常见化学计算方法范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇常见化学计算方法范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

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在电池电量的计量技术上，常见的方法有4种，但并不是不同品牌本本的电池只采用其中一种方法计算电量，通常都是综合几种方法使用，以其中一种为主要计算方法，其余辅助计算的方式实现电量计算、管理。第一种是开路电压测量法，这种方法是通过测量电池在静止状态下的电压数值来计算电池的剩余容量，不过由于锂离子电池的静止时电压与剩余容量间的关系属于非线性，因此这种方法的测量值并不准确，绝大部分手机电池都采用这种计算方法；第二种叫库仑计算法，该方法是通过测量电池充电和放电的电流，将电流值与时间值的乘积进行积分后计算得到电池所充进的电量和所放出的电量，库仑计算法是一种较为精确的电量计算方法；第三种是阻抗测量法，它通过测量电池内阻值得到电池的剩余容量值；第四种是综合查表法，通过设置一个相关表，将电压、电流、温度等参数输入，就可以查询得到电池的剩余容量。

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关键词：麻棉；d值；定量

用化学溶解法对纺织品的纤维含量进行定量分析，计算检验结果时要用到各种纤维的质量变化修正系数（d值），在GB/T 2910—2009《纺织品 定量化学分析》及其他常用的纺织纤维定量标准中，对常见纤维的d值都有明确的规定。但标准中所规定的d值都是某种纤维单独使用的d值，在日常的检验中，有时需要的是两种纤维作为一个整体的d值。比如麻棉与其他纤维混纺的情况，由于麻、棉的定量目前还没有有效的化学定量方法，只能先将其作为一个整体与其他纤维进行溶解分离，再结合麻棉的物理法结果得出最终的检验结果。计算过程涉及麻棉作为整体时的d值，这在相关标准中并没有详细说明。本文主要目的就是研究将纤维的标准d值与几种纤维作为整体时的方法。 2.1 方法

如前言所说的，日常检验中所面临的问题是没有有效的方法对麻/棉进行分离，从而导致无法使用麻、棉标准的d值进行计算。为此，本试验人工混合具有代表性的羊毛、粘纤、亚麻、棉纤维作为试验样品，其中的亚麻为散纤维，棉为纱线，以便在溶解羊毛、粘纤后能够用手工拆样法对麻/棉进行分离。这种方法的试验原理完全符合相关的标准，检验过程是理想化的过程，这种方法得到的结果作为标准值。另外，麻棉的d值按照两种常用的方法进行选取，即取相对含量较多的组分的d值和根据相对含量折算后的综合d值，把用这两种d值计算得到的结果与标准值进行比较，找出比较好的麻棉d值选取方案。2.2 样品

按照2.1的方法，人工混合3个羊毛、粘纤、亚麻、棉混合物作为试验样品。其中亚麻/棉大概比例分别为：80/20、50/50、20/80。

2.3 步骤

对每个混合样品采用3种不同的定量、计算方法。

方法A: 采用顺序溶解法与手工分解法[1]相结合。先用碱性次氯酸钠溶液溶解羊毛，洗涤、烘干、称重；再用甲酸/氯化锌溶解粘纤，洗涤、烘干、称重；最后用手工分解法对亚麻、棉进行分离，最终达到定量的目的。进行结果计算时所有的d值都是独立的d值，得到的结果作为标准值。

方法B: 单独采用顺序溶解法，先用碱性次氯酸钠溶液溶解羊毛，洗涤、烘干、称重；再用甲酸/氯化锌溶解粘纤，洗涤、烘干、称重；最后剩余麻棉，将其作为一个整体，并且取相对含量较多的组分的d值作为整体的d值进行计算，最后结合相对含量算出各自的绝对含量，麻棉的相对含量由方法A的结果算出。

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1 从口算训练入手，利用竞赛的形式提高学生的口算兴趣

口算是培养学生计算能力的基础，每个学生都应具备较强的口算能力。因此，在我的数学课堂教学中，我每天利用课堂三分钟时间训练学生的口算能力，以卡片、PPT课件、听算、小黑板视算等形式出示，然后任意抽一组学生，以开火车的形式进行口答，然后由我计时，看该组学生答完十道题一共用了多少时间。于是我一个星期进行一次评比，看哪组学生答对的人数最多，并且答十道题用的时间最少，哪组就为本星期的口算优胜组，并给予优胜组奖励。这样以竞赛的形式进行口算训练，学生们的积极性相当高，口算的兴趣非常高，口算能力也得到了一定的提升，效果非常好。

2 笔算是关键，利用每周十题的训练提高学生的计算正确率

笔算是计算的关键，小学阶段大部分数学题都要求学生通过列竖式的方法进行笔算，因此，这一内容是学生们特别容易出错的，在计算时也特别粗心，因此要通过不断反复练习来提高学生的笔算能力。

3 增强简算意识，提高计算的灵活性

简算是依据算式、数据的不同特点，利用运算定律、性质及数与数之间的特殊关系，使计算的过程简化、简洁的计算方法。简算是培养学生细心观察、认真分析、善于发现事物规律，训练学生思维深刻性、敏锐性、灵活性，提高计算效率，发展计算能力的重要手段。在小学数学里，加法交换律、结合律，乘法交换律、结合律与分配律，是学生进行简算的主要依据。因此，在数学教学中我特别注意帮助学生深刻理解与熟练掌握这五条运算定律，及一些常用的简便计算方法，并经常组织学生进行不同形式的简算练习，让学生在计算实践中体验简算的意义、作用与必要性，强化学生自觉运用简算方法的意识，提高学生计算的灵活性和正确率。

4 培养学生的估算能力，强化估算意识

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1 初中学生计算能力低原因分析

1.1 没有养成良好的学习习惯。特别是在考试期间，时间紧迫，精神过于紧张，更容易犯类似的错误。分析原因，没有养成良好的学习习惯是重要诱因。培养学生良好学习习惯是素质教育的要求，也是提高计算能力的重要前提。

1.2 小学基础不扎实。计算能力的培养应该从小学开始，也是小学数学教育的重要任务，但是在目前九年义务教育的背景下多数学生没能完成应该达到的计算要求，到中学里再来培养计算能力有一定的困难。一方面是很难有时间进行专门训练，第二学生多年积累下的问题，不是一下就可解决的，它需要相当长的时间，正所谓积重难返。

1.3 不重视计算能力。计算是学习数学学科的基石，掌握了计算，对初中后期物理、化学等学科的学习也大有裨益。在后期高中、大学、以及后期的研究过程中，都需要大量的计算。如果学生数学成绩不好，往往其物理、化学等科目的成绩也不理想。但学生都不能意识到这些问题的严重性。

1.4 电子计算器的泛滥。由于时代的进步，电子计算器日益普及，在中学学生中广泛使用，学生对计算口诀、纸张演算的能力逐步退化，使得在部分不允许使用计算器的场合（如考试），计算能力不足的缺点日益凸显。

2 提高计算能力的措施

教学，是一个教师和学生互动的课题，需要教师和学习的共同努力。提高计算能力在教师方面需要注意以下几点：

2.1 做好必要的引导与示范。在教学中，教师要做好必要的引导与示范，注重计算方法研究，计算方法的不恰当也影响着计算的准确性，选择最佳的计算方法，可以减少不必要的环节，起到事半功倍的效果；正确方法的选择取决于科学的分析和思考，所以要培养学生科学有效的思考方法，因为科学有效的思考方法可节省时间，提高准确率。训练时，要让学生看题目，想算法，选择正确的计算方法，做完后，让学生交流自己的思维过程，教师给予及时的纠正和补充，从而让学生学会科学的计算方法。

2.2 做好示范，言传身教。教师是学生的榜样，在课堂上，日常的板书符合规范，做到既言传又身教。讲评、作业和试卷批改等都要做好学生的表率，要求学生做到的老师一定要首先做到。

2.3 提高学生的兴趣。计算是枯燥的，如何提高学生参入的积极性，也是提高计算能力的一个重要问题。学生计算水平的提高不可能一蹴而就，因此加强平时的训练是十分有必要的。为了提高学生的计算能力，可以安排“天天练”，每天2～3道题，适当减少课后作业，防止作业和练习的题目过多，出现计算疲劳，计算失误过多。

