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常见化学计算方法样例十一篇

时间:2023-08-27 15:11:48

序论:速发表网结合其深厚的文秘经验,特别为您筛选了11篇常见化学计算方法范文。如果您需要更多原创资料,欢迎随时与我们的客服老师联系,希望您能从中汲取灵感和知识!

常见化学计算方法

篇1

1 前言

对于天然气的开发来说,无论是勘探阶段还是开发阶段,天然气储藏量的研究一直是我们工作的重点,也是我们进行天然气开发工作的一项重要任务。因此,天然气的开发和利用来说,天然气气藏储量计算的精确性成为我们追求的整体目标。传统的天然气气藏储量的计算方法具有一定的局限性,计算过程中的误差较大,不能完全适应天然气气藏储量计算精密性的特点。因此,我们必须从我国当前天然气气藏储量计算方法的实际出发,全面总结天然气气藏储量计算方法的优缺点,结合具体的工作实际进行创新,全面提升天然气气藏储量计算的精密性和科学性。

2 天然气气藏储量

所谓天然气气藏储量指的是埋在地下的天然气的数量。天然气气藏储量分为地质储量,即地下油层中油气的实际;可开采量,即在现有的经济技术条件下可以开采出的天然气储量,因此,天然气的采收率就是地质储量与可开采量的比值。我们根据地质、地震、地球化学等资料的统计或者是类比估算的尚未发现的资源量被称为天然气的远景资源量,天然气的远景资源量又分为推测资源量和潜在资源量。推测资源量是指我们在对区域的地质环境等因素进行综合考察基础上,结合盆地或者生油岩有机化学资料而计算的资源量。根据天然气资源的开采过程,我们可以将天然气气藏储量分为探明储量、控制储量和预测储量。所谓探明储量是指在天然气的开发过程中所知晓的实际天然气气藏储量,又分为基本探明储量、未开发探明储量和探明已开发储量三类。对于控制储量来说,指的是在天然气气藏储量详探过程中,对少数的评价井进行计算之后所得到的储量值。而预测储量是在地震详查以及其他方法提供的圈闭内,经过预探井钻探获得油气流、油气层或油气显示后,根据区域地质条件分析和类比的有利地区按容积法估算的储量。

3 常见的天然气气藏储量计算方法

常见的天然气气藏储量计算的方法有压力降落法和容积法两种。

3.1 压力降落法

压力降落法的基本原理是利用由气藏压力与累积产气量所构成的“压降图”来确定气藏的储量。这种方法必须依赖于一定的条件,首先,它要求整个天然气气藏是相互联通的,对于边缘还有油气带的天然气气藏,由于压力降低使得融在油中的气大量析出,会导致计算结果的不准确,因此,需要我们避免天然气的析出。此外,压力降落法一般只在气藏开采进行了一段时间之后使用,必须建立在大量的压力获得之后才能进行。压力降落法适用于天然气开采期间气藏容积不变的气藏,一般不能适用于水压力驱动气藏。这种计算方法具有一定的影响因素,首先,压力降落法实施过程中的单位压降采气量不可能为常数,因此,在很大程度上增加了控制的难度,此外,固井质量不合格也会导致压力降落法计算的结果不准确,其次,无论是系统的还是人为的产量计量和压力计量的不准确也会影响天然气气藏储量计算的不准确。

3.2 容积法

容积法计算油气储量的实质是计算地下岩石孔隙中油气所占的体积,然后用地面的重量单位或体积单位表示。天然气的储藏量与平均地面原油体积系数、平局地面脱气原油密度、含油饱和度、平均有效孔隙度、平均有效厚度、含油面积、地质储量存在一定的关联性。对于有效孔隙度的确定,我们采用岩心分析法,之后对测井资料进行定量的解释和分析。对于原始含油饱和度的确定指油层尚未投入开发,处于原始状态下的含油饱和度。有效厚度的计算我们采用算术平均法和面积加数平均法。油层有效厚度的计算必须具备两个前提条件,即是在现有的工艺技术条件下可提供开发,在原油层内存在可动油。容积法相对于压力降落法来说少了较多的影响因素,但操作流程较为繁琐和复杂。

