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关键词:水平固定管 单面焊双面成型机理 焊接工艺
一、低碳钢焊条电弧焊单面焊双面成形
焊条电弧焊单面焊双面成形广泛应用于锅炉、压力容器、管道维修及其他重要焊接结构中,是主要的单面焊双面成形工艺方法。由于焊条电弧焊工艺灵活,适应性强,设备简单,生产成本较低,不受环境、焊接位置等因素的限制,因而尽管工艺较为落后,但在生产和培训中仍被列为首位。
二、单面焊双面成形机理
1.击穿成形机理
在母材选用一定的坡口、间隙、钝边条件下,选择合适的焊条角度,采用锯齿形或月牙形运条方法,焊条均匀向前摆动,使坡口钝边处的母材金属和填充金属共同镕化形成熔池,从而形成背面焊道;或采用断弧焊法打底焊,采用一点或两点击穿使母材坡口根部钝边金属熔化形成熔池,从而形成背面焊道,这种成形机理称为击穿成形机理。
无论是连弧焊法还是断弧焊法,在打底焊时击穿成形机理的关键是熔孔效应。在电弧高温和吹力作用下,坡口根部部分金属被熔化形成金属熔池,在熔池前沿会产生一个略大于坡口装配间隙的孔洞,称为熔孔。液态金属通过熔孔送向焊缝背面,使背面焊缝成形。同时,焊条药皮熔化时所形成的熔渣和气体可以对焊缝背面进行保护,背面焊道的质量是由熔孔尺寸大小、形状、移动均匀程度决定的。在不同的焊接位置观察熔孔有所差别,在平焊时,由于熔渣的超前影响,熔孔不如其他焊接位置容易观察到,但在实际中熔孔也是必须存在的。
2.渗透成形机理
渗透成形机理是:在坡口无间隙或间隙很小、钝边较厚的情况下,焊接时采用较小的焊接电流和较大的焊条倾角,焊接电弧沿焊缝方向在坡口根部做直线运行,熔化的液态金属通过间隙渗透到焊缝背面,与坡口钝边形成紧密结合,使焊件背面形成焊缝。
渗透成形由于坡口间隙小、钝边厚,且焊接速度较快,因而不能形成均匀搅拌的熔池,熔池的快速冷却使根部金属难于良好熔合,易出现“虚焊”现象,焊缝力学性能很差,因此在单面焊双面操作中很少采用。
三、单面焊双面成形方法的应用
按成形方法不同,焊条电弧焊单面焊双面成形可分为断弧焊法和连弧焊法两种。对于薄板、带障碍、间隙较大工艺条件下及使用酸性焊条焊接时,可使用断弧焊法,以有效控制熔池温度。在间隙或坡口角度很大的情况下,也能保证液态熔滴向熔池正常输送,实现单面焊双面成形。对于焊件厚度较大、间隙加减法上及坡口角度较小的工艺条件下及使用碱性焊条焊接时,可采用连弧焊法实现单面焊双面成形。连弧焊法电弧稳定,热量集中,可通过较窄的间隙实现均匀操作,进行各种位置的单面焊双面成形,且焊接缺陷少,特别适用于碱性焊条的焊接。
1.焊前准备
1.1试件加工
选用20#无缝钢管,规格为Φ114Х6mm。将钢管用氧-乙炔切成125mm长的管段,单面坡口角度为30度,如图1-1。
1.2试件的清理
将管子的坡口里外边缘20mm范围内清除铁锈、油质、氧化皮及其它污垢, 使之呈现出金属光泽。如图1-2。
1.3试件的装配与定位焊
试件在装配定位焊时,所使用的焊条和正式焊接时使用的焊条相同。定位焊共两处,每处定位焊缝长约10mm,分布在钢管10点钟和2点钟位置处。
定位焊除在管子坡口内直接进行外,也可用连接板在坡口外进行装配点固。试件装配定位可采用下述三种形式中的任意一种,如图1-3所示。
试件固定好后,将定位焊缝的两端打磨成缓坡形。待正式焊接时,焊至定位焊处,只需将焊条稍向坡口内给送,以较快的速度通过定位焊缝,过渡到前面的坡口处,继续向前施焊。
无论采用哪种定位焊,都不允许在仰焊位置进行点固。
定为焊时,注意平焊部位的间隙要大于仰焊部位的间隙约0.5mm左右,以防止焊接时的收缩,造成平焊部位间隙变小而影响焊接。仰焊部位的间隙为2.0mm,平焊部位的间隙为2.5mm,试件装配尺寸见图1-4和表1-1。
1.4焊接材料和焊接电源
焊条选用E5015Φ2.5mm和Φ3.2mm两种规格的。要求焊条不得受潮变质,焊心无锈,药皮不得开裂和脱落。用前烘至350-400℃,恒温2h。电源采用直流反接。
2.焊接操作工艺
2.1焊接工艺参数
焊接工艺参数见表1-2,焊缝外观尺寸要求表1-3,焊接分为三层三道,见图1-5。
2.2焊接操作
2.2.1根部焊道
要求根部焊透,背面焊缝成形良好。
打底层焊缝的焊接,沿垂直中心线将管件分为两半周,称前半周和后半周,各分别进行焊接,仰焊—立焊—平焊。在焊接前半周焊缝时,在仰焊位置的起焊点和平焊位置的中焊点都必须超过试件的半周(超越中心线约5-10mm),如图1-6所示,焊条角度如图1-7所示。
2.2.1.1前半周从仰焊位置开始,在7点处引燃电弧后将焊条送到坡口根部的一侧预热施焊并形成局部焊缝,然后将焊条向另一侧坡口进行搭焊,待连上后将焊条向上顶送,当坡口根部边缘熔化形成熔孔后,压低电弧作锯齿形向上连续施焊。横向摆动到坡口两侧时稍作停顿,以保证焊缝与母材根部熔合良好。
2.2.1.2焊接仰焊位置时,易产生内凹、未焊透和夹渣等缺陷。因此焊接时焊条应向上顶送至根部,尽量压低电弧,使整个电弧在管内燃烧,熔化坡口根部边缘两侧形成熔孔。焊条横向摆动幅度较小,向上运条速度要均匀,不宜过大,并且要随时调整焊条角度熔孔大时,减小焊条角度,熔孔小时增大焊条角度,以防止熔池金属下坠而造成焊缝背面产生内凹和正面焊缝出现焊瘤。
2.2.1.3焊接立焊位置时,焊条向管件坡口内的给送应比仰焊浅些。电焊弧柱透过内壁约1/2,熔化坡口根部边缘两侧,横向摆动的幅度比仰焊可稍大些。平焊位置焊条向试件坡口内的给送应比立焊更浅些,电焊弧柱透过内壁约1/3,熔化坡口根部边缘两侧,以防止背面焊缝过高和产生焊瘤、气孔等缺陷。
2.2.1.4更换焊条进行焊缝中间接头时,采用热接法和冷接法均可。
热接法更换条时要迅速,在熔池尚没有完全冷却,呈红热状态时,在熔孔前方约10mm处引弧施焊,引燃电弧后,退至原弧坑处焊条稍做横向摆动待添满弧坑焊至熔孔时,将焊条向管件坡口内压,并稍做停顿,当听到击穿声形成新熔孔时,焊条再进行横向摆动向上正常施焊。采用冷接法,在接头施焊前,先将收弧处打磨成缓坡,然后按热接法的引弧位置、操作方法进行施焊。
2.2.1.5后半周焊缝下接头样仰焊位置的施焊:在后半周焊缝起焊处易产生的气孔、未焊透等缺陷清除掉,然后打磨成缓坡。施焊时在前半周焊缝前约10mm处引弧,预热、施焊,焊至缓坡末端时将焊条向上顶送,待听到击穿声根部熔透形成熔孔时,即可正常运条向前施焊。其它位置焊法均同前半周。
2.2.1.6焊缝上接头水平位置的施焊:在后半周焊缝施焊前,应将前半周焊缝在水平位置的收弧处打磨成缓坡形,当后半周焊缝与前半周焊缝接头封闭时,要将电弧稍向坡口内压送,并稍做停顿,待根部熔透超过前半周焊缝约10mm,填满弧坑后在熄弧。
在整周焊缝焊接过程中,经过正式定位焊缝时,只要将电弧稍向坡口内压送,以较快的速度通过定位焊缝,过渡到前方坡口处进行施焊即可。
2.2.2填充焊
要求坡口两侧熔合好,填充焊道表面平整。
2.2.2.1填充层施焊前应将打底层的熔渣,飞溅清理干净,并将焊缝接头处的焊瘤等打磨平整,施焊时的焊条角度与打底层相同,采用锯齿形运条方法,焊条摆动的幅度较打底层宽,电弧要控制短些,两侧稍做停顿稳弧,但焊接时应注意不能损坏坡口边缘的棱边。
2.2.2.2仰焊位运条速度要稍快,形成中间较薄的凹形焊缝。立焊位置运条采用上凸的月牙形摆动,防止焊缝下坠。平焊仍采用锯齿形运条,使填充焊道表面平整或稍凸起。
2.2.2.3填充层焊完后的焊道,应比坡口边缘稍低1~1.5mm,保持坡口边缘的原始状态,以便在盖面层施焊时能看清楚坡口边缘,以保证盖面层焊缝的齐、直。