练习题的设计要精心到位，要注意横向知识与纵向知识的对比，切忌遗漏知识点，要以点带面培养学生触类旁通的能力和新旧知识的联系。

2.4 经常鼓励，持之以恒。养成良好的计算习惯不是一朝一夕的事，需要一个较长过程，要使严格要求能够坚持下去，还必须经常激励学生，使他们对教师的严格要求给予认同，并对执行计算规范保持持久的兴趣，这样才能逐渐形成习惯。

同时不断的强调计算能力的重要性，使学生意识到计算能力不提高，在今后的学习中仍旧会遇到困难。

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中图分类号：Q949；G354.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）07-1356-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.07.040

Research on Algorithm for Calculating Word Similarity in the Field of Endemic Genera of Seed Plants in Yunnan

LU Guo-quan，PENG Lin，PANG Xue

（Key Laboratory of Agricultural Information Technology in Yunnan，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China）

Abstract：An improved word similarity algorithm put forward based on cilin combined with the knowledge of the endemic genera of seed plants in Yunnan supplement the words about this field. Experiment results illustrate that this improved algorithm for calculating word similarity based on “cilin” is more precise than general algorithm for calculating word similarity based on “cilin” and recall has been significantly improved. Therefore，this improved algorithm is more suitable for the semantic retrieval system in the field of endemic genera of seed plants in Yunnan.

Key words：cilin；algorithm for calculating word similarity；Yunnan；seed plants；endemic genera

词语语义相似度来源于计算机语言学等领域，它可以度量术语、词汇、概念之间的相似程度，被看作概念在分类上的相似程度[1]。词语语义相似度的计算在语义检索、自动问答、文本聚类等应用中起着重要作用[2-4]。传统的检索方式仍基于关键字匹配和倒排索引[5]，几乎没有任何语义功能。通常，传统检索方式不能理解用户的查询意图，一旦用户输入不准确的查询词就会得到许多不相关的结果。将词语语义相似度计算引入检索系统后，检索系统便具备了语义功能，就算用户输入模糊的查询词，检索系统也能检索出用户所关心的信息。

目前，对于词语语义相似度的计算方法主要集中在以下几方面：①基于y计的方法，假设语义词语相似的词语之间具有相同的上下文关系，以上下文信息的概率分布作为依据，利用词语之间的相关性来计算词语相似度[6]；②基于本体的方法，依据领域内专家建立的领域本体，利用该领域知识的语义树来计算词语间距离词语的相似度[7]；③基于语义词典的方法，利用语言专家编撰好的语义词典进行语义相似度计算。

由于基于同义词典的词语相似度算法具有实现简单、高效、直观、易于理解且不需要训练的特点，因此基于同义词词典的词语相似度算法在各个领域得到了广泛的应用[8]。但是目前还存在以下问题：①词典的词条更新不及时。由于基于同义词典的词语相似度的计算依赖于语义词典，而编撰词典通常需要多名顶级语言专家共同完成，网络时代的知识爆炸使得词典滞后于新兴词语的出现。②领域内的专业词汇收录不全。每个领域有不同的专业知识和词语，语言专家作为语言领域的专家，在编撰语义词典的时候很难将所有专业领域内的词语囊括其中。

面向云南种子植物特有属领域的语义检索能最大限度地集成和利用各类云南种子植物特有属相关信息资源，快速、完整、智能地提供各种信息服务，这已成为研究和保护云南特有种子植物的新需求。目前，在这个领域没有专业的语义词典，并且没有较好的词语相似度算法，从而导致了云南种子植物特有属领域语义检索精度不高、扩展性不强等问题。

针对上述问题，本研究协同植物学领域的研究人员完善了《同义词词林》并在此基础上提出了一种改进词语相似度的算法，并对该算法进行了试验。

1 材料与方法

1.1 同义词词林结构

在国外通常采用WordNet作为语义词典来计算词语相似度，而在国内由于中文本身的特点以及起步相对较晚，在这方面的研究较少。本研究采用的词典是由哈尔滨工业大学梅家驹教授等主编的《同义词词林》[9]。该词典参照多部电子词典资源，并按照人民日报语料库中词语的出现频率在第一版的基础上剔除了14 706个罕用词和非常用词。为了获得进一步的性能，该词典结合多方面相关资源将词典词条扩充到了77 343条，基本能满足本研究的需求。《同义词词林》按照树状的层次结构把所有收录的词语组织在一起，编码相同的词语要么词义相同，要么具有很强的相关性[9]。该词典采用八位五级编码，前七位表示该词条所处的位置而第八位的“=”、“#”、“@”分别表示同义词、相关词以及只有本身一个词。具体的编码规则如表1所示。

1.2 同义词典的词条补充

将同义词词林的词语相似度计算方法应用于云南种子植物特有属领域语义检索，由于这部通用的语义词典在本领域内的应用存在一定的局限，故本研究结合该领域知识对《同义词词林》进行补充和调整。该词典是TXT格式的文本，因此进行调整后并不影响系统的运行。如酸竹属是云南种子植物特有属的一个属，酸竹属下还有粉酸竹、酸竹、毛花酸竹、福建酸竹、黎竹等品种。由于《同义词词林》并没有收录这些词语，因此本研究结合词典知识和云南种子植物特有属在《同义词词林》中补充了125个同义词集合，共计246条词语。如在词典增加编号“Bh08A54=”来表示词语集合：粉酸竹、酸竹、毛花酸竹、福建酸竹、黎竹。因此当用户想要了解“酸竹属”的知识时，只要输入编号“Bh08A54=”中任何一条词语就能检索出相应的知识。

1.3 改进的词语相似度算法

《同义词词林》词典不仅词条丰富而且具有良好的编码规则，所以可以根据词语编码计算出两个词语间的相似度Sim（W1，W2），Sim（W1，W2）取值范围为[0，1]，1代表同义词，0代表不相关，Sim（W1，W2）越靠近1则表示W1，W2相似度越高。本研究在《同义词词林》编码规则的基础上结合特有属领域知识的特点提出了如下公式来度量相似度：

Sim（W1，W2）=1-■■×■（1）

式中，i表示第i级编码，k表示第i级编码之差的绝对值，n表示第i级编码较大值。当最后一位编码为“=”时，不同编码的词语按照公式（1）计算相似度，相同编码词语的相似度为1。由于本领域的知识在词林中主要呈现同类的特点，而不等的情况出现相对较少，如：编号为“Bh12B03#”，其词语集合为“稻苗、稻秧、禾苗、种苗等”。很明显，这些词语是相关的。因此当最后一位编码为“#”时，本研究根据用户需求分为以下两种情况：当用户只关心查询词本身不关心其同类时，若词语的编码相同，其相似度设置为0；当用户关心查询词同类事物时，若词语的编码相同，其相似度设置为1。不同编码词语按公式（1）计算，所得结果为词语相似度。当最后一位编码位为“@”时，表示自我封闭，没有同义词，因此设置相似度为0。如Sim[种子（Bh13B01=），种仁（Bh13B02=）]=1-（1/32）×（sqrt（02-01）/02）=0.977 903。

1.4 试验设计

1.4.1 试验一 随机选取10对在云南种子植物特有属领域知识中常见的词语进行相似度计算，分别使用本研究提出的方法与目前以文献[10]为代表的基于同义词典的词语相似度通用计算方法进行相似度计算。

1.4.2 试验二 试验数据：110篇关于福建酸竹的文献，17篇关于黎竹的文献，19篇关于粉酸竹的文献，35篇关于毛花酸竹的文献，245篇关于酸竹的文献以及768篇关于计算机领域的文献作为噪声集。

试验步骤：在试验一的基础上分别使用上述两种不同的方法获取查询词语的扩展词集合，然后将扩展词集合作为新的查询词在lucene全文检索框架中进行检索，最后对结果进行评价，试验流程如图1所示。

评价标准：精度表示检出文献中相关文献的比例，计算公式为P=■。其中P表示精度，R表示相关文献，A表示检出文献。召回率表示相关文献被检出的比例。计算公式为r=■。其中r表示召回率[11]。F值综合考量了精度和召回率[10]，只有当精度和召回率都较高时才具有较高的值，计算公式为F=■。