4.3 天然气气藏储量参数的确定

当有效储层的下限确定之后,容积法计算储量的关键,是对含气面积、有效厚度、有效孔隙度、原始含气饱和度、原始天然气体积系数等参数的确定。其中,最重要的参数是含气面积、有效厚度、有效孔隙度。有效孔隙度可以直接用岩心分析资料,在必要时我们应该分别确定基质孔隙和裂隙、溶洞孔隙度。在有效厚度的的计算中,应以气水界面或气层识别为基础,综合测试成果,用测井“四性”关系划分。通常采用在整个储集岩剖面中截去不具备产气能力的部分,即得有效厚度。在含气面积参数的确定中,应充分利用地震、钻井、测井和测试等资料,综合研究气、水分布规律和气藏类型,确定流体界面(即气水界面)以及遮挡(如断层、岩性、地层)边界,在气层顶(底)面构造图上圈定含气面积。

5 小结

石油、天然气气储量是石油和天然气在地下的蕴藏量,是油、气勘探开发成果的综合反映。对于石油、天然气的开发来说,无论是勘探阶段还是开发阶段,油气储藏量的研究一直是我们工作的重点,也是我们进行石油、天然气工作的一项重要任务。我们必须从天然气气藏储量计算方法的实际出发,不断创新,促进天然气气藏储量计算的精确性。

篇2

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。

篇3

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

篇4

中图分类号:V31 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)11(b)-0021-03

在航空科学技术广泛的领域中,进步与发展日新月异。而在航空技术的发展进步过程中,作为能源的航空燃料的发展显得尤为重要。在能源紧缺、环境恶化、先进航空与绿色航空亟待发展的大环境影响下,航空燃料的发展面临着新的挑战与机遇。

随着近代航空工业的飞速进步,航空燃料一直在不断发展中。但由于目前燃油紧缺和价格上涨,航空燃料已成为制约我国航空产业发展的重要因素之一。为了更好地发展先进航空燃料,对其性质的理论研究已成为当务之急。当前人们对喷馊剂系难芯恐饕集中在合成燃料、生物燃料及改性燃料3个方面,其中合成燃料成本相对较高;生物燃料有着广阔的前景,但仍处于试验阶段。在这种背景下,改性航空燃料不失为一种经济有效的方法。

该文通过改变航空燃料的配比及分析,以改良航空燃料的性能,从而提高航空燃料的利用率,降低飞行的风险,推动航空工业的发展。同时,在分析过程中,会对分子的结构与航空燃料的性能之间的关系加以总结,以便对完整的航空煤油组分结构进行理论分析。

1 研究过程

设计好的各配比的组分含量见表1。

1.1 航空燃料的密度

1.1.1 密度计算方法――基团键贡献法

密度在航空燃料的性质中占有很重要的位置。考虑到机身自重,所以要分析出燃料随配比变化而有所有益的一项,减轻飞机的重量,从而降低能耗。

研究密度有多种方法,比如LK方程、基团贡献法、基团键贡献法等。综合各方法利弊,选择基团键贡献法作为该文研究密度的计算方法。

基团键贡献法中的基团键是指两个基团之间形成的化学键。基团键的重点是考虑化学键所连接的基团,而不是原子。相比较其他计算密度的方法而言,基团键贡献法不仅计算量较小,而且考虑了基团的特性和链接性,能够更好地区分同分异构体,有着较强的区分结构的能力,有助于研究组分结构对密度变化的影响。

1.1.2 相关计算公式

定义GBi以确定基团键的种类和数目:

GB

密度ρ与分子结构密切相关,对于基团键GBi表征的分子结构而言,其密度ρ必然为GBi的函数,使用数学方法做近似的处理。考虑到不同基团键对密度的影响程度不同以及当基团键数目无限增加时密度区域有限值这一客观事实,故选择密度函数为:

其中,n(GBi)为基团键GBi的数目;ci和wi为与基团键特性有关的常数。这些常数均可查表获得。

1.1.3 计算结果与讨论

分析比较表2数据可知,设计配比为配比3的航空燃料密度值最大。配比2设计中直链烷烃组分与配比3相同,配比4设计中单支链烷烃组分与配比3相同,配比5设计中双支链烷烃组分与配比3相同,这3种配比密度值都低于配比3,因此没有一种结构对密度产生明显影响。而相对与配比1,配比3提高了各组结构中碳原子数较高化合物的组分含量,配比1为全组中计算密度值最低的配比,因此可以认为主要是各组结构中碳原子数目对混合物密度值造成影响。

1.2 航空燃料的热值

1.2.1 热值的计算方法――键能法

考虑到当代喷气式飞机的高速飞行需要强大的动力支持,所以要分析不同配比下的航空燃料的热值,选择出其中热值较高的一项,从而提高飞行效率,减小不必要的能耗。

在物理化学中,求解热值有多种方法。该文选择键能法作为航空燃料热值的计算方法。

键能法中,化学键的键能定义为把拆开1 mol某化学键所吸收的能量,通常用E表示,单位为kJ/mol或kJ・mol-1。那么,反应热ΔH等于反应物的键能总和与生成物的键能总和之差。而1 mol某物质的燃烧所放出的热量为该物质的摩尔生成热即为该物质的热值。

1.2.2 相关计算公式

对于化学反应而言,其实质就是旧键的断裂和新键的生成,所以说化学键在燃烧中是需要十分关注的一项。热值的相关计算公式为:

ΔH=∑E(反应物)-∑E(生成物)

其中,ΔH为反应物的热值解;∑E(反应物)为反应物的键能总和;∑E(生成物)为生成物的键能总和。

对于航空燃料而言,其中的组分大部分为烷烃。而对于烷烃而言,其燃烧反应过程中,化学键类型主要为:C-C、C-H、O=O、C=O、O-H,查询JANAF表,得到5种化学键的键能。

1.2.3 计算结果与讨论

分析比较表3的数据可知,在6组设计配比中配比3的热值最大。配比2与配比6中碳原子数目相同,而结构不同,但二者的热值计算结果确实一致。同样地,配比4与配比5亦是如此。由此可见,未有一种结构对热值产生明显影响。而由配比1到配比2、6到配比4、5再到配比3,各组的结构中碳原子数较高化合物的组分含量增加,因此可认为混合物热值的主要影响因素为各组结构中碳原子数目。

1.3 航空燃料的闪点

1.3.1 闪点计算方法――基团贡献法

当代喷气式飞机由行速度很快,所以需要在短时间内燃烧大量的航空燃料来提供动力。航空燃料的闪点若是不高,那么其进入燃料室中便极其容易发生剧烈的反应。

常见的闪点计算方法有多种,例如Lydersen方程、定位分布贡献法、基团贡献法等等。其中基团贡献法利用烃类混合物中每一个基团的特性分别进行计算,其计算结果与烃类混合物的闪点实验值较为接近,选取基团贡献法作为该文关于闪点的计算方法。

在基团贡献法中,通过对于不同的基团的分析,从而进一步确定分子的结构特征,更好地估算出混合物的闪点。因此也能够从六组配比中选择出闪点较高的一组,提高航空燃料的性能。

1.3.2 相关计算公式

混合物的闪点是很重要的,但是对于混合物闪点实验上的测定却是十分困难的。所以,综合Li的体积分数法和Castillo的热容分数法,可将分子结构特征与混合物临界温度的关系表示为:

δi=,TδiT闪ci

式中,Yi为组分i的摩尔分数;T闪点i为组分i的闪点;Fi为与分子结构特征相关的函数。而由气体热容数据确定的Fi与分子结构特征的关系为:

式中R=1.99,分子结构特征参数ai、bi,参数Δi的数值均为查表得出。

1.3.3 计算结果与讨论

分析比较表4中的数据可知,设计配比为配比6的航空燃料的闪点最大。同时,配比3的闪点也为较高,仅与配比6的闪点相差约为0.304 K,与配比6的闪点几乎相近。配比1与配比5中碳原子数较少的组分含量较多,配比2和配比4支链的组分含量较少。而相比较其他配比而言,配比3和配比6中双支链的烷烃含量较多。因此可以认为主要是各组结构中支链数目对混合物闪点造成影响。