2.2.2.4填充层焊缝中间接头,更换焊条要迅速,在弧坑上方约10mm处引弧,然后把焊条拉至弧坑处,按弧坑的形状将它添满,然后正常焊接。进行中间焊缝接头时,切不可直接在焊缝接头处直接引弧施焊,这样易使焊条端部的焊心在引弧时,因无药皮的保护而产生的密集气孔留在焊缝中,而影响焊缝的质量。
2.2.3盖面焊
要求保证焊缝尺寸,外形美观、熔合好、无缺陷。
盖面层施焊前应将填充层的熔渣和飞溅清除干净。清除后施焊时的焊条角度与运条方法均同填充焊,但焊条水平横向摆动的幅度应比填充焊更宽,当摆至坡口两侧时,电弧应进一步缩短,并要稍做停顿以避免咬边。从一侧摆至另一侧时应稍快一些,以防止熔池金属下坠而产生焊瘤。
处理好盖面层焊缝中间接头是焊好盖面层焊缝的重要一环。当接头位置偏下时,接头处过高;偏上时,则造成焊缝脱节。焊缝接头方法如填充层。
四、结论
通过大量的焊接施工,证明了该工艺具有可行性,既提高了生产效率,又得到良好的焊接质量。
参考文献
关键词:高中;氧化还原;教学
中图分类号:G633.8 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)20-0122-02
氧化还原反应的教学内容,在中学化学教学中形成了一条知识主线。遵照循序渐进的教学原则,教材把有关氧化还原反应的教学内容分五次编排:初中化学第一章,结合氧气的化学性质,定义了氧化反应,第三章介绍氢气的化学性质时,又定义了还原反应;高中化学第一册第一章,总结、分析氧化还原反应中元素化合价变化的一般特征和电子转移的实质,第二册第二章安排氧化还原反应方程式的配平的教学,第三册第三章有关重要氧化剂和还原剂的教学安排,则引导学生用氧化还原反应的观点认识物质的化学性质和理解物质的变化。每一次的教学都为以后的学习奠定了基础,而每次的后续学习又都是对以前知识的巩固和深入理解。选修化学第三章第一节重要氧化剂和还原剂的教学,作为最高阶段的学习,应该结合对旧知识的复习,从各角度对氧化还原反应知识进行梳理,帮助学生建立知识结构。
1.从氧化反应定义、还原反应定义入手,着眼于化学变化,强化宏观和微观双视角分析问题的学科思想。
初中化学,定义氧化反应为物质跟氧结合的化学反应,定义还原反应为物质失去氧的反应。随着化学知识的不断丰富,高中化学深化了氧化还原反应的教学,把物质失去电子(或电子对偏离)、所含元素化合价升高的反应叫做氧化反应;把物质得到电子(或电子对偏向)、所含元素化合价降低的反应叫做还原反应。新的学习使学生认识氧化还原反应的实质――电子转移。进而用电子守恒这一不变的事实,说明氧化还原反应中得、失电子总数相等,元素化合价升、降总数相等,氧化反应和还原反应对立统一、相伴发生。并把这一规律应用于氧化还原反应方程式的配平。
前后教材,从具体的得失氧的变化到抽象的化合价升降的变化,从宏观的得失氧的变化到微观的电子转移的变化,帮助学生从认识氧化还原反应的特征到认识氧化还原反应的实质,强化从宏观认识到微观认识的化学思想。如下的例题求解过程就体现了这一思想的指导作用:
例:在反应CuSO4+P+H2O―Cu3P+H2SO4+H3PO4中,1摩尔CuSO4氧化多少摩尔P?
从元素Cu、P化合价的变化,分析Cu2+、P得失电子数,可知1摩尔CuSO4氧化P的物质的量为:
n(P)=■=0.2moL。
2.从氧化剂、还原剂的定义入手,以元素的化合价为线索,总结、梳理元素化合物之间的联系和转化,传授科学的学习方法。
首先,氧化还原反应中,得到电子(或电子对偏向)、所含元素化合价降低的物质是氧化剂;失去电子(或电子对偏离)、所含元素化合价升高的物质是还原剂。根据物质所含元素化合价,F2、Cl2、Br2、O2等非金属单质,MnO2、Fe2O3、CrO3等高价氧化物,高价含氧酸及其盐和Fe3+、Ag+等金属离子属于重要氧化剂;Li、Na、K、Mg、Al、Fe、Zn等金属单质,C和H2等非金属单质,非金属氢化物及其盐和SO2、FeSO4、CO等低价态化合物属于重要还原剂。
再者,C、N、S、Cl等重要非金属元素,在不同的化合物中呈现多种不同的化合价。以每种元素的化合价变化为线索,掌握相关氧化还原反应,实现物质间的相互转化,归纳总结物质间的相互联系,把零散的元素化合物知识组合成有机的整体。
(1)碳元素。碳元素处于最低价态的甲烷跟氯气发生取代反应,生成多种氯代产物:碳元素的化合价随氯原子取代氢原子个数的变化而呈现规律性变化。乙炔跟氢气加成,生成乙烯或乙烷,发生还原反应,碳元素化合价随之降低。若乙炔、乙烯分别跟氯气加成,碳元素化合价会随之升高。
当卤代烃发生水解反应时,卤原子被羟基取代,碳原子化合价不变。如:CH3ClCH3OH,CH2ClCH2Cl
CH2OHCH2OH等。
(2)硫元素。
①H2S+H2SO4(浓)S+SO2+2H2O
②S+O2 SO2
③SO2+Cl2+2H2OH2SO4+2HCl
④4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2
⑤2H2S+3O2(足量) 2SO2+2H2O
⑥S+2Cu Cu2S
⑦2H2S+SO23S+2H2O
⑧2H2SO4(浓)+Cu SO2+CuSO4+2H2O
3.从氧化性、还原性的定义入手,用元素化合价变化和反应中的能量变化来解释物质的稳定性,培养科学观点。
(1)在中学化学中出现了一些“歧化”、“反歧化”反应。
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
SO2+2H2S=3S+2H2O
3S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3+3H2O
3NO2+H2O=2HNO3+NO
2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
4HCl(浓)+Ca(ClO)2=CaCl2+2Cl2+2H2O
通过这些反应,比较各种元素不同价态的稳定性(表现为氧化性或还原性的强弱),并认识环境或介质对这种稳定性的影响。
(2)分类总结化合反应和分解反应,认识某些物质的活泼的化学性质。
①活泼氧化剂、还原剂之间的化合反应。
6FeO+O2 2Fe3O4 Cl2+H2 2HCl
3Cl2+2P 2PCl3 Cl2+PCl3PCl5
Cl2+2Na 2NaCl 3Cl2+2Fe 2FeCl3
2Na+O2 Na2O2 2Na+SNa2S(爆炸)
②活泼氧化剂的分解反应。
2KMnO4 K2MnO4+O2+MnO2
2KClO3 2KCl+3Cl2
2H2O2 2H2O+O2
2HClO 2HCl+O2
4HNO3 4NO2+O2+2H2O
如果仔细观察911 targa的A面,你会发现它拥有两种卓然不同的工艺处理,上半部分为金属气息十足的拉丝纹理,下半部分则为手感更为细腻的金属喷砂,顶部用于隐藏天线的不规则条形区域还改用了铂晖金配色。两种不同的工艺,三种色调的撞色设计,再加上A面顶盖的三道略微凸起的脊梁,让911 targa给了我们一种更为立体的视觉冲击力。
雷神笔记本很早就引入了RGB全彩背光键盘设计,而911 targa则在前辈的基础上在屏幕转轴上也开出了一道背光条纹,这道呼吸灯和全彩键盘的背光遥相呼应,看起来格外炫酷。此外,雷神还专门为911 targa开发了Control Center控制软件对灯光进行控制,其中转轴处灯光可在自定义、呼吸、波浪、循环、流星五种灯光模式间切换,而键盘灯光则可对四个区域进行设置,可选自定义、呼吸、随机、循环模式四种灯光模式。