2 结果与分析

2.1 试验一结果

由表2可知，使用本研究方法计算云南种子植物特有属领域知识词语相似度的效果与人工测试出来的主观结果没有明显出入，同时在本领域内的词语相似度更加准确。可以看出，本研究所提出的词语相似度计算方法，相对于一般的基于同义词词林的词语相似度计算方法的优点：①没有引入人工参数，使得结果更加客观；②一般的计算方法把第一级编码不同的词语相似度统一定义为0.1，有些笼统，而本研究的方法则考虑了这个问题；③本研究考虑了将用户的查询需求分成两个接口，当用户选择精确检索时，进入后将最后一位编码为“#”，且编码相同的词语的相似度定为0的接口；当用户希望再扩大其检索范围时，则进入后将这对词语的相似度定为1的接口。而一般的计算方法过于笼统，只是将最后一位编码为“#”，且编码相同的词语统一定义为0.5，显然不能满足用户需求。

2.2 验二结果

由表3可知，使用本研究计算方法的召回率比使用通用计算方法的召回率有了明显的提升，说明使用本研究方法可以提升查询词扩展的性能。同时使用本研究计算方法的F值也得到了明显提升，说明本研究计算方法比一般通用计算方法具有更好的检索性能。

3 小结

针对云南种子植物特有属领域语义检索缺乏性能良好的词语相似度算法的问题，本研究提出的算法在云南种子植物特有属领域语义检索中更加接近人类思维，可以很好地解决查询词扩展不准确及检索结果打分不合理等问题，并且直观明了、容易实现。但本研究提出的词语相似度计算方法也存在不足，《同义词词林》作为一本通用的语义词典，对于专业领域的应用尚存在一定的局限性。在后读研究中，将补充完善领域内的词条，再提出更加优化的且适用面更广的词语相似度计算方法来提高检索的精度。

参考文献：

[1] 李 文，孙 新，张常有，等.一种本体概念的语义相似度计算方法[J].自动化学报，2012，38（2）：229-235.

[2] 刘亚军，徐 易.一种基于加权语义相似度模型的自动问答系统[J].东南大学学报，2004，34（5）：609-612.

[3] 颜 伟，荀恩东.基于语义网计算英语词语相似度[J].情报学报，2006，25（1）：712-716.

[4] 焦芬芬.基于概念和语义相似度的文本聚类算法[J].计算机工程与应用，2012，48（18）：136-141.

[5] 吴 秦，白玉昭，梁久祯.一种基于语义词典的局部查询扩展方法[J].南京大学学报（自然科学），2014，50（4）：526-533.

[6] 李 慧.词语相似度算法研究综述[J].现代情报，2015，35（4）：172-177.

[7] 孙海霞，钱 庆，成 颖.基于本体的语义相似度计算方法研究综述[J].现代图书情报技术，2010（1）：51-56.

[8] LI F，ZHU X H，CHEN H H，et al.An improved Chinese word semantic similarity algorithm based on Cilin[J].Journal of Information & Computation Science，2015，12（10）：3799-3807.

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学生的计算能力差，在计算时出现错误，是常见的现象，这种现象有时是“屡说无效”和“屡禁不止”的，我班学生在做作业，完成习题时都比较粗心，尤其现在五年级了，计算量相当大，可以说这册教材基本都是以计算为主。如：小数乘法、小数除法、解方程、求多边形的面积等内容。开学的那段时间，学生的作业做得差，课堂上练习完成不好，使我比较着急，那么，怎样提高学生的计算水平，如何提高学生的计算能力，使计算准确呢？我在数学的教学中，主要是从以下几方面着手的。

一、从口算训练入手，利用竞赛的形式提高学生的口算兴趣

口算是培养学生计算能力的基础，每个学生都应具备较强的口算能力。因此，在我的数学课堂教学中，我每天利用课堂三分钟时间训练学生的口算能力，以卡片、PPT 课件、听算、小黑板视算等形式出示，然后任意抽一组学生，以开火车的形式进行口答，然后由我计时，看该组学生答完十道题一共用了多少时间。于是我一个星期进行一次评比，看哪组学生答对的人数最多，并且答十道题用的时间最少，哪组就为本星期的口算优胜组，并给予优胜组奖励。这样以竞赛的形式进行口算训练，学生们的积极性相当高，口算的兴趣非常高，口算能力也得到了一定的提升，效果非常好。

新课程标准明确指出：“培养学生的计算能力，要重视基本的口算训练。口算既是笔算、估算和简便运算的基础，也是计算能力的重要组成部分。”通过教学实践，在进行口算教学时，要注意处理好两个关系。一是要正确处理好口算速度与正确率的关系。口算速度与正确率是一对矛盾的两个方面，二者是对立的统一。其相互关系处理得好则互相促进，有利于口算能力（最终有利于整个计算能力）的发展与提高；处理不当则会互相制约，影响学生计算能力的发展与提高。而要处理好这两者关系，则要注意打好基础，抓算理、算法的教学；同时还要注意思想教育，抓教改导向。算理搞清楚，算法合理了，口算的速度与正确率就有了坚实的基础，争取双提高就有了可能；反之，则顾此失彼，甚至二者皆空。因此，在低年级开始教学口算时，就要着重在讲算理、算法，并辅以其他手段。到中高年级后更不能忽视口算训练，可利用《口算、心算、速算》等教辅小册子，坚持每天一练，定时定量竞赛，通过训练提高学生计算能力。二是要正确处理好尖子与后进的关系。由于多种因素的制约与影响，在口算能力方面出现差距是必然的，而差距过大就必然导致两极分化，不利于学生计算能力的提高。在进行口算训练时可开展评口算标兵活动，对口算能力强，正确率高或口算能力有明显进步的同学进行表彰。还可建立互助组（一个尖子生一个后进生，但不能说穿），共同提高。而在具体对象上要具体对待，如每次训练的题量要使口算能力强的同学能最大限度地发挥，对后进生当堂做不完的则批改后课余补做，同时对后进生个别辅导。

二、笔算是关键，利用每周十题的训练提高学生的计算正确率

笔算是计算的关键，小学阶段大部分数学题都要求学生通过列竖式的方法进行笔算，因此，这一内容是学生们特别容易出错的，在计算时也特别粗心，因此要通过不断反复练习来提高学生的笔算能力。

三、增强简算意识，提高计算的灵活性

简算是依据算式、数据的不同特点，利用运算定律、性质及数与数之间的特殊关系，使计算的过程简化、简洁的计算方法。简算是培养学生细心观察、认真分析、善于发现事物规律，训练学生思维深刻性、敏锐性、灵活性，提高计算效率，发展计算能力的重要手段。在小学数学里，加法交换律、结合律，乘法交换律、结合律与分配律，是学生进行简算的主要依据。因此，在数学教学中我特别注意帮助学生深刻理解与熟练掌握这五条运算定律，及一些常用的简便计算方法，并经常组织学生进行不同形式的简算练习，让学生在计算实践中体验简算的意义、作用与必要性，强化学生自觉运用简算方法的意识，提高学生计算的灵活性和正确率。

四、培养学生的估算能力，强化估算意识

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一、专业知识及相关知识

要想取得较好的教学效果，了解和掌握专业知识及相关知识是基础。常言道：“巧妇难做无米之炊。”如果学生没有掌握一定量相关知识和专业知识，就不具备较宽的知识面，就不能对一些专业性的实际问题有正确认识，就找不到解决问题的正确方法，不能达到提高教学质量的目的。例如在无机化学中，利用计算机完成化学反应式的配平来解决学生在学习过程中的实际问题，如果学生不懂得配平原理，怎能利用计算机知识去解决这一具体问题呢？笔者通过近几年的教学实践，用计算机知识解决了这类问题，不但使学生的专业知识得到巩固，还让学生对计算机应用有了较深的认识，取得了较好的教学效果。

二、教学方法

教学方法是提高教学质量的关键因素之一。利用计算机进行模拟设计需将教学、计算机及专业知识结合题意，通过专业课教学及毕业环节应用于实际，这对教、学两个方面要求较高。笔者通过几年的摸索、总结，认为只要遵循由易到难、循序渐进的教学节奏，着重利用和围绕基本的专业问题的处理方法、相应教学处理方法及程序实现方法，把握好各学习阶段的难度、深度，加强各环节辅导，就能很好地完成这项教学工作。