2 数据整理与分析

综合第2节的研究过程中的结论与分析,可以粗略地总结出与航空燃料的密度、热值以及闪点的变化规律。第一,航空燃料组分中的碳原子数目对密度有着主要的影响,碳原子数的烷烃含量越多,那么航空燃料的密度就越大。第二,航空燃料的热值大小仍取决于其中高碳含量组分的多少,高碳含量组分越多,其热值越高。第三,对于闪点而言,其大小则取决于燃料中支链的多少,支链较多、结构较为复杂的烷烃组分的含量越大,航空燃料的闪点就高。

综合表4以及表3,配比3的热值、闪点在所设计的6种配比中较大,这用于航空燃料可以对于发热量以及安全性方面作出基本的保障。虽然配比3的密度在所设计的六种配比中的密度较大,可能会对航空发动机燃油总质量造成一定的影响。但是对比热值和闪点的优势而言,该文认为其优势可以弥补密度所造成的损失。因此,在目前6种设计配比中,配比3为最优配比。

由于此次研究仅针对航空煤油RP-3的26.2%进行,旨在定性层面对不同配比下航空燃料性质随混合物各组分结构、碳数变化的可能变化进行研究,日后可以参考此次研究结果,对完整的航空煤油组分结构进行理论分析,从而选择出更好的、优质的、先进的航空燃料配比组成。

3 结语

该文针对传统航空燃料性能上的不足,利用改变航空燃料的配比的方法来提高燃料的性能。通过对不同配比下航空燃料性能的分析,发现有些配比下的航空燃料的性能有着明显的提高。同时,笔者也总结出分子结构、碳原子数目等与航空燃料性能之间的规律,以便分析其他航空燃料性能的使用。综上,该文完成了不同配比下航空燃料性质变化的理论分析,为未来先进航空燃料发展提供了一定理论基础。

参考文献

篇5

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:

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[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.

篇6

我们都知道兴趣是最好的教师,所以在刚开学的时候教师就要通过自己的言谈举止让学生喜欢上自己,然后通过演示实验中颜色的改变、沉淀的生成、发热发光等鲜明的现象激发学生的学习兴趣。在讲解绪言中有关“了解化学”这一问题时,教师要紧密地联系日常生活,如霓虹灯为什么能发出五颜六色的颜色?为什么氢气球能飞到天上去,而嘴吹的气球飞不到天上去?这些问题可以激发学生的学习兴趣,使学生在喜欢自己的基础上逐渐喜欢上化学这门学科。一旦学生有了兴趣那就会为今后的学习铺上了坚实的台阶。

二、扎扎实实打基础,稳稳当当拿高分

基础知识点的掌握对学好化学是至关重要的,只有基础知识掌握好了,才可能有资本去研究一些能力题,今后才可能走向化学的研究领域。中考面向全体初三学生,所以每年的中考卷都以考查基础知识点为主。而要想在中考中取得优异的成绩教师就需给学生扎扎实实打基础,严把基础关。掌握每个课题的基本概念,如单质、化合物、纯净物、混合物、化学变化、物理变化等。如果基本概念掌握不过关,在做题时就会遇到困难。所以教师在讲解完基础知识后,应相应地给学生多做些本课题的练习题并做详细的讲解。在一个单元结束后,教师要给学生安排一些本单元的综合性习题,使学生及时地消化所学的新知识。这种方法虽然有些慢,但在今后的总复习中会很轻松。而在我们的教学中有些教师为了能在中考前有更多的复习时间,平时教学中只是拼命的赶进度,不考虑学生对知识点的掌握程度和消化程度如何。结果最后只能造成大多数学生消化不良或不消化。一旦造成消化不良,即使有更多的复习时间,效率也是不高,为此在平时章节知识点的讲解时要让学生搞明白每个知识点的来龙去脉。