作为雷神家族的最新旗舰之作,911 targa自然不能在配置上含糊。七代酷睿i7-7700HO和GTX1060独显就是其性能的最大保障。其他配置方面,911 targa标配8GB DDR4内存以及256GB SSD。可惜,这款产品的SSD并非PCIe通道而是SATA通道的版本,如果雷神能一步到位给911 targa配上PCIe SSD就完美了。
为了追求瘦身,雷神911targa将机身厚度压缩到了24mm,估计不少用户都会怀疑它的“小身板”是否还能有足够的升级扩展空间。好消息是,911 targa在纤薄的机身里依旧提供了2个内存插槽、2个M.2插槽、1个2.5英寸硬盘位(SATA插槽),最多可以安装3块硬盘,轻松解决磁盘容量和性能之间的矛盾。在散热模块设计方面,雷神911 targa采用了双风扇五铜管散热组合,2×8mm铜管分别覆盖CPU和GPU表面,而3×6mm铜管则全部为GPU服务。
屏幕:15.6英寸IPS(1080)
处理器:酷睿i7-7700HQ
内存/硬盘:8GB DDR4/256GB SSD
显卡:GTX1060(6GB GDDR5)
接口:读卡器、USB3.0×3、Type-C、HDMI、miniDP、RJ45
电池,厚度,重量:60Wh/24mm/2.4kg
优点:外观设计纤薄炫酷,游戏性能强悍
缺点:没能标配PCIe SSD
关键词:环境成本;成本控制;成本计量
1.国外研究文献
1.1环境成本的定义和分类
1.1.1环境成本的定义
国外关于环境成本的研究20世纪70年代就开始了,以英国的《会计期刊》刊载的1971年比蒙斯的《控制污染的社会成本D换研究》和1973年马林的《污染的会计问题》为代表拉开了环境会计的研究序幕。
环境成本得到全球各国普遍关注是在联合国统计署于1993的SEEA中对于环境成本概念的阐述:环境成本指环境降级与资源的耗减带来的经济损失。
Glunch(1999)认为环境成本是由于防止或更正环境影响而产生的成本。SpomarJr.,John(2003)认为环境成本包括两部分:一是直接影响公司(利润表)净利润(Bottomline)的成本,即私人成本;二是对个人、社会和环境的成本,即社会成本。
1.1.2环境成本的分类
加拿大特许会计协会(CICA,1993)认为环境成本应分为环境对策成本和环境损失成本两大类。
美国环境保护署(1995)发表研究认为环境成本应该分为传统成本、偶发成本、形象关联成本、潜在的隐藏成本四大类。
国际会计师联合会在《环境管理会计国际指南――公开草案》中指出:环境成本分类应以环境业绩、环保效益为导向,将环境成本分为以下六大类:1.产品输出包含的资源成本;2.非产品输出包含的资源成本;3.废弃物和排放物控制成本;4.预防性环境管理成本;5.研发成本;6.不确定性成本。
1.2关于环境成本控制的研究
Kumara Swamy,M,A(2004)认为要确保财务报告的真实准确性,在财务报告中应该包括与环境成本有关的资产和负债,从而真实地体现企业的价值。
RoyceD.Burnett和Don(2007)探讨分析了对环境成本进行识别和检测的具体方法,研究了企业改善环境性能的基本途径。
Gordon Lee和Amy Gigna(2008)认为可以采取总成本管理框架进行环境成本可比性和一致性的估算,在企业存续期间,可以采取一定的方法对环境清理进行控制和评估。
1.3关于环境成本计量的研究
Aline Chiabai和Romeo Danielis(1997)采用生命价值估算模型对部分交通工具(如小轿车等)产生的悬浮物对大气污染进行了研究。
Takanobu Kosugi(2010)结合三大模型:生命周期影响评估模型、最优经济增长模型(用于解决外部成本内部化问题)和综合评估模型,对发达国家微观环境成本进行了计量分析。
1.4关于环境成本归集与分摊的研究
Jan Kristof和Gwynne Rogers(2003)以某五百强公司为例,根据10年的数据和资料,采用作业成本法对其进行环境成本分析,并且将其科学合理的分配到产品中去。
美国财务会计准则委员会(FASB)的紧急问题工作组给出了三种应予以资本化的成本(出售前预防支出、资产改良支出、环境预防支出),其余的环境成本应该费用化处理。
加拿大特许会计师协会(CICA)则分别从环境和经济的角度提出了环境成本资本化的方法:未来收益额外成本法和增加的未来利益法。
2. 国内研究文献
2.1环境成本的定义和分类
2.1.1环境成本的定义
丁庭选等(2000)突破传统成本核算的范畴,提倡在传统会计的基础上,将环境成本纳入成本核算体系,并且建立科学合理的环境成本核算与计量方法。他们从成本流出的概念出发,将其界定为:企业负担的环境污染损失和治理支出。
陶建宏等(2011)结合企业在其生命周期过程中产生环境成本的实际表现,分别从宏观角度看和微观角度对环境成本进行了界定。 张汩江(2013)认为环境成本是指如果企业的生产经营活动或生产的产品对环境造成了不良影响,在遵循可持续发展原则做好环保工作的前提下,制定一套完整的成本措施并记录企业在执行环境目标过程中所付出的成本。
2.1.2 环境成本的分类
郭道扬教授(1992)从“生态环境成本”这一角度出发,将环境成本分为4类:追加治理成本、环境治理费用和罚款、环境恶化成本以及擅自投资罚款、投资损失及浪费。李明辉(2010)认为环境成本可以分为宏观经济成本、微观经济成本和微观财务成本三大类。张楠等(2014)经环境成本分类为行业资源消耗成本、行业环境污染损失成本、行业环境维护成本、行业环境保护成本。
2.2 关于环境成本控制的研究
张琳郦、潘煜双(2008)认为应该将生态效率思想融入到环境成本的控制管理中,同时将产品生命周期成本法与作业成本法相结合。张弘(2010)认为燃煤发电厂应完善成本控制体系并且该体系中应包括环境成本,并在成本核算体系中引入碳赋税、碳减排等成本项目,做好低碳时代的成本控制。
2.3 关于环境成本计量的研究
张亚连(2008)运用价值链这一分析工具,对环境成本模型进行了构建。该方法的引进,有效降低了计量难度,通过构建三个子模型,来对各项环境成本分别进行核算,然后将其与企业核心价值链有关的环境成本相加即可。 杨丹辉、李红莉(2010)在研究中采用了人力资本法计量环境污染对人体健康的损害;雷鸣(2010)运用市场价值法估算了大气污染对农作物造成的损失。
2.4关于环境成本归集与分摊的研究
郭晓梅(2001)认为,传统的环境成本归集与分摊,主要采取的是“一刀切”的方法,统一将其纳入制造费用,期末将制造费用(含环境成本)在所有的产品间进行分配,没有如实反映产品的真实成本。肖序(2006)等学者提出,费用的归集与分摊应当以其发生的原因为依据,以作业层次为桥梁,对环境成本的动因进行分析,然后对环境成本进行分配和细化,从而更加清晰和明确环境成本的分摊对象。
3.国内外研究评述
从国内外的研究文献可以看出:国内外学者对企业环境成本和环境成本控制的研究比较多,与环境成本相关的研究逐渐加深,研究范围逐渐扩大,并取得了一定成果。但是大多数只是停留子在理论研究层面,环境成本的核算方法也没有系统、规范的标准,缺少系统的并且可操作的研究而且对某个行业进行能够研究和构建成本控制体系的较少。主要有以下方面还需要进一步深入:
(1)环境成本的构成不统一:对是否把自然资源折旧纳入环境成本核算是否考虑越境责任存在着分歧;
(2)资宏观层面的研究相对较多,而在中观的研究还没有大规模展开,需要进一步开展;而且没有形成统一和完善的环境成本核算理论体系。
(3)对环境成本的计量和划分方法各式各样,没有形成相对统一或比较规范的模式,这使得对许多研究结果的真实性和可用性存在很大的疑问。
参考文献:
[1]鞠秋云.基于低碳经济视角的企业环境成本会计核算研究[D].东北财经大学,2011.