三、教学节奏

在教学节奏上把整个专业教学过程分成以下四个步骤。

第一步，针对不同专业，找出其重要的专业课程，在完成本课程任务的同时，结合本课程，就不同学科，全面深入地介绍有关知识方法及其应用。例如就“化学工程”学科，介绍教学模型方法及其应用，介绍最优化及系统分析等基本概念，强化学生的专业知识，使学生掌握先进的专业研究方法。

第二步，以课外兴趣小组的形式，选择、选拔不同专业的部分优秀学生，学习基本的数值计算方法、最优化方法、模拟方法、绘图法等，完成上述方法的相应的程序设计。通过这样的形式有助于增强学生利用计算机处理常见的教学问题的能力。

第三步，在毕业实习过程中，深入研究各专业、各毕业专题的各单元操作特性，选择合适的教学模型。建立各单元间的模块关系，进一步增强学生利用计算机处理化工问题的实际能力。

第四步，在毕业设计过程中，选择实际的化工过程，让学生结合化工实例，在计算机上进行化工过程的模拟设计，并将结果和常规设计比较。让学生自己体会采用先进方法、先进手段的优越性。

四、处理教材

掌握教学内容的深浅度是取得较好教学效果的基本保障，在整个教学过程中较难处理是教材教学难度的问题。教师既要考虑有效地处理实际问题所需要的思想、方法、知识及教学内容的系统性，又要照顾学生能否较好地接受。考察化工中数据处理、数据库、单元模拟、优化设计及优化操作、系统分析等典型问题，要针对专业问题，选择基本的教学处理方法和程序设计语言（如：C语言和FOXBASE）。使学生在有限时间内，通过努力学习就能掌握针对化工生产问题的计算机应用知识。像多维最优化方法有好几种，其中重点介绍的序贯单纯形方法，虽然有时速度较差，但处理通常化工优化问题很有效，而且学生较容易接受。

五、提高上机操作质量

强化上机操作的质量，是培养学生实际动手能力的唯一途径。在教学过程中要保证学生有足够的上机时间，以帮助学生建立教学模型，选择合适的数值计算方法、编制程序，并解决程序调试过程中遇到的问题。使学生在学习先进方法的同时，通过足够时间的练习，对新方法、新手段进行消化，再组织并有所创新地通过程序解决化工实际问题，培养学生这种较高水平的操作动手能力。

总之，利用计算机进行模拟设计，比常规设计选用的教学模型更准确、细致，处理方法更先进，设计结果精确。例如精馏塔的常规设计，由于缺乏平衡数据，往往将非理想物系当作理想物系，由于受计算方法和手段的限制，只能将多组分物系清晰分割成双分，将各塔板上上升蒸汽量和下降液量的不相等情况处理成恒摩尔系统、用简捷计算代替严格的逐板计算。这种近似再近似的设计结果和实际情况相差很远。而应用UNFAC模型计算所缺少的平衡数据，可以快速准确地完成设计工作。

通过几年来的教学改革，不仅能使学生接受了系统的计算机应用知识，还让学生能从系统观点来处理化工问题。可以肯定，如果继续深化教学改革，一定能完善化工系统设计和调优工作，教学水平还能够得到不断提高。

参考文献：

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）07-0209-02

一、前言

碳正离子是一种带一个单位正电荷的不稳定粒子，最外层有6个电子。经典碳正离子是平面结构，碳为sp2杂化。大学有机化学中，亲电加成、卤代烷SN1取代、苯环亲电取代、频哪醇重排等反应中皆涉及碳正离子。所以重点把握碳正离子知识，对深入理解相关反应机理至关重要。

当前通用的大学有机化学相关教科书、参考书中，关于碳正离子内容存在不足之处，主要有以下两点：

书中仅讨论甲基、1°、2°、3°碳正离子及烯丙基、苄基碳正离子的稳定性顺序。如《有机化学（邢其毅）》[1]关于碳正离子的内容中，只简要解释了超共轭影响：因σ-p超共轭作用，碳正离子稳定性为3°>2°> 1°>CH3+。虽单独提到烯丙基和苄基碳正离子稳定性，却未提到烃基、杂原子等对碳正离子稳定性的影响。

此外，大部分书仅从定性分析角度讨论碳正离子稳定性，如《有机化学（贺敏强）》[2]中只用p-π共轭效应理论解释苄基、烯丙基这两个1°碳正离子比普通的1°碳正离子稳定原因，未作定量解释；书中提到苄基、叔丁基碳正离子比异丙基碳正离子稳定，却未比较这两者的稳定性；又如《有机化学（徐建明）》中只提到烯丙基碳正离子因p-π共轭效应稳定，炔丙基碳正离子也有这种作用，而书中没有两者比较。

本研究从定量分析角度出发，准确运用数据探究碳正离子稳定性。从烃基、杂原子、环状结构对碳正离子的影响三方面对碳正离子稳定性进行了研究，并结合教科书相关内容进行分析。

二、计算方法

所有的计算都在量子化学计算Gaussion09软件包中完成，所有分子、离子的几何结构优化使用B3LYP/6-31+G*方法，对优化结构进行频率计算确定为能量极小点（反应物、中间体或者产物）。优化均在溶液中进行，采用SMD溶剂化的模型，使用的溶剂是DMF（N，N-二甲基甲酰胺）。进行几何结构优化后，以此为基础进行单点能计算，使用M062X/6-311++G（2df，2p）方法，同样是在溶液中进行，溶剂化模型及溶剂与优化保持一致。本文中所描述的能量均指的298.15K和1mol/L时的标准态时的液相ΔGr，即为单点能计算获得的能量和频率计算得到的ΔGr校正项之和。对碳正离子稳定性的评估，通过下式（式1）进行，计算得到的ΔGr越小，表明碳正离子越稳定；反之则碳正离子越不稳定。

三、正文

1.烃基。

表1数据显示，碳正离子稳定性：3°>2°>1°>CH3+，ΔGr逐渐减小，计算结果与课本相符。

烯丙基碳正离子、苄基碳正离子比一般1°碳正离子ΔGr小，所以碳正离子也比较稳定。这证实：由于碳正离子的p轨道与双键发生p-π共轭效应，碳正离子稳定。

表1所示，烯丙基碳正离子的ΔGr小于炔丙基碳正离子（512.4 v.s. 597.1kJ/mol），前者更加稳定。两者都是p-π共轭，但sp杂化轨道的吸电子能力比sp2杂化轨道强，不利于碳正离子的稳定。另外也可以看出由于这种强吸电子能力，使炔丙基碳正离子比普通碳正离子更不稳定。

有趣的是，一般认为共轭效应强于超共轭效应，本次研究发现：苄基碳正离子要比叔丁基碳正离子的ΔGr大（431.3 v.s. 316.9kJ/mol），后者稳定性好。所以课本中对于这两个效应比较不够严谨，如果参于超共轭效应的C-H σ键数目足够多，超共轭效应会强于共轭效应。

2.杂原子。

表2中：7、8号碳正离子的ΔGr小于2号，说明羟基、氨基使得碳正离子稳定。羟基、氨基对碳正离子的诱导吸电子作用，使其稳定性降低；O、N的p轨道与碳正离子的p轨道共轭，使其稳定性升高。从结果来看，p-p共轭效应更强，羟基、氨基使碳正离子稳定性增强。

3、4、5号碳正离子ΔGr大于2号，从结果来看，诱导吸电子效应比p-p共轭效应更强，从而使碳正离子不稳定；3号、4号和5号碳正离子的ΔGr小于1号，所以卤素稳定碳正离子的能力比氢强。

3、4、5号碳正离子，F、Cl、Br电负性依次减小，诱导吸电子能力依次减小，理论上是3号最不稳定。但从微观结构来看，C、F、Cl、Br共价半径分别是77、71、99、114 pm。C、F共价半径较接近，两者p轨易交叠，p-p共轭效果好。Cl、Br共价半径与C相差大，p轨重叠度降低，共轭效果不明显，使5号最不稳定，证实共轭效应起主导作用。综上，稳定碳正离子能力：甲基>F>Cl>Br>H。

《有机化学（胡宏纹）》涉及频哪醇重排提到：“一开始生成的是比较稳定的叔碳正离子，为什么会引发重排？可能是重拍后生成的新碳正离子上有给电子的羟基，稳定性更高。”本次研究肯定了@个假设。图1：