三、集中45分钟精华

在课堂的45分钟中贯穿了本节知识点的精华,而学生对知识点的掌握程度就取决于这45分钟内的专注程度,想要轻松地学好化学,思路就应在教师的引导下跟着教师走。大脑在教师的引导下不断地去思考,双手在教师的指点下融入实验的操作中。尤其在新课的讲解中要让学生从一开始就养成边听课边动手的好习惯。只有认真地听课,才能将本节课的知识点做为解题的基础台阶,课后才能及时地消化和吸收。

四、学会实验

化学是一门贯穿实验的学科,初中化学实验是今后实验发展方向的基础。通过初中化学实验的学习可以培养学生学会思考,学会分析实验和设计实验的能力。实验教学中可以通过不断变化的颜色,奇特的实验现象来激发学生研究化学物质的动力,从而带动学生学习化学的兴趣。为此,实验教学中,我们不仅要让学生记住一个实验原理或一个实验现象,还要注重学生分析实验的能力和解决实验能力的培养,在实验中培养学生的实验动手操作能力和动脑思考能力。在遇到实际问题时学会运用所学的实验问题分析和解决问题。

五、从生活入手

生活中处处有化学,我们的衣食住行没有一样能离开化学,我们完全生活在一个由化学物质包围的大气层中,所以在教学中为帮助学生更好更形象地理解化学,我们可以从我们生活的具体物质入手,让学生感受到化学和我们的密切性。如在讲解“水的净化”时,可以以自来水的净化为例;在讲解“分子的运动”时可以以臭豆腐的十里飘臭来形象地说明分子的运动和分子运动的特点;在讲解“小苏打”时,可以解释“为什么生活中经常用发酵粉蒸馒头而很少用碱面蒸馒头”。通过这种方式学生不仅觉得学习化学很轻松,而且对知识点掌握得也很牢固。学生亲身感受到生活中的化学,从化学中懂得了怎样健康地生活,怎样更好地运用所学化学知识解决实际问题。

六、学会计算方法

对计算知识点的考查,中考中占到了10%,而这10%也是学生最容易失分之处,多数学生一见到计算题就被它过长的文字给弄晕了,感觉一时间无从下手。其实只要教师给予学生正确的解题方法,学生就会走出这种误区。这就要求教师在讲完课本上的计算题后将中考中所用的计算题型汇总在一起作为一个计算专题,针对每一个计算题型教师要让学生领会该题型的计算方法,不能只是单一地记住这道题怎么做。随后要不定期地对这些不同类型的计算题进行强化训练,使学生在这种模式中学会一题多解,举一反三。真正学会计算方法,对于做错的计算题不能轻易放过,要让学生找到做错的原因,寻求正确解题的思路。

篇7

随着我国的教育事业不断的发展壮大,至今已经取得了较为优异的巨大成绩,尤其是在初中物理教育领域上。物理问题导学教育模式已经成为初中物理教育中的一种重要教育方法,对强化学生逻辑思维以及增加学生自主研究,激发学生物理知识的兴趣产生了深远影响。本文通过阐述初中物理课堂中一些常见的基本问题来加强物理问题导学模式对于初中物理教育的重要应用效果。

一、物理问题导学模式的课前设置

课前预习作为物理教学中至关重要的一环,能够有效的避免学生对于课堂上即将接触认知新知识时的茫然困惑,通过初步的概念性预习,使得学生可以有一个针对性的对于新知识的有效准备。

例如,在即将学习物理知识:“浮力及产生原因及浮力的计算方法”这堂课前,让学生提前自主预习了几个主要的知识点。

(1)什么是浮力?

(2)浮力的产生原因是什么?

(3)浮力的计算方法是什么?

在上课的时候,首先通过课前提问及学生的自由回答,加深了学生对于这堂课上即将要学习的知识点印象,学生课堂上的反应不再面面相觑。由以往的老师单方面讲解变成老师与学生之间的双方互动,学生与老师之间沟通强烈,促进学生共同进步发展,让学生课前根据问题来充分预习,找出问题的答案,学生等到课堂讲解时就可以和自己已经掌握的知识进行对照比较。对于学生记忆课堂知识的效率,明确本节课程主要的知识点起到了明显的效果。