关键词:四角切向锅炉;数值模拟;网格
Abstract: The main models about numerical simulation of tangentially-fired boiler are represented in this paper, including turbulence flow model, discrete phase model, PDF model, volatile devolatilization model, char combustion model, radiation model. Also the grid-generation of tangentially-
fired boiler is generalized.
Key words: Tangentially-fired boiler; Numerical Simulation; Grid
中图分类号:TK223文献标识码: A
0:前言
四角切向煤粉锅炉是目前世界上比较常用的锅炉之一。大量的文献报道了该类型锅炉炉内流体流动的研究工作,其中包括实验测定和数值模拟阶段。由于现场的条件复杂和测量上的困难,实验测定只能得到部分数据,而数值计算则可以得到全面的数据,因此,在实验的基础上,再通过合适的模型进行数值计算,已经成为了研究四角切向锅炉炉内流动和燃烧的主要方法。
1:计算方法
1.1 湍流模型
目前,对于一个问题的数值模拟主要有以下几种方法:1,直接数值模拟(DNS),即直接求解三维瞬态N-S方程,无需采用任何数学模型,也是数值模拟最精确的方法,但是其网格要求很高,必须足够小,以便描述小尺度湍流。对于工程上的问题,网格数量必须和雷诺数的三次方成正比,这是目前计算机容量和速度都很难实现
的;2:雷诺平均数值模拟(RANS),包括零方程模型,单方程模型,双方程模型和雷诺应力模型。前三种模型都是基于Boussinesq的涡旋粘性各向同性的假设,对于工程问题,最常用的是双方程模型,比如标准k-ε模型,RNG k-ε模型,Realizable k-ε模型;对于雷诺应力模型(RSM),抛弃了涡粘性各向同性模型,考虑了湍流粘性的各向异性,从而使得模拟结果更加接近实际情况,但由于算法上的复杂和对计算机的要求比较高,所以工程上一般很少采用;3,大涡模拟(LES),这种方法是基于上述两种方法之间的一种方法。其基本思想是,湍流流动由许多大小不同尺度不同的涡旋组成,大涡主要起动量、质量、能量的交换,而小涡则是起到耗散的作用,通过耗散脉动来影响各个参数。采用高斯滤波的数学方法,对大涡实行直接数值模拟,而对小涡实行亚网格尺度模型进行求解。如果亚网格尺度模型选择准确,大涡模拟可以模拟出很精确的流场[1]。
前以述,对于工程上的问题,最常用的是双方程模型,因此,将对k-ε双方程模型及其改进形式做一个详细的阐述。
标准k-ε模型:
标准k-ε模型是一种半经验模型,主要通过解湍动能k和湍流耗散率ε两个输运方程,即:
式中: Gk表示由层流速度梯度而产生的湍流动能;Gb是由浮力产生的湍流动能;YM为可压缩湍流中,过渡的扩散所引起的耗散率的波动;C1ε,C2ε,C3ε是常量,分别为1.44,1.92,0.09;σk和σε是k方程和ε方程的湍流Prandtl数,分别取1.0和1.3;Sk和Sε为用户自定义源项。
RNG k-ε模型:
RNG k-ε模型是从暂态N-S方程中推出的,使用了一种叫“renormalization group”的数学方法。解析式直接从标准k-ε模型导出,但是由于引入了新的方法,因此常数相有所不同,湍动能k和湍流耗散率ε两个输运方程,即:
RNG k-ε模型相比于标准k-ε模型一个的改进就是在湍流粘度里考虑了来流旋转的影响,采用下式表示湍流粘度:
为没有考虑旋转的湍流粘度,为特征旋流数,为一个常数,其大小取决于旋流强度大小,对于一个强旋的流动,应该采用较大的值。
Realizable k-ε模型:
标准k-ε模型和其他一些 k-ε模型的另一个弱点就是扩散方程,著名的圆柱饶流佯谬就是归结于ε方程的建立。Realizable k-ε模型的两个输运方程如下:
注意到这里的k方程和标准k-ε模型和RNG模型的k方程是一样的,常量除外。然而ε方程确实大不相同,一个值得注意的问题是在ε方程中产生的一项并不包含在k方程中。比如它并不包含其他k-ε模型的Gk项。另一个值得注意的是消去项没有任何奇点。比如它的分母不为零甚至k为零或者小于零。这个模型对于和广泛的的流动有效,包括旋转均匀剪切流,自由流中包括喷射和混合流、管道和边界流、还有分离流。由于这些原因,这种模型比标准k-ε模型要好。尤其需要注意的是这种模型可以解决圆柱射流,比如它预测了轴对称射流的传播速率和平板射流一样。
对于工程上所涉及到的流动,如果流动的旋流强度不大,那么可以采用廉价的标准k-ε模型,但是对于旋流强度比较大的情形,比如四角切圆锅炉的燃烧器区域的流动,绕钝体的流动和旋流燃烧器出口的流场,都属于强旋流动。当旋流强度小于0.5时,采用RNG k-ε模型或者Realizable k-ε模型;而当旋流数大于0.5时,应该采用RSM模型,但由于计算RSM模型所付出的计算支出过大,因此在一般情况下,对于工程上的问题普遍采用RNG k-ε模型或者Realizable k-ε模型。
1.2 离散相模型
由于炉内流动及燃烧是涉及到气固两相流的流动,因此如何处理好气相和固相之间的相互作用问题,成为了模拟气固两相流的一个重点。对于四角切向燃烧锅炉,一般是用欧拉方法求解气相方程,而对离散相采取的则是基于拉格朗日方法的随机轨道模型,连续相和离散相之间的耦合通过求解以下方程实现:
其中方程1.2.1和1.2.2为连续相的求解方程,项表示气固两相之间的相互作用力,包括所受到的阻力、虚拟质量力和saffman力等;方程1.2.3 和1.2.4则是颗粒相轨道的求解方程。通过上述四个方程之间的耦合就可以较为恰当的处理好连续相和离散相之间的问题。
1.3 湍流化学反应的PDF模型
煤粉在炉膛内的燃烧是一个非常复杂的物理、化学过程,它包括挥发分的释放、焦炭的非均相反应和燃烧、辐射传热、颗粒运动和气相流动及湍流燃烧,涉及到多相流动、传热传质和燃烧等多个学科。
对于炉内燃烧,由于煤粉和空气以异相流进入炉膛,所以一般来说以非预混燃烧的方法加以处理。
非预混模拟方法的基础为在一定系列简化假设下,流体的瞬时热化学状态与一个守恒量,即混合分数f相关。混合分数可根据原子质量分数写为:
……..(1.3.1)
式中:Zi――元素i的元素质量分数。下标ox表示氧化剂流入口处的值,fuel表示燃料流入口处的值。如果所有组分的扩散系数相等,上式对所有元素都是相同且混合分数定义是唯一的。因此,混合分数就是由来源于燃料流的元素质量分数。注:这个质量分数包括所有来自燃料流的元素,包括惰性组分N2,也包括与燃料混合的氧化性组分,如O2。