表2中，同为2°碳正离子，氧原子直接相连的碳正离子（表2，7号）比与烷基相连的碳正离子（表2，2号）ΔGr小（378.6 v.s. 441.7 kJ/mol），证实频哪醇重排反应动力是生成更稳定碳正离子。

3.环状结构。三元环较特殊，形成碳正离子时开环为较稳定的烯丙基碳正离子。因为三元环对应的碳正离子ΔGr与烯丙基碳正离子的ΔGr较接近（500.6 v.s. 512.4 kJ/mol），证实上面的结论。从理论上来看：三元环碳正离子是2°碳正离子，而开环后形成的烯丙基碳正离子是1°碳正离子，前者比后者更稳定，但由于三环环张力太大而导致了开环，即环张力对三元环碳正离子的影响较大。而对于四环、五环和六环碳正离子ΔGr的值相近（分别为：432.2、467.6、478.8 kJ/mol），环内张力对碳正离子的稳定性影响小，不开环，只形变。

四、总结

本研究通过理论计算方法定量分析各种碳正离子稳定性，发现：

1.常见碳正离子稳定性顺序：3°>苄基碳正离子>2°>烯丙基碳正离子>1°>炔丙基碳正离子>CH3+。

2.稳定碳正离子能力：甲基>F>Cl>Br>H。

3.三元环在形成碳正离子时会开环生比较稳定的烯丙基碳正离子，而四、五、六元环碳正离子的环内张力对碳正离子的稳定性影响小，只发生形变。

本文从纵向定性角度比较，横向定量角度分析不同类型碳正离子稳定性，进一步完善其相关知识，相信会对大学生学习有机化学课本中碳正离子相关知识有所帮助。

参考文献：

[1]伍越寰.有机化学[E].合肥：中国科学技术大学出版社，2002.

篇9

呈现“多样化”到“优化”的追问

《数学课程标准》指出：“由于学生生活背景和思考角度不同，所使用的方法必然是多样的，教师应尊重学生的想法，鼓励学生独立思考，提倡计算方法的多样化. ”算法多样化是新课程倡导的理念，而真正实现算法多样化，只有在充分的观察比较中，学生才会有所体验、感悟，才会有所收获. 运算律的学习，就是让学生能灵活运用运算律进行简便计算. 但在实际计算中，学生虽认识到计算的多样化，却不能深刻把握计算方法的最优化，也就是对各种计算方法不能进行有效的甄别，计算过程与方法并没有彰显简便计算的最大数学价值.？摇？摇 例如，教学25×36的简便计算时，学生往往呈现下面两种最常见的计算方法.

对于这两种计算方法，大部分教师受算法多样化的影响，认为这两种计算都是可以的，均体现了学生在计算过程中已运用相关运算律进行简便计算，说明学生已经养成运用运算律进行数学简算的意识，运算律在计算中的简算作用也已被运用. 在具体教学时，一般教师都喜欢说：“这两种方法都是可以的，你喜欢用哪种方法就用哪种方法计算.”诚然，这两种运算方法是对的，也可以说是简便的，但还没有达到运算的最高境界――“优化”. 因为学生还没有感悟到简便计算的真正价值，需要进行进一步的甄别与引导. 所以，教师要继续引导学生进行深入思考，引导学生进行观察比较：一个是“5×36”，一个是“4×25”均是两位数乘一位数的进位乘法，“5×180”和“100×9”谁计算更简便呢？通过这样追问，学生在深入的观察比较基础上会做出新的抉择，从而使学生的思维向更远、更深的方向迈进.

实现“感知”到“感悟”的追问

让学生经历数学知识产生、发展、形成的过程，从而揭示其本质的特征是小学数学课堂教学的目标之一. 如果仅从事物的概念入手，小学生因理解能力、理解方式的差异往往只能获得肤浅的认识，对数学知识的本质理解不够. 这就需要我们在平时的教学中，不断地追问数学知识的“源头”，追寻数学知识的“根”，让学生经历从无疑―生疑―解疑―领会的思维过程获得知识，从而提高其数学的应用能力. 例如教学“除法竖式的简便计算”时：

王老师有900元，如果篮球的单价降为40元，王老师有的钱可以买多少个？还剩多少元？

900÷40=20（个）……20（元）

答：可以买_____个，还剩_____元。

“余数为什么是20而不是2”，带着这样的疑问，引导学生解决问题的方法就是通过已有的验算方法进行验证，从而判断出余数是20而不是2. 这样得出的正确答案，学生只是从直观上验证感知，并没有感悟余数为什么是20而不是2这一数学原理. 因此，教学不能戛然而止，仍可适时追问：余数为什么是20而不是2？通过引导学生思考余数的“由来”及计算过程中“商不变的性质”运用，体会到：（90）个十里面有（22）个（4）个十，还余（2）个十. 通过这样的追问，学生就能领悟余数的“来龙”与“去脉”，理解余数的“根”，既知其然，又知其所以然，让学生的思维随着数学知识的加深与发展而得到不断提高.

演绎“浅表”到“深度”的追问

学生思维水平的深浅反映了一个学生运用已有知识经验进行观察、猜想、分析、归纳等方面的综合能力，不断提高学生的思维水平对数学学习能力的提升起着至关重要的促进作用. 例如，“长方体和正方体的认识”的教学如下.

师：刚才，同学们动脑筋并有条理地数出了长方体有――

生：6个面，12条棱，8个顶点.

师：我们的研究不能满足于“是什么”，还要探究“为什么”.

（学生疑惑地用眼神告诉我：这有什么“为什么”，事实就是这样嘛）

师：没问题？我先来说一个，长方体有6个面，每个面都是（长方形），长方形有4条边，这些边就是长方体的（棱）. 那长方体就应该有6×4=24条棱，可为什么只有12条棱呢？

生：（指着直观图）就拿这条棱来说，它既是上面的一条边，又是前面的一条边，所以，在计算时，同一条棱算了两次. 其他的棱也是这样.

师：那应该怎样算呢？

生：6×4÷2=12条棱.

师：你现在也能提一些“为什么”的问题吗？

生1：长方体的6个面，每个面上有4个顶点，能算出24个顶点，为什么只有8个顶点？

师：问得好！你有答案吗？

生1：我有答案，但想让其他同学回答.

生2：（指着直观图上的一个顶点）这个顶点既是上面的一个顶点，又是前面的一个顶点，还是右面的一个顶点，也就是说这个顶点计算时被算了3次，其他顶点也一样. 所以应该用6×4÷3=8个顶点.

师：真是太好了！刚才我们是由面的个数，根据面与棱、顶点之间的关系推算出棱的条数、顶点的个数. 你还想研究什么问题？

生1：能不能由棱的条数推算出顶点的个数、面的个数？

生2：由顶点的个数是不是也能推算出面的个数和棱的条数？

师：真会提问题！同学们有兴趣研究吗？

（学生兴致勃勃地研究并汇报了两个问题. ）

师：观察一下这6道算式，在利用面、棱、顶点之间的关系推算时，有什么规律？

生1：都先算出了24. 这是为什么？

（学生陷入了沉思，不一会儿，陆续举起手）

生2：这儿的24表示的是24条边（棱）或者24个顶点. 因为长方体是由6个长方形围成的立体图形，这6个长方形一共有24条边、24个顶点.

生3：推算时，就要先算出24条边或24个顶点，再看看与要求的面、棱、顶点之间的数量关系，计算出最后的结果.

师：教师也没想到，同学们通过自己的积极思考，弄清楚了这么多“为什么”.

……

师：同学们通过看一看、量一量、比一比等多种方法发现了长方体面和棱的特征. 除此之外，有没有其他方法研究面和棱的特征？

生：通过重叠比较，我们发现长方体相对的面完全相同. 两个长方形完全一样，也就是它们的长和宽分别相等. 所以，长方体相对的棱长度相等.

师：反过来呢？

生：通过测量，我们发现相对的棱长度相等. 而相对面的长和宽分别是两组相对的棱，长和宽分别相等的长方形完全相同.