二、问题导学模式贯穿课堂

学生学习物理知识时,一些重要的知识点都是在课堂上进行讲解学习的,教学质量的高低也可以说是由课堂上的教学效率而决定的。传统的教学方式是由较为死板的“学生听老师讲”,这种单方面的讲解不仅效果不显,而且学生和老师双方都会觉得枯燥乏味。

而物理问题导学模式则很大程度上避免了这一难题。先由老师课前备课时准备一系列能够将这节课知识点串联起来的物理问题,一边讲解一边提问,两相交替,逐渐深入浅出,与学生共同探讨提问,在提问探讨中,观察学生不能理解的地方,慢慢诱导学生自主思考解决问题,这样则可以有效地提高学生的自我学习与解析能力,培养学生的物理兴趣。

也可以在课堂上创建一个物理问题讨论小组,围绕老师提出的本节知识点进行分组辩论,双方学生围绕本节学到的物理知识问题展开辩讨,通过学生间的相互交流以及老师的讲解,让学生充分认识到自己的不足,双方共同发展学习交流进步。

还是以“浮力的产生原因及浮力的计算方法”这节课为例,开始正式讲解浮力的产生原因之前,可以先行列举现实生活里的一些应用实例,来拉近学生学到的物理知识与现实生活之间的关系和用途。

例如:(1)用手将一个木球放入水中某一深度后,松开手,木球上浮,在木球未露出水面时,木球所受的重力和浮力怎么变化?(2)玩具青蛙放入水中,能漂浮于水面,放入另外一种液体中,却沉入底部,在这两种情况下青蛙所受浮力大小的比较?(3)物体在液体中受到的浮力大小和什么有关?

通过这些问题,学生联想起之前预习教材时看到的知识点,频频举手回答,还以各自预习时看到的知识点为依据,和观点不一的同学展开激烈辩论,成功加深了学生对于这些知识的记忆。

最后再由老师作出最后总结,讲解课堂知识,对于观点错误的同学针对性的进行指导纠正,促进全体学生的共同发展。

三、问题导学模式与学生课后学习间的效果

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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.

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一、问题的提出

《数学课程标准》中明确指出:要关注学生的学习兴趣和经验,精选终身学习必备的基础知识和技能。小学数学中计算具有基础性和工具性。对于每个人来说,仅在小学阶段学习整数、小数和分数四则计算及其混合运算。任何学科的规律归结为公式后基本上都要运用四则混合运算来计算。因此,在小学阶段学好计算,并形成一定的计算能力,是终身有益的。

但是,我们发现了计算教学值得深思的现象,学生的计算能力比以前下降了,主要表现在计算正确率下降,口算速度减慢等等。而学生对计算的兴趣并没有因此而提高,学生数学思维能力也没有得到应有的培养。到底是什么原因导致了这样的结果?我们经过深入的调查研究,发现了计算教学的几个误区,并研究了相关的对策。

二、计算教学的误区

1.计算教学依赖于情境

有的教师片面认为,计算教学离不开情境,缺少了情境,似乎激发不起学生的学习兴趣。因此,有的课堂上情境设置是牵强附会的,有的纯粹是为了引出算式,经过一番不着边际的“看图说话”,等到从情境引出算式,已经花去很多时间,影响了教学进程。

2.算法多样化变成形式化

对算法只求量多,学生展示同一思维层面的算法,教师一概叫好,而不管思维层面即质上的提升。一旦少了某种方法,教师就要千方百计牵引。有的学生为了迎合教师的意图,想一些低价值、原始的方法来充数。这样一来,往往讨论一道题目就要花费蛮长时间,而且算法多了以后,也不及时优化。在计算时,有的学生甚至不掌握基本的计算方法,教师只要求学生用自己喜欢的方法计算。

3.课堂练习时间无保证

有的教师很少安排学生的课堂练习,片面认为现在计算教学的要求降低了,学生做习题有机械、重复训练之嫌,翻来覆去说算理,挤占了练习时间,影响学生基本计算技能的形成。

4.忽视口算练习

有些教师和学生口算意识淡薄,忽视口算的正确率以及口算的速度,课堂上很少安排时间进行口算训练。

5.教材的编排

计算内容基本都是独立成章,先学加法、减法,再学习乘、除法,都是比较单纯的学习和练习。只要是一进入这一部分的教学,师生之间就只有练,很少有关于算理的探讨、交流,只有学生练习熟练与否的情感体验,最终导致两种情况:一种是优生练习熟练后心浮气傲,一种是学困生动笔就出错心惊胆战。