在相同扩散率的假设下,组分方程可被减少为一个单一的关于混合组分f的方程。由于删去了组分方程中的反应源项,因此f是一个守恒量。由于相同扩散率的假设对层流流动来说还存在疑问,因此对于紊态对流超过分子扩散的湍流通常是可接受的。平均(时间平均)混合分数方程为:
源项Sm仅指质量由液体燃料滴或反应颗粒(如煤)传入气相中。Suser为任何用户定义源项。
混合分数模拟方法有利之处是将化学反应减少为一或二个守恒的混合分数。所有热化学标量(组分质量分率,密度和温度)均唯一与混合分数有关。对于给定反应系统化学性质与化学反应,流场中任一点的瞬时守恒分数值可被用于计算每个组分摩尔分数、密度和温度值。
由于湍流流场的脉动特性,流场中的各个物理量也将随之脉动,再加上化学反应速度的高度非线性,在湍流流动化学反应中采用和雷诺平均一样的模型是困难的,由此引入了几率密度函数模型,即PDF模型(以下写作p(f)),可被考虑为流动花在状态f上的时间分数。图1.3.1阐明了这一概念。f的脉动值绘在图的右边,依赖于一定范围f的一些时间分数p(f),绘在图左边,表现出在f这段范围内曲线下面积值,与f在这段范围内的时间分数相等,写成数学形式如下:
式中:T――时间尺度,τi――f花在f段内的时间总量。函数p(f)的分布依赖于f中湍流脉动的本质。实际上,p(f)被表示为一个数学函数,近似为试验中观察到的PDF形状。
图1.3.1 几率密度函数p(f)的图形描述
1.4 挥发份热解模型
挥发份是煤在加热过程中释放出来的气态物质,包括碳氢化合物、一氧化碳、硫化氢等可燃物质以及二氧化碳和氮等不可燃气体以及少量的氧气组成。挥发份可以在较低的温度下就能着火燃烧,释放出来的热量对焦炭进行加热,使后者随之着火燃烧。目前对四角切向锅炉进行热态数值模拟时对挥发份的析出模型主要有两种方法,即单步反应模型和双竞争匹配模型。
单步反应模型假定析出速率与颗粒中保持的挥发份含量成一次幂关系:
双竞争匹配模型是给出了两个竞争性速率常数,它们在不同的温度范围内控制着挥发份的析出速率。两个速率常数按照不同的加权组合构成了总的挥发份析出速率:
从算法上讲,由于双竞争匹配模型考虑了挥发份析出前后两种反应速率,因此较单步反应模型精确。然而由于双竞争模型要经历两次积分,因而所消耗的时间和计算资源都较高。在具体的计算精度要求下,应权衡计算资源和计算结果之间的矛盾。
1.5 焦炭燃烧模型
挥发分燃烧后达到一定的温度便开始碳的燃烧。碳的燃烧是一种多相燃烧反应,并且燃烧反应在很大程度上都在碳的外表面进行,所以外表面可以理解为物质的极限反应表面。对于碳的燃烧,可以分为动力燃烧、扩散燃烧和过渡燃烧。因此对于焦炭的表面燃烧,所采用的模型主要是动力/扩散控制反应速率模型。该模型的扩散速率常数为:
以及动力学反应速率常数为:
依据两者不同的加权值得到焦炭的燃烧速率为:
1.6 辐射模型
炉内煤粉燃烧是涉及到颗粒与气相间强烈辐射的燃烧。采取什么样的辐射模型合适,一种较好的办法就是看光学厚度aL的大小(其中a为辐射吸收系数,L为区域长度尺寸)。如果aL》1,那么应该采用P-1模型或者Rosseland模型。对于一般的锅炉,aL>1,并且由于涉及到颗粒-气相之间的辐射,因此采用P-1模型较为合适。
2:网格
2.1 数值粘性
任何数值计算总会引起误差,误差包括舍入误差(计算机精度引起)、差分方程的截断误差(离散格式引起)和差分方程解的离散误差(在网格节点上离散方程的精确解偏离该点上相应的微分方程精确解的值就是离散误差)。数值粘性的最初就是从差分方程的截断误差引出的,即对流-扩散方程中一阶导数项的离散格式的截断误差小于二阶而引起较大数值计算误差[2]。随着计算传热学的发展,数值粘性的含义已经扩大到以下几个方面:
1:非稳态项或对流项采用一阶截差的格式;
2:流动方向与网格线呈倾斜交叉(多维问题);
3:建立差分格式时没有考虑到非常数的源项的影响。
对于网格的划分,最为关心的就是流动方向和网格线之间倾斜交叉多引起的误差,对于迎风差分所引起的二维流动中的垂直流速方向上的假扩散,数值粘性系数的表达式如下:
其中U为速度的绝对值,θ为速度与x轴的夹角。文献[]指出,上式对于θ=π/4,x=y是正确的,对于其他情形,上述的计算值偏低。
2.2 四角切向锅炉的网格划分
从式(2.1.1)知,当θ=π/4时数值粘性所引起的误差达到最大,而当θ=π/2最小,因此划分网格的一个最基本的原则就是流动方向要和网格线垂直。对于四角切向形式的锅炉, 由于燃烧器的四角布置, 进行数值计算时, 若采用一般的直角坐标、矩形网格, 则四个角上的射流方向刚好与网格线成45°左右的夹角, 对该燃烧形式的炉膛流场进行数值模拟时, 就不可避免地会产生数值粘性, 严重影响计算的准确性。因此模拟四角炉膛内的流场时, 如何减小数值粘性, 是一个十分重要的问题。
国内有不少人对四角切向锅炉炉膛的网格划分做过研究,由于燃烧器区域四角带有多个不同大小的喷口,因此这个区域的网格划分是整个锅炉网格划分中最难处理的。燃烧器区域平面的网格划分的基本思想就是射流入口附近的网格线要尽量和射流方向垂直,以减小伪扩散。另一方面,由于炉内稳定气流相互之间形成的切圆大小很难预测,所以在直角坐标系下对炉膛中心的网格处理一直是一个难点。综合国内的研究,在直角坐标系下,能较好地减小伪扩散燃烧器区域平面的网格划分大体上有如图2.2.1的几种形式[7]。
虽然上面几种网格都能不同程度的减小伪扩散,但在大部分区域的流场还是不能和网格线很好的正交。另外,网格的疏密也不能很好的适应流场内物理量的变化,即在物理量变化较大的地方网格密,而在物理量变化小的地方网格相对较疏。采用贴体网格就能很好地避免到上述两种情况。所谓贴体网格就是在贴体坐标系统下所作的网格,贴体坐标系统最早由Winslow在1967年提出[3]。文献[4],[5]提出了图2.2.2a、b所示的网格。
图2.2.3所示为在不同网格体系下燃烧器平面流场的比较。从图中可以看出,贴体网格的计算结果要明显优于一般的直角网格,计算流场更加接近实际情况。文献[4][5]对速度场计算值和试验值进行了比较,结果表明两者吻合较好,贴体网格系统能有效地减小伪扩散。
3: 总结
对四角切向锅炉炉内气固两相流数值模拟的主要方法和网格生成进行了阐述。
a
b
c
d
图2.2.1 燃烧器区域平面网格划分
a
b
图2.2.2 燃烧区的平面水平网格
a
b
c
图2.2.3 不同网格体系所得到的流场比较
(a: 直角坐标网格体系计算所得流场b、c:贴体坐标网格体系计算所得流场)
参考文献
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【关键词】 2型糖尿病; 地特胰岛素; 门冬胰岛素30; 起始治疗