师：真厉害！看来，研究长方体的特征不仅可以通过操作来发现，更可以运用所学的知识思考来发现. ？摇

从学生熟悉的面（长方形）的数量和特征出发，联系面围成体的活动经验，对棱的条数、顶点的个数及棱的特征展开验证性推理是非常有价值的. 这其中有凭借经验和直觉，通过归纳和类比进行的推测，也有依据已有的某个事实，按照逻辑和运算进行的推理. 形式化结果的解释也蕴涵着丰富的推理，由面到棱和由棱到面的特征推断让我们看到了证明的雏形. 课堂上经常引领学生进行此类的数学判断与思考，学生的数学思维一定会由“浅表”向“深度”不断提升.

提升“直观”到“抽象”的追问

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中图分类号： V435文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2015）03-0051-03

The Simulation Study of Inner Flow Field for DualPulse

Solid Rocket Motor with Rigrid Clapboard

Bai Taotao1， Mo Zhan1，2， Zhang Yuefeng1， Fang Lei1， Sun Zhenhua1， Wang Hugan1，2

（1.China Airborn Missile Academy，Luoyang 471009，China；

2. Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Airborne Guided Weapons， Luoyang 471009， China）

Abstract： Studying on the influence of different interstage ports on the ablation of firstpulse’s insulator and flow loss under the same total area of interstage ports，the numerical simulation of inner flow field is applied to dualpulse solid rocket motor with rigrid clapboard. The results show that the backward eddys can enhance the ablation of insulator， and there is the worst ablation at reattachment point. The change of the shape and position of interstage ports have little effect on the flow loss of clapboard， but the optimal design can improve the intake capacity of interstage ports. Reducing the diameter of outer ports and increasing central port can weaken ablation effectively.

Key words： solid rocket motor； dualpulse； rigrid clapboard； flow field； numerical simulation

0引言

导弹采用双脉冲发动机具有射程更大、 末端速度更高和机动性更强等优势[1-2]。 常见的双脉冲发动机多为隔板式， 隔板又分为硬隔板和软隔板两种[3]。 在研究硬质隔板的过程中发现， 设计级间隔板开孔布局、 形状和大小时不但要考虑隔板承

收稿日期： 2015-03-20

基金项目： 国家自然科学基金资助项目（11402283）

作者简介： 白涛涛（1983-）， 男， 河南洛阳人， 硕士研究生， 研究方向是固体火箭发动机仿真。

压性能和打开性能， 而且要考虑到点火装置布局、 发动机热防护和流动损失的影响[4-5]， 一旦隔板设计不合理， 很容易造成发动机壳体的热防护失效[6-7]。

本文针对某双脉冲固体火箭发动机， 在总开孔面积一定时对硬质隔板采用不同开孔形状和布局情况下的内流场进行了数值计算， 分析了其对发动机绝热层烧蚀和流动损失的影响。

1物理模型与计算方法

1.1物理模型

1.1.1双脉冲发动机物理模型

本文涉及的双脉冲发动机物理模型如图1所示， 具体由以下几部分组成： 一脉冲、 第1点火装置、 隔板结构、 二脉冲、 第2点火装置和喷管。

图1双脉冲发动机模型

1.1.2隔板结构模型

本文涉及的三种隔板几何模型如图2所示。 三种隔板结构的总开孔面积相等， 开孔形式和布局方式有所不同， 其中结构A在隔板上开了8个周向均布的等面积花瓣形孔； 结构B在隔板上开了24个周向均布的等面积圆孔； 结构C在结构B基础上将安装点火器的位置改为中心孔， 减小了最外层孔面积， 并对所有孔都进行倒角设计。

图2多脉冲隔板开孔形式

1.2计算方法

1.2.1基本假设

由于多脉冲发动机燃烧室内的流动是一个相当复杂的物理和化学过程， 为简化计算， 本文模型基于如下假设：

（1） 在燃烧室内流动过程中， 均不再发生化学反应， 也忽略热辐射的作用；

篇11

中图分类号：TH3文献标识码：A文章编号：16721683（2013）03017304

泵站工程中，供给生产的用水称为技术供水，包括冷却水和水，其中冷却水主要供应电机或齿轮箱的油（空气）冷却器，供应量约占全部供水量的85%左右[13]。冷却水供应既要保证持续供给，又需满足设备冷却要求，是泵站技术供水系统的重要组成部分，该系统设计的合理性与经济性，直接影响机组运行可靠性及日常运行成本。

传统的泵站技术供水系统一般采用河水直供方式，近年来出现了一些新型技术供水方式，如利用板式换热器[4]或冷水机组[56]形成循环供水方式。另外，利用置于水中的盘管冷却器，通过热交换实现管内水体冷却的循环供水方式在部分泵站技术供水系统中得到应用，这种冷却器随主体工程一次设计建成后，可长期运行。从热量传递方式看，盘管冷却器属于间壁式热交换器[7]的一种，但与化工、暖通等行业使用的定型产品不同，冷却盘管置于开放式水池中，无需提供冷流体，而是依靠天然水体冷却，因此节能、环保。常见换热器盘管换热面积计算在各种技术手册中均有说明，同时毛培元[8]采用列图法提出了化工生产中盘管热交换器最佳尺寸确定方法，沙站等[9]认为闭式冷却塔中管壁热阻对泠却盘管传热影响较小，可忽略不计，而泵站技术供水系统中盘管冷却器换热面积计算尚未见相关文献说明。

1技术供水系统组成与布置

盘管冷却器是指由金属管道弯曲形成盘状、置与自然水体中的热交换系统。根据管外水体流动与否，可分为静水冷却器和动水冷却器两类。静水冷却器一般安装于泵站排水廊道或空箱岸墙内，要求有较大的水体容量，多做成具有较多弯头的蛇状盘管，见图1（a）。由于周边水体处于静止状态，静水冷却器对管道的安装固定要求较低。动水冷却器可安装于出水流道中或进出水池内，由于周边水体处于流动状态，对安装固定要求较高，通常做成较长的通道形式，利用站墩等大体积混凝土进行固定，见图1（b）。

包括盘管冷却器在内的循环供水系统主要由油（空气）冷却器、供水泵、盘管冷却器、管道、闸阀等组成。根据机组是否共用冷却器，又可分为单台机组独立循环系统和多台机组共用循环系统两种形式，见图2。运行初期利用补水装置、供水母管向系统充水，充水完成后关闭系统与供水母管连接闸阀，开启供水泵，实现循环运行。

常见冷却器由冷水系统与热水系统组成。由图2可知，本文所述的盘管冷却器仅包括热水系统。相对于利用板式换热器或冷水机组组成的循环供水系统，冷水系统根据泵站站身特点，直接利用天然水体，工程直接投资可减少一半，同时也提高了运行可靠性。

2盘管冷却器的传热计算方法

传热计算的主要目的是根据设备冷却负荷要求，确定换热面积，优选布置方案。

2.1热负荷计算方法

泵站工程中，需用冷却水的设备主要有电机、齿轮箱、推力轴承等，油（空气）冷却器中的热流体（主要为水）在盘管中流动，通过管外冷流体（水）的流动，利用管壁的热交换带走热量，达到冷却目的。

假设盘管中水体传热为恒压过程，不计盘管以外段管道热量传递，根据热力学定律，热负荷计算公式为：

Q=qmCp（T1-T2）=ρqCp（T1-T2）（1）

式中：Q为盘管冷却装置需冷却的热负荷（W）；qm、q为管内热水的质量流量（kg/s）、体积流量（m3/s），一般由设备厂家确定；Cp为管内热水的平均恒压比热（J/kg·℃）；ρ为管内热水的平均密度（kg/m3）；T1、T2为冷却盘管内热水进、出口温度（℃），一般可采用设备油（空气）冷却器的出口与进口温度。

2.2换热面积计算方法

盘管冷却装置的理论换热面积可由传热基本方程计算确定，即：

St=Q1KΔtm（2）

式中：St为盘管理论换热面积（m2）；K为管道传热系数（W/m2·℃）；Δtm为传热平均温度差（℃）。

考虑管壁污垢等不确定因素影响，设计换热面积S=Kα·St，Kα为安全系数，可取1.5～2.0。

2.2.1传热平均温度差Δtm计算方法

通常管外冷却水体容量较大，可将盘管传热简化为管内水体变温，管外为恒温状态的错流传热模式，则有：

Δtm=T1-T21ln（T1-t1T2-t）（3）

式中：t为管外流体温度（℃）。

2.2.2管道传热系数K计算方法

盘管可采用不锈钢或碳钢等材质制成的弯曲管道，根据对流传热基本方程，热、冷流体通过间壁的传热是一个“对流传热-热传导-对流传热”的串联过程，盘管传热系数可用下式计算：