三、计算教学的对策

鉴于上述分析,笔者认为,必须重新审视小学数学计算教学,纠正一些矫枉过正的想法和做法,继承我国传统计算教学的精髓,在培养学生的计算兴趣的同时,提高计算技能,数学思维能力的培养。具体有以下五个方面的对策:

1.加强学生口算训练,打牢计算基础

口算是小学生应该具备的最起码的基本技能。在计算中,最常用的是口算和笔算,口算是笔算的基础,笔算技能的形成直接受到口算准确与熟练程度的制约。因此,必须加强口算的教学和训练,切实打牢计算基础。

2.重视学生思维能力训练,促进思维发展

计算要经过观察、比较、想象等一系列思维活动,因此计算教学的过程是培养学生思维发展的过程。其过程体现了思维过程的顺与逆,思维水平的高与低。在计算教学中必须重视学生思维能力的培养,因为学生思维的发展,能提高计算能力,而计算能力的提高,又能促进学生思维的发展。

3.保证适量练习,利用游戏活动“剌激”学习

新课程提倡个性化学习,张扬学生的个性,但是计算教学的目标是多元的,其中重要的是,通过一定量的练习,让学生学习掌握一定的高效、统一的运算方法和熟练的技能,要求学生算得正确、迅速,同时还应注意计算方法合理、灵活并在练习过程中发展学生的数学兴趣。首先要重视练习内容的选择。以封闭性问题为主,开放性问题为辅。其次,练习形式多样。计算教学不要单纯为了计算而计算,避免计算的单一、枯燥。从基本练习、针对练习、变式练习到拓展练习等层次要分明,难易适中。可以采取多样的形式如游戏来“剌激”学生,促进练习的高效率。

4.建立个人题库,提高学生的计算能力

在进行计算教学时,我建议学生建立个人题库一一收集整理自己或他人计算中常见错题错例,并定期进行“会诊”对典型计算方法和题目进行积累,帮助自己对有些方法或典型计算题建立定性的条件反射,从而提高学生的计算能力。

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文章编号:1005–6629(2013)8–0062–03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

方程的个数少于其中所含未知数的个数,通常称之为“不定方程”。如不限定条件,这类方程的解一般是不确定的。进行化学计算时,如活用不定方程计算方法却常常使一些化学计算问题得到简化。已有文献[1~4]中以不定方程应用于有机化学计算的讨论居多,而具体解法以讨论法为主。笔者以更开放的视角,根据求解策略的不同,将中学化学不定方程应用中常见的有关问题大致分为四种类型,分述如下。

1 代入型

这种类型多见于选择题,一般可根据相关化学规律建立一个二元一次方程,再将选项提供的可能结果逐一代入该方程进行验证,如果能使方程成立,则问题得解。

例1 高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y,其中x、y的数值分别是( )。

A. 7、2 B. 6、3 C. 5、4 D. 3、6

解析:高岭土中Al、Si、H、O等元素的化合价分别为:+3、+4、+1、-2,由化合价规则,即化合物中所有元素化合价代数和等于0,也即正化合价之和等于负化合价绝对值之和,可得

3×2+4×2+1×y=2×(x+y)

即2x+y=14

将各选项提供的可能结果分别代入上式进行验证,显然当x=5,y=4时方程成立,故选C。

本例若不建立不定方程,直接代入验证,也会得解,但远不如将选项中的数值代入以上不定方程更为方便、高效。

2 比值型

这种类型由题意建立的方程一般含两个未知数,且其常数项一般为0,有一定的特殊性。因此,运算时并不奢求其中所有未知数的具体值,而仅需确定其比值关系。

例2 在FeCl3 和CuCl2 的混合液中加入过量铁粉,充分反应后,溶液中溶质的总质量不变,则原溶液中FeCl3 和CuCl2 的物质的量之比为多少?