近年来,我国人口老龄化加剧,糖尿病患病率快速上升,成年人已高达9.7%[1]。T2DM以血糖升高为最显著的表现。IDF临床指南建议,新诊断时的HbA1c>9%的T2DM患者直接启动胰岛素或联合药物治疗[2]。本研究通过对新诊断的HbA1c>9%的T2DM患者选用Det作为基础胰岛素联合二甲双胍治疗,并与门冬胰岛素30联合二甲双胍治疗进行对照,探讨Det作为基础胰岛素在新诊断T2DM起始治疗中的疗效与安全性。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2013年1-8月本院门诊新诊断的156例T2DM患者,男85例,女71例,均符合1999年WHO糖尿病诊断标准[3],HbA1c>9%,病程0.05),具有可比性。
1.2 研究方法 所有患者均在门诊治疗,接受糖尿病知识教育,进行饮食、运动指导,熟练应用血糖仪(拜耳公司)自测指尖血糖。治疗前禁食过夜,晨8:00~9:00时空腹至门诊行标准餐实验,抽血测定HBA1c、FBG、2 h PBG、及血清胰岛素、C-P值。所有患者均同时口服二甲双胍500 mg,3次/d。治疗组注射Det 1次,根据FBG起始剂量为10~14 U/d,每晚22:00时皮下注射;对照组三餐前皮下注射门冬胰岛素30(Asp),起始剂量为6~8 U/次,根据血糖调整胰岛素用量,每3天调整1次,2~4 U/次,两组均以FBG
1.3 统计学处理 统计学分析采用SPSS 20.0软件,计量资料以(x±s)表示,治疗前后比较采用配对t检验。计数资料采用 字2检验,P
2 结果
2.1 两组基线资料比较 治疗前两组年龄、病程、BMI、SBP、DBP等比较差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。见表1。
2.2 两组治疗前后血糖、HbA1c、C-P和HOMA-β的比较 12周治疗结束时,以FBG0.05)。治疗组治疗前后体重分别为(72.16±11.23)kg、(71.94±10.17)kg,治疗后无体重增加;对照组治疗前后分别为(69.35±9.97)kg、(71.06±10.23)kg,较治疗前轻度增加,但体重增加幅度两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。治疗结束时,两组的HBA1c、FBG、2 h PBG与治疗前相比均明显下降(P
2.3 低血糖发生率和不良反应事件 以指尖血糖
3.9 mmol/L定义为低血糖。已经证实的低血糖发生率在治疗组为3.85%(3/78),症状性低血糖1例;对照组24.36%(19/78)(P
3 讨论
2型糖尿病以胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能进行性衰退为主要特征,而在出现糖尿病症状的数年前β细胞功能缺陷已经存在。早期应用胰岛素治疗能够恢复β细胞功能,延长内源性胰岛素分泌功能,有助于血糖的长期控制[6-9]。虽然严格血糖控制可以改善糖尿病的预后,但是增加了低血糖的危险,严重者可诱发急性心、脑血管事件。新诊断T2DM患者的门诊治疗方案的选择在兼顾控制血糖和改善β细胞功能和IR的同时还要考虑患者治疗的依从性与低血糖的风险[10]。Det是一种新型的可溶性长效胰岛素类似物,它在结构上除去了人胰岛素B链上第30位的苏氨酸,并在第29位的赖氨酸上结合了一个14碳脂肪酸侧链,这种结构增加了分子间的自我聚合作用,并与白蛋白可逆性结合,不仅使得作用时间延长可维持约24 h,且无明显峰值[11-13],从而减少了低血糖发生的风险。
本研究结果证实,Det联合二甲双胍治疗在短期内有效的降低了HbA1c>9%的新诊断的T2DM患者的空腹血糖及餐后血糖,HbA1c达标,治疗效果确切。与门冬胰岛素30联合二甲双胍治疗比较,两者均能良好的降低患者的FBG、PBG、HbA1c,而Det治疗低血糖发生率显著降低,患者对Det治疗的耐受性良好,而且伴有平均体重的轻度下降,提示Det作为基础胰岛素在初诊时血糖较高的T2DM患者的治疗中有着良好的有效性和安全性。
本研究选取的T2DM患者在首诊时已经HbA1c>9%,提示胰岛β细胞功能损伤更为严重,在早期进行Det联合二甲双胍或门冬胰岛素30联合二甲双胍强化治疗后,HBA1c及FBG均达标,改善了基础胰岛β细胞功能,且治疗后HOMA-β改善显著,提示对这类患者进行早期胰岛素强化治疗,对减轻糖尿病病情具有良好效果。
本研究同样也观察到了接受Det治疗的T2DM患者体重的下降,除了饮食运动管理及联合二甲双胍的作用外,还与Det独特的减少体重增加的特性有关[14-16]。
综上所述,Det作为基础胰岛素联合二甲双胍治疗初诊时血糖代谢紊乱严重的T2DM患者,可以有效、安全、平稳的控制血糖,改善基础胰岛β细胞功能,操作方便,便于在基层医院和门诊使用,为广大T2DM患者提供了一种简单、有效、安全的门诊强化治疗方案,适合初诊2型糖尿病的起始治疗。值得临床推广。
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关键词 PUE;数据中心;节能
中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674—6708(2012)76—0222—02
从2006年开始数据中心的能源消耗已经开始占到了美国发电总量的1.5%,并且以每年30%的速率持续增长,到了2011年已经比2006年的数据中心能源消耗增加了一倍,而根据有关数据显示,在我国所消耗的电能已基本接近一个三峡水电站发电总量,相关研究表明,造成温室效应的最大排放源是碳,保守估计一年中碳的排放量大概有8亿多吨,并且这种排放趋势随着社会经济的快速发展呈现出持续上升,因此,节能环保已经越来越受到人们的重视,人们也逐渐关注绿色数据中心的建设。
1 PUE的定义及影响因素
1.1 PUE的概念
数据中心的能源使用效率是在2006年由christian belady所提出来的,并且定义了它的计算公式和测量方法,是对数据中心能源做出评价的一项指标,数据中心所消耗的能源是以基础设施效率成反比的,以IT负载的能源成正比的。
PUE=数据中心的总能耗/IT设备能耗
=制冷设备能耗+IT设备能耗+供配电损耗+辅助系统能耗/IT设备能耗
=1+供配电损耗因子+制冷能耗因子+辅助系统能耗因子
1.2 影响PUE的因素
1)制冷设备的能耗。在数据中心除了IT设备以外最大的能耗设施当属制冷设备,数据中心空调系统加湿、照明、供配电系统损耗等所消耗的电能基本上都转换成了热能,为了能够保证这些设备在数据中心有着一个正常的运行环境,需要通过制冷设备将这些热量给置换出去,制冷系统的效率和产生的总冷量决定了制冷设备的能耗,而制冷的方式又决定了制冷的效率,像比较大型的数据中心普遍采用的是冷冻水型空调系统,而小型的数据中心则一般采用的是膨胀蒸发式空调系统;
2)供配电的损耗。 供配电的能耗系统一般主要是由配电线路、变压器及UPS所产生。