K=11d01αidi+Rsi+δd01λdm+Rso+11αo（4）

式中：αi、αo为管壁内外侧水体的传热膜系数（W/m2·℃）；Rsi、Rso为管壁内外侧污垢热阻（m2·℃/W）；δ、λ为管壁厚度（m）及导热系数（W/m·℃）；di、do、dm分别为管道内径、外径、平均直径（m）。

对于管壁内外侧水体的传热膜系数，根据水体流动方式及速度不同，分别采用相应计算方法[1011]。

（1）管壁内侧水体传热膜系数αi。

通常冷却盘管内水体雷诺数Re在10 000以上，水体流动方式为湍（紊）流，有：

αi=0.023λw1diRe0.8Pr0.3=0.023λw1di（diuρ1μ）0.8Pr0.3

式中：Pr、u、ρ、μ和λw分别为管内水体普兰特准数、流速（m/s），密度（kg/m3）、水体动力黏滞系数（Pa·s）和对流换热系数（W/（m2·℃））。定性温度采用管道进出口温度的算术平均值。应用时，要求0.7

（2）管壁外侧水体传热膜系数αo。

a.盘管外为流动水体。当盘管位于流动水体中时，参照间壁式换热器中直列管的计算方法，即：

αo=0.26φλw1doRe0.6Pr0.33=0.26φλw1do（douρ1μ）0.6Pr0.33

式中：Pr、u、ρ、μ和λw为管外水体物理参数，意义同前，定性温度直接取水体温度；φ为管道排数修正系数，由于间距较大，参照间壁式换热器取0.64。

b.管道外为静止水体。盘管位于静止水体中时，此时传热以自然对流为主，则：

αo=cλw1do（Gr·Pr）n=cλw1do（ρ2gβΔtd3o1μ2·Cpμ1λw）n

式中：Gr为管外流体格拉斯霍夫准数；Δt=tw-t，tw为壁温，t为流体温度；定性温度tm=（tw+t）/2；β=1/（273+tm）；c、n为系数，当104

3计算案例与讨论

现以某轴流泵站为例，分析盘管冷却器管道内、外水体流速及管壁材质对换热面积的影响。该站共安装2 800 kW同步电机3台套，设计要求电机油冷却器进水温度不高于33 ℃[12]，经过电机后温升4 ℃，每台电机冷却水量为8.0 m3/h，共用一套冷却装置。盘管冷却装置进口温度T1取37 ℃，出口温度T2取33 ℃，管外水体温度取25 ℃。分别计算不同管内、管外水体流速、管壁材料与盘管换热面积St关系曲线，见图3。

由图3可得以下结论。

（1）盘管处于静止水体中的情况下，管外流速为0 m/s，以自然对流传热为主，利用水体容量带走热量，此时所需盘管换热面积最大。如管外水体容量较小，机组长期运行易导致其温度升高，传热平均温差减小，所需换热面积将进一步增加。

（2）盘管处于流动水体中的情况下，以强制对流传热为主，利用水体流动带走热量， 此时随着管外水流流速加大，换热面积逐渐减小，但管外流速增加到一定数值时，会在管壁产生脱流，换热面积不再下降且基本保持不变。管外流速增加，对管道结构强度及安装要求随之提高。从本例看，管外流速不宜大于3 m/s。

（3）随着管内流速的增加，所需换热面积随之减小，但管内流速增加至某一值时，换热面积基本保持不变；同时管内流速加大，相应管道水力损失增加，运行成本亦将增加。从本例看，管内流速不宜大于2～2.5 m/s。

（4）对于不锈钢管、无缝钢管、铜管制成的盘管，30 ℃时，不锈钢管的导热系数约为17 W/（m2·℃），无缝钢管为52 W/（m2·℃），铜管为382 W/（m2·℃），尽管三者导热系数相差较大，但换热面积相差不到20%，说明管壁材质对换热面积的影响与导热系数不成比例，材料选用时主要考虑造价、防腐及导热等因素。

4成果应用

目前江苏省江水北调的淮阴二站、常州市城市防洪工程南运河枢泵站、通榆河北道送水工程大套三站、走马塘张家港枢泵站等工程采用了盘管冷却器，换热面积采用前述公式计算，经多次运行，运行效果良好。各站盘管冷却器设计参数见表1。

5结语

（1）结合泵站工程特点，利用置于天然水体中并进行冷却的盘管冷却器组成密闭循环供水系统，是一种节能、可靠的技术供水方式。

（2）位于流动水体中的动水冷却器所需换热面积少于静水冷却器；加大管道内、外水体流速，对减少换热面积是有利的，但随着流速加大，管道安装要求及运行成本相应提高，因此管内、外水体流速的选择应考虑其经济合理性；管壁材料表1部分泵站盘管冷却装置设计参数

（3）利用文中提出的换热面积计算公式求得的盘管面积，经实际工程运行检验，立式机组电机上下导轴承油温均未超标，机组运行稳定，工程运行良好，该计算方法可供其他工程设计参考。

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【中图分类号】G456 【文章标识码】B 【文章编号】1326-3587（2012）11-0063-01

高一新生从初中升入高中，学科的基本概念、基本理论及知识容量、内容体系各方面都存在一个从量到质的飞跃，产生了化学学习上的不适应，由此带来了初高中化学教学衔接问题。

一、初高中教材的对比分析

初中化学课程是糅合在自然科学内容中，教学对初中化学知识主要是常识性介绍，并将化学知识与生活实际社会相联系，图文并茂，可看性强，并设立了很多探究性内容，在某个知识点的理解上更易被学生接受。但由于初中化学内容的局限性，使化学知识无法形成一个比较完整的知识体系，对每一部分知识只介绍其中一个点或很少一部分，知识间联系少。而这部分内容在高中化学教材中一开始就直接提到要直接应用的知识。高中教材站在了高起点，而初中教材没有为这个高起点搭起必要的基础。我校使用的苏教版高中化学必修（1），一册内容就集中了大量的元素化合物知识。对这一部分知识的理解，课本设计大量的探究性实验去认识掌握物质的性质，培养学生的探究精神，促使学生碰到问题主动思考、勤于思考、善于思考，这都是科学的方法。在新生还不具备化学思维去看清问题的时候，高密度、大容量的知识会使教学中对学生能力的培养显得力不从心。甚至在高一阶段为赶教学进度，学生根本没有实验的时间，也就没有机会体会到化学实验探究带来的成功感。相反由于所学知识内容太多、容量太大，学生跟不上教学进度不能有效提高学习成绩而失去了学习化学兴趣，这真是适得其反了。

二、初高中化学教学衔接中出现的问题

1、高一新生化学认知问题按照教学安排，开学后我们先对新生进行化学摸底测验，通过对学生答卷情况分析，主要暴露出以下几方面问题：第一，化学用语不规范。具体有不清楚一些离子所带正负电荷数，一些元素所呈现化合价不甚明了，进而体现在不能用正负化合价代数和为零原则正确书写分子式。比如氯化银的化学式写成AgCI2；“氨”和“铵”区分不清等。第二，写化学方程式感到困难。有的没有配平方程式，不注明沉淀、气体符号，反应条件不清等是较为普遍现象，而且不能根据一些物质间的变化规律，从已知的反应物出发，写出生成物，也不会运用已学过的反应规律去判断一些物质间是否能反应。

这方面典型的错误有：Fe与HC1溶液反应结果生成F～C13；CO2通入CaCl2溶液中有白色沉淀生成等。第三，化学计算是最大难题。大部分学生面对化学计算题觉得无从下手，不会运用化学知识去分析问题、思考问题，不能把题干中已知条件和数据建立起正确的定量关系或比例关系，计算题的解题过程没有计算格式和步骤。

2、高一新生的学习方法问题在初中课堂教学中，因为所学内容简单，所教内容又少，课堂上对所教内容的反复次数多，留有足够的时间让学生去理解，去练习，再通过教师对知识的归纳，学生很容易掌握化学知识，学生在学习主动性上的欠缺和思维上的惰性、依赖性，不会对学习造成多大障碍。而进入高中课堂，所学知识内容一下子增多又密集，知识容量增大，教学安排又很紧凑，上课时学生稍有走神就会遗漏相关重要内容，且新生大多不习惯记课堂笔记，即使对教材中一些内容所作的拓展和补充，他们也只是听听过，不做必要的摘记或注脚，这样在课后对本堂课所教内容就有大量遗忘了。而现行的新教材文字又极其精练，学生极不可能通过课余自己看书达到弥补课堂听课和笔记的损失，这样一段时间下来，很多学生觉得没学到什么知识，产生消极情绪。