解析:设原溶液中FeCl3和CuCl2的物质的量分别为2x和y,由于铁粉过量,因此原溶液中FeCl3和CuCl2均全部参与反应,即

Fe + 2Fe3+=3Fe2+ Fe + Cu2+=Fe2+ + Cu

1mol 2mol 1mol 1mol 1mol

x 2x y y y

再依据溶液中溶质的总质量不变,建立不定方程,此条件可显化为反应中溶解的铁的质量和析出的铜的质量相等,即

56 g·mol-1×(x+y) = 64 g·mol-1×y

也即56x=8y

因此 = =

故原溶液中FeCl3 和CuCl2 的物质的量之比为

= =

本例解析中把两个未知数看成一个整体(即 ),十分巧妙地将不定方程转化为一元一次方程,从而轻松得解。另外,把FeCl3 的物质的量设为2x,使得建立的方程更为简洁和方便运算,也是一个需要注意的亮点。相反,如果不能充分认识以上不定方程的特殊性,非要拘泥于一般的穷举讨论法分别求得x、y,几乎是不可能的。

3 消元型

消元型所建立的方程也有其特殊性,比较常见的是其中多个未知数之间存在确定的比例(或倍数)关系,因此,方程加减运算的结果可同时消去多个未知数,从而确定剩余唯一未知数的具体值。

本例解析中充分利用两个方程整体上的倍数关系,通过加减消元法将三元一次方程直接转化为一元一次方程而得解。当然,两个方程整体上的倍数关系直接依赖于把H2的体积设为2x,如果按照一般的处理将其设为x,所建立的两个方程整体上的倍数关系不复存在。尽管方程可解,具体运算却要麻烦些了。

4 讨论型

此类型比较普遍,多见于有机化合物分子式的确定。隐含条件通常为未知数取值范围为正整数。当然对具体问题,还可结合有关化学规律,将取值范围进一步缩小,从而讨论求解。

例4 现有一种有机物,它完全燃烧时消耗氧气与生成的二氧化碳的体积比为3:4,它具有两个羧基,其余的碳原子结合的原子或原子团都相同。取0.2625 g该化合物恰好能与25.00 mL 0.1000 mol·L-1的NaOH溶液完全中和。试确定该化合物的分子式和结构简式。

解析:由于n(NaOH)=0.1000 mol·L-1×25.00 mL×10-3 L·mL-1= 2.500×10-3 mol

根据酸碱中和反应规律得

(教育部考试中心2002年高考化学试测题4)

解析:

B10C2H12的电子总数N(e-)=5×10+6×2+1×12=74,

由题意,得5x+y+z=74,

观察各选项易知,z=2,于是上式可化为5x+y=72。

采用代入验证法,当x=12,y=12时,方程成立,故选D。

例6 合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3。

(1)某FeO、Fe2O3混合物中,铁、氧的物质的量之比为4:5,其中Fe2+与Fe3+物质的量之比为 。(其余小题略,2006年高考上海卷第30题)

解析:

由上述讨论,我们容易感受到在化学计算中灵活运用不定方程思想的独特魅力!教学是充满思想的活动,让最基本的化学观念和解决相关问题的思想植根于学生心中,是中学化学教学的中心任务和永恒课题。

当下教学,教师尤其需要坚守,不能因为追求十分短视的目标,将本该精彩纷呈的化学课堂异化为严重挫伤学生学习热情的“堂堂练”和“题海战”。为此,教师需要不断学习,让研究成为工作常态和习惯,只有丰富自己的真切体验和感悟,教学中才可能避免“就题论题”,也才有机会点燃学生思想的火花。让学生树立不定方程思想,不可能一蹴而就,需要给学生提供特定的化学情境和较为充分的时间体会、领悟;而精妙灵活的设未知数技巧,更需要在解决具体问题的过程中通过比较分优劣,在后续的应用中积累经验,进而升华成规律。

参考文献:

[1]梁陆元.运用不定方程讨论法解化学计算题[J].化学教学,2012,(7):68~69.

[2]张克栋,张力文.用不定方程解中学化学习题的方法与技巧[J].化学教学,2010,(5):70~71.

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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