配电线路损耗的主要原因是因为负载电流通过电力电缆和配电设备的时候因为其自身的电阻产生的损耗,线路的损耗一般是由截面积、导体电阻率、线路负荷及谐波所决定的,谐波不但能够增加能耗,并且还会对UPS、供电线路及变压器等产生危害,因能耗过多使得线路发热、绝缘介质加速老化负载能力降弱,易造成失准、失灵的错误动作。
变压器产生的能耗比较笼统,主要原因是因为负载电流通过绕组时漏磁在金属外壳的部件上产生杂散损耗及线圈电阻产生的负载损耗和交变的磁力线通过铁芯的时候产生的涡流损耗及磁滞损耗所组成的。这些损耗的大小受到了铁芯绕组材质、结构形式、变压器的容量、变压器的负载率、物理参数等因素所决定的,并且还受到电网谐波和及环境温度的影响。
UPS耗能的主要是因为在UPS处于工作状态的时候,将交流电转变为直流电,让后再将直流电逆变成交流电的双转换过程,在这中途因为转换器之间和输入、输出在变压器上所产生的损耗及在蓄电池充电、散热风机、控制系统中所消耗的电能。损耗的主要原因是因为负载率、工作形式、线路结构、转换器件有关。虽然蓄电池充电、散热风机和控制系统也存在着消耗,但相对来说比较小;
3)辅助系统能耗。它包括了新风设备的支持区和辅助区、数据中心照明的能耗。支持区包括了电池室、电室、空调机房、消防设施用房等辅助区包括了维修室、监控中心、打印室、进线间等。
2 PUE与节能及见解
2.1 PUE与节能
自从PUE概念出现以来,已经慢慢的成为了国际上通用的能源使用效率的衡量指标。它是一个比例值,一般情况下是一个大于1的数值,PUE的值越小,则表明了能源利用的效率越高,绿色化的程度就越高,越符合节能、低碳的标准。在国外大多数的先进企业的数据中心PUE都在1.4之内,像谷歌的比利时数据中心的PUE为1.16,微软都柏林的数据中心PUE为1.25,雅虎的鸡窝式数据中心PUE为1.08等,而在我国的大多数的PUE都大于2.0,像百度计划在三年中把建立起国内最大的绿色数据中心,设置在1.3。
2.2 PUE的设计
通过了国内外的PUE对比及影响PUE的因素可以看出,制冷设备的能耗在影响PUE的比例中占据了很大一部分,在大型的企业在设计的时候不仅仅考虑的是数据中心的规范要求,更需要考虑的是自然资源和气候,如果存在着较好的资源,那么在中国大型的数据中心PUE的数值在1.5以内时很有可能实现的。
2.3 数据中心节能
在实际应用中,人们对于PUE的指标还是存在着不少的误区,PUE只是用来衡量数据中心能源的使用效率,PUE取值越小,就表明在数据中心的能源利用效率就越高,它并不能完全的表示数据中心的能耗低。目前在我国数据中心节能潜力最大的是减少服务器的数量,提高数据中心CPU的使用率,而并不是设法降低PUE。就像如果CPU的使用效率提高了一半,那么服务器的数量大概减少了一半,PUE的值大概可以从2.0减少到1.2,数据中心的能耗也可以减少大约40%,并且还可以减少设备投资和增加机房的面积。目前在我国大部分企业的中心服务器的使用率都偏低,平均的利用率在10%~30%之间,因此对于服务器的使用率的提高存在着很大的空间,利用虚拟化和云技术可以大幅度的提高利用率,减少服务器的数量,简化管理、提高资源的使用率,还可以减低成本。虽然降低PUE也是另外一种重要手段,但是在数据中心是对基础设施进行大规模的改造,并且还受到了数据中心连续性的限制,实施起来并不是那么的简单。如果能够提高数据中心服务器的使用率和降低PUE,减少了服务器的数量,才会起到事半功倍的效果。
3 结论
在数据中心节能里降低PUE是一个必要不充分的条件,技能属于一个系统的工程,需要管理和技术多方面的措施同时实行。选择最优的状态和参数运行,减少不必要的资源浪费,完备基础设施。
参考文献
超轻腕表
一般打造轻的腕表,很多品牌都会选择钛、陶瓷或者碳纤维这几种材质,通过新材质结合在一起,让人们的佩戴感受是轻盈的,无压力、无重量的,这也跟这几年大家所提倡的轻生活所契合。
RichaRd Mille
RM 27-01拉斐尔纳达尔陀飞轮腕表
特点:重量19克
一体成型表底结构的腕表表壳以碳材质制造,深灰色的色彩来自结构中高集中度的纳米碳管,不仅极为轻盈,还拥有完美的防撞击和耐划性能。机芯方面,机芯板桥和陀飞轮框架以五级钛合金制成,发条盒板桥和齿轮机构则以铝锂合金制成,以至于整个机芯的总重量只有3.5克。为了保证腕表的抗冲击性能,腕表的机板有四根钢索连接至表壳上,机芯以悬挂的方式置于表壳中央,使腕表足以承受5000G的加速度。
Rado瑞士雷达表
hyperchrome皓星系列超轻腕表
特点:重量56克
HyperChrome皓星系列超轻腕表由氮化硅陶瓷、阳极氧化铝和硬化钛金属这三种无与伦比的超轻材质打造而成,拥有极简设计和轻盈材质。腕表采用深灰色纯色调表盘,天然呈现深灰色的氮化硅为轻盈的一体成型哑光表壳赋予了独特鲜明的色泽。全新限量版腕表重量仅为56克,辅以时尚的Nato军用表带将前卫风格牢系于腕间。
bReitling百年灵
复仇者飓风腕表
特点:重量69克
创新型材料Breitlight?被首次应用于表壳制造。这一独家高科技材料比钛金属轻3.3 倍,比精钢轻5.8 倍,但却更加坚固,且具备众多优点:对刮擦、拉伸变形、腐蚀的超强耐抗力,抗磁性、热稳定性、抗过敏性,同时拥有比金属更加温暖的触感,并呈现出斑驳的视觉效果,愈加凸显其新颖独创的设计理念。有赖于50 毫米的超大表径、侧边配备加固防护的刚毅结构,以及在百年灵标志性黄色调及航空模制数字时标的映衬下,更显劲酷的黑色的外观。
zenith真力时
el Primero系列lightweigh超轻量腕表特点:重量40克
机芯的主板以及5个夹板全部由钛金属制成,同时以硅材质制作计时腕表的双齿轮,并添加硅质擒纵叉和擒纵齿轮,这一材质的使用不仅重量轻盈,更可以保证机芯的卓越功率,整个机芯重量只有15.45克。表壳方面,碳纤维包覆磁化铝材质的45毫米表壳饰以方格设计,两个计时按钮和表冠则以钛金属打造,搭配内嵌天然橡胶保护层的Nomex人造纤维表带,使这只计时码表仅重40克。
Montblanc万宝龙
时光行者系列Pythagore超轻概念腕表
特点:重量14.88克(不含表带)
表耳选用黑色DLC涂层钛金属打造,表壳中间件、表背、表圈和表冠则采用独特的ITR2?Kevlar?/碳材质制成,令整块时光行者系列Pythagore超轻概念腕表成为全球最轻薄的机械时计之一。机芯部件完全采用手工雕镂,沿袭万宝龙维莱尔制表工坊(前美耐华表厂)传承158年的精湛工艺。镂空机芯设计不仅是出于美学考量的选择,更为了造就极致轻盈的表身。
PaneRai沛纳海lo Scienziato-luMinoR 1950 touRbillon gMt titanio 腕表特别版
特点:重量约92克
沛纳海向天才伽利略致敬之作「Lo Scienziato系列,引入尖端技术,以全新特别版面世。搭载配备陀飞轮装置的P.2005镂空机械机芯,并首次以钛金属打造。 如配搭附赠的碳黑色鳄鱼皮表带,及同样饰有镂空工艺细节的钛金属折叠表扣,作品净重92克。
超薄腕表