三、初高中化学衔接教学的对策

1、“循序渐进”，安排衔接教学教学中要有计划的补足初中教学中没有安排，而在高中化学中常需要应用的知识点和一些基本化学理论。主要包括这样几方面内容：一是化学用语部分，要强调规范化，特别对一些常见元素化合价要交代清楚，以达到能正确书写分子式。二是整理归纳各类物质的基本性质，梳理各类物质问的转化关系，能根据一些反应规律，书写各类物质相互间基本反应的化学方程式，并进行适量的练习训练。三是在新生别薄弱的化学计算问题上，如溶解度与溶液百分比浓度的计算，运用化学方程式的计算，过量问题计算，以及在具体计算时差量法、平均式量法等这部分初中化学没有涉及到的基本计算方法的运用。当然计算能力的提高并非短时间能达到，需要在平时教学中时时渗透，重点抓三方面问题：第一，解决计算问题的基本思路：第二，解题的规范化；第三，计算方法的准确应用。主要落实在物质的量计算，离子反应、氧化还原反应的计算，多步反应中找关系的计算，有关过量问题的计算等。通过时时渗透，长期练习，以提高基本计算能力。

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0 引言

扭转弹簧是各圈紧密或分开围绕，能适任扭转负荷（与弹簧轴线成直角）的一种弹簧。工程上最常见的弹簧为外臂单扭弹簧，相应的工程算法也是基于外臂单扭弹簧进行的。由于工程算法在计算过程中需要查阅大量的材料参数，同时还需要对一些参数进行近似、圆整，导致在工程计算时存在工作量大、设计弹簧非最优弹簧等问题。本文提出了一种基于穷举法的扭转弹簧设计方法，并通过程序将其实现自动化，解决了工程算法中存在的问题。

1 工程设计方法与基于穷举法的方法介绍

某一典型的扭簧初始输入参数如表1所示，表中规定了扭簧的最大、最小工作扭矩、工作扭转角、类别及自由角度。

自由角度是扭簧两个伸臂之间的夹角，根据表1中的外伸臂自由角度120°，对应扭簧圈数的小数位为0.167。

1.1 工程设计方法介绍

传统的工程设计算法首先根据对扭簧工作次数要求选定扭簧的类别及材料，接着初选钢丝直径及旋绕比，计算初选扭簧参数对应的许用弯曲应力及曲度系数，从而得到钢丝直径标准值及实际许用弯曲应力，若实际许用弯曲应力大于初选材料弯曲应力，则该直径为可行直径，否则重复上述步骤。得到合适的钢丝直径以后，进一步确定扭簧中径及旋绕比。接下来再根据给定最大/最小工作扭矩得到弹簧圈数及刚度，确定实际工作时最大/最小扭转角及扭转力矩以及极限工作参数。由极限工作参数验证扭簧的最小稳定性指标。若符合要求则该扭簧满足设计要求。

由上述流程可发现通用的工程算法存在3个问题：

1）初选值需要充分的工程经验，一旦选偏就会导致计算过程反复，甚至无法找到符合要求的扭簧值区间；

2）一次计算只能得到一个满足条件的解，且不一定是最优解；

3）本文选取的算例给定的输入是扭转力矩及扭转角，有时扭簧设计会给定不同的输入条件，如空间约束时输入可能是扭簧内外径等其他参数，此时扭簧计算又需采用另一套流程。

为解决上述问题，本文提出一种基于穷举法的扭转弹簧设计方法，该方法的具体过程将在下一小节具体阐述。

1.2 基于穷举法的扭转弹簧设计方法介绍

基于穷举法的扭簧设计方法流程图如图1所示。

首先，根据工作周期确定弹簧的类别，接着确定弹簧遍历参数（弹簧丝径、圈数、中径以及节距）的遍历区间及步长。然后确定约束条件，如最大工作角度、最大工作角度状态对应的内径要求、自由状态长度、旋绕比、弹簧刚度等。在确定遍历区间和步长后进行遍历，计算出每一个在遍历区间的弹簧性能性能参数，与约束条件进行对比，若该弹簧满足约束条件则进行输出，否则进行排除。由此便确定了在遍历区间内所有满足约束条件的弹簧。

2 工程设计方法与穷举法计算结果对比

2.1 工程设计方法的计算

1）初选钢丝直径及旋绕比

选用碳素钢丝C级，丝径，对应抗拉极限强度，许用弯曲应力。初定旋绕比，对应曲度系数。

2）确定实际钢丝直径

取标准丝径4mm，对应，大于初选值1500Mpa，该直径可行。

3）扭簧中径D及旋绕比C，取标准中径25mm，实际旋绕比

4）确定扭簧圈数及扭簧刚度

根据表1规定实际圈数为6.167，刚度。

5）极限工况参数确定及稳定性分析

极限应力，对应的极限扭矩及扭转角为，。最小稳定性指标nmin=（）4=0.1

6）其它参数

最大工作扭转角，最小工作扭转角，从而实际最小工作扭矩。

2.2 基于穷举法的扭转弹簧设计过程

基于穷举法的扭簧设计输入如图2所示。

弹簧类别选用Ⅲ类，根据表1可知扭簧刚度：。最大工作角度需大于最大工作扭矩扭转角60°。

扭簧材料选用碳素弹簧钢丝C级，直径范围取1-8mm，步长0.1；圈数范围取1.167到8.167，步长1；扭簧的中径范围取1到40mm，步长1；扭簧的间距取0.5mm。

判断条件需满足理论最大工作角度大于实际最大工作角度以及稳定性要求，旋绕比在4-16。刚度范围在98-102。

通过计算，满足上述输入条件，遍历条件和判断条件的扭簧共9个，这里选取理论最大工作扭转角（极限扭转角）最大的扭簧，其基本设计参数如表2所示

表2 穷举法解扭簧基本参数

对应扭簧的极限扭转角为94.43°，极限扭矩为，刚度为100.74N.mm/°，最终得到的扭簧最大扭转角为，最小扭转角为，最小工作扭转力矩为。

2.3 工程设计方法与穷举法计算结果对比

工程算法计算结果与穷举法计算结果如表3所示。从表中可以看出与工程算法计算的扭簧刚度相比，穷举法计算出的扭簧的输出值（刚度，最大最小扭矩等）更接近于设计要求。

通过穷举法计算出的扭簧极限扭矩为9512.406N.mm，其远远大于工程计算结果计算出的极限扭矩6640.4N.mm。即当扭簧在最大工作扭矩状态时，穷举法计算出的扭簧的工作应力将远远小于工程算法计算出的扭簧的工作应力，因此穷举法计算出的扭簧的蠕变将会大幅减小，工作寿命也将大幅提高。

表3 工程算法与穷举法计算结果对比

从计算过程中也可以看出，工程算法需要进行繁琐的计算，对设计者的经验要求较高。与之相比基于穷举法的扭簧设计思路只需设计者了解输入要求及约束条件即可，能大大简化扭簧的设计过程，提高扭簧的设计效率。

3 小结

本文首先就典型的扭簧设计工程计算方法进行说明，接着提出一种基于穷举法的扭簧设计方法并对该方法的流程进行详细阐述。然后分别采用工程计算方法和基于穷举法的扭簧设计方法对典型的工程输入条件进行了扭簧设计。最后通过对两种设计方法计算出的扭簧相关参数进行对比分析，证明了基于穷举法的扭簧设计方法的优越性。得到的结论如下：

（1）扭簧的工程算法对设计者经验要求较高，公式较为复杂，同时过程较为繁琐。

（2）基于穷举法的扭簧设计方法可以使设计者无需了解详细的设计过程，仅需对输入条件和约束条件进行了解，即可完成扭簧的设计。

（3）与工程算法计算出的扭簧相比，基于穷举法的扭簧设计方法设计出的扭簧在扭簧的性能和寿命上有较大的优势。

【参考文献】