ms,在放电时,反应器中的电压突然降低,电流会迅速增加,此时在溶液中会产生大量的等离子体。通过光谱检测等离子体产生的活性物质,证明了溶液中活性基团的存在。
  利用单独气液相等离子体降解水中四环素的研究,结果表明在一定范围内,四环素的降解效率随着放电功率的增加而增大;随着溶液初始浓度的增大而降低;在同一条件下,在不同的放电气体的成分下,产生的活性物质的量不同。在氧气条件下最多,其次是空气,最后是氩气,通过光谱分析也验证了这一结论;在酸性和碱性环境中降解效果比在中性环境好;放置时间的主要影响是水中残留的活性物质对四环素仍具有一定的降解作用;增大溶液的电导率有助增加四环素的降解。
  通过对氧化石墨烯和石墨烯负载二氧化钛的傅里叶红外光谱扫描(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的表征,表明二氧化钛成功的负载到石墨烯表面。同时考察了等离子体协同光催化技术各种因素对四环素降解效果的影响。实验结果显示,协同降解体系下四环素的降解率高于单独放电体系下。并且采用质谱技术分析得出四环素的协同降解产物和途径。
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