超薄腕表从视觉上就“轻薄”。自上世纪五六十年代以来,超薄腕表便日趋受人追捧。随着技艺的不断突破,薄的极限也一再被刷新。多薄算薄?对于这个问题其实没有答案,没有统一的行业标准来定义,各有各的说法。当然,石英机芯没资格谈超薄。
Piaget 伯爵
altiplano计时腕表
特点:机芯厚4.65毫米,机壳厚8.24毫米
伯爵在极致纤薄腕表制作领域的斐然成就。全新883P手动上链计时机芯再次体现伯爵的超凡工艺,在研发搭载主要复杂功能的纤薄机芯方面傲视群伦。机芯与表壳双双缔造世界纤薄纪录,手动上链飞返计时机芯厚度只有4.65毫米,而珍贵精致的表壳仅厚8.24毫米。
VacheRon conStantin江诗丹顿
historiques历史名作1955超薄腕表
特点:机芯厚度1.64毫米,表壳厚度4.13毫米
搭载品牌于1955年推出的1003手动上链机械机芯,并装载在直径36毫米的圆形铂金表壳内。这一微型机械杰作由117个零件组成,但厚度却只有1.64毫米,透过透明蓝宝石水晶底盖可一睹精湛手工修饰打磨的18K金质板桥和夹板。腕表防水深度30米,动力储存31小时。镀银乳白色表盘选用了纯粹的极简主义设计风格,搭配金色棒形指针指示小时和分钟,而蓝色时标与深色表带与铂金表扣配合相得益彰。
blancPain宝珀
Villeret系列女装超薄万年历月相腕表
特点:机芯厚度为2.91毫米
搭载Cal.5621机芯,其厚度仅为2.91毫米,直径仅为26.2毫米,是品牌史上当之无愧的最薄万年历机械腕表。其高达248个零部件确保了计时的精准,并包含星期、日期、月份、闰年和月相盈亏等功能。乳白色表面精巧纤细,立体罗马数字镶嵌其上,Ⅲ点位设有日期显示,Ⅵ点位显示月相盈亏,Ⅸ点位显示星期,Ⅻ点位显示月份和闰年。鳄鱼皮表带配有18K白金折叠表扣。全球限量20枚。
Mido美度表
baroncelli贝伦赛丽典藏系列纪念款超薄腕表
特点:男女款腕表厚度分别为6.95毫米和6.85毫米
该腕表使其成为市面上同时实现大三针、自动上链和日期窗等功能的前提下最轻薄的机械腕表之一。腕表配置了美度1192(以ETA 2892-A2为基础)全自动机械机芯。双面防眩目蓝宝石镜面,表背采用透明蓝宝石表壳,使佩戴者能够欣赏到配有蓝钢螺丝、装饰精美的全自动机械机芯,以及精心雕刻的日内瓦波纹和MIDO标志的自动摆陀。
镂空腕表
镂空表以空灵深邃的方式体现着机械制表工艺的心与灵。这种表现形式去除了多余的东西,只留下了机械的精华。纵横交错的齿架、齿轮和转盘让人们惊叹不已。镂空加上轻盈材质,让腕表具有了轻上更轻的感觉。
hublo宇舶表
经典融合超薄镂空腕表
特点:陶瓷材质
抛光和缎面处理的黑色陶瓷材质赋予腕表优雅而时尚的别样气质。直径45毫米,搭载完全由瑞士尼翁宇舶表工厂独立研发制造的宇舶表全新自产机芯CLASSICO(HUB1300)。仅为2.9毫米厚度的方寸空间内,包含130个零件,完全镂空的设计展示出腕表内部精巧构造――无论是调校部分、平衡锤还是摆轮都更清晰直观的展现在专业目光下。表盘7点钟位置设置小秒针,其指针部分延续了宇舶表的早期设计风格,以此向品牌历史致敬。长达90小时的动力储存以及在50米水下正常运转的出色防水系数再添亮点。
hautlence豪朗时
hl black陶瓷表
教学目标
(1)了解什么是化学式及化学式的意义;
(2)熟记常见元素及原子团的化合价;
(3)能利用化学式简单推求化合价,进而能用化学式正确地表示常见物质的组成;
(4)学会简单化学式的读法。
教学重点
1.熟记常见元素及原子团的化合价;
2.用化学式表示某些物质的组成,并利用化合价推求化学式。
教学难点
1.化学式的书写;
2.利用化合价写化学式。
第一课时
化学式
1、下列符号分别代表某些物质,从组成中所含元素的种类判断各属哪一类物质(单质、化合物、氧化物)
Al、CuO、He、H2、NH3、SO2、ZnO、NaCl、KMnO4
一、化学式
1.定义:用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子叫做化学式
[提问]
化学式有什么意义呢?我们以水的化学式“H2O”为例进行学习。
2.注意:①纯净物的化学式是唯一的,混合物无化学式;
②书写化学式必须以事实为基础;
③由原子构成的单质的化学式与元素符号一样。
3、意义(以H2O为例)
[提问]
水中是否含氢气、氧气?理解右下角小数字的正确含义。2H2O表示什么?
[回答]
水中没有氢气和氧气;右下角的2表示一个水分子中有2个氢原子;2H2O表示2个水分子。
[练习]
请以水的化学式表示的意义为参考,说说二氧化碳的化学式(CO2)表示的意义。
[讨论]
符号H、2H、H2、2H2、2H+各具有几个意义?分别是什么?
3.化学式的写法和读法
(1)单质用元素符号表示:
①金属(铁Fe、铜Cu等)
②固态非金属(如碳C、磷P、硫S等)
③稀有气体(氦He、氖Ne、氩Ar等)
④双原子构成的分子:如氢气H2、氧气O2、氮气N2、氟气F2、氯气Cl2、溴Br2、碘I2等。
(2)化合物(只研究两种元素组成的化合物)
①写法:a.氧化物:如CuO、P2O5,“氧在后”。
b.金属与非金属元素组成的化合物:如NaCl、ZnS,“金左,非右”。
(注意)1.化学式中原子个数为1时,“1”不标出。
2.化学式中右下方的小数字一般为最简整数比。
②读法:一般从右向左读作“某化某”,例如:ZnS读作硫化锌。非金属氧化物还要读出化学式中各种元素的原子个数,如P2O5。
板书设计
课题4
化学式与化合价
一、化学式
1.定义:用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子叫做化学式
2.意义(以水为例)
宏观
微观
3.化学式的写法和读法
[课堂练习]
1.上册课本P87习题
1.(1)(2)(3)(4)
2.2CO2表示(
)
A.2个二氧化碳分子
B.2个碳原子和4个氧原子
C.2个碳原子和2个氧分子
D.2个碳原子和2个氧原子
第二课时
化合价
二、化合价
实验测知,化合物均有固定的组成,即形成化合物的元素有固定的原子个数比。
物质
HCl
H2O
NaCl
Fe2O3
原子个数比
1∶1
2∶1
1∶1
2∶3
通过观察我们可以得出:物质不同,原子个数比可能不同。
[分析]
原因是在形成化合物时,各原子为了使其结构达到稳定,即最外层电子数达到8,不同原子的个数比是电子数目不同造成的。
1、化学上用“化合价”来表示原子之间相互化合的数目。化合价是元素化合时表现出来的性质。
看书本P85表4--2
常见元素和根的化合价
2、注意:①化合价有正价和负价之分,有些元素有多种化合价
②单质中元素化合价为0
③金属元素只有正价,非金属元素一般显负价
④在化合物中正负化合价的代数和为0
⑤氧元素通常显—2价,氢元素通常显+1价。
[观察]
Ca(OH)2、NaOH
、
CaCO3、Na2CO3、CuSO4、
NH4NO3
、(NH4)2SO4这些化合物中加横线的部分有什么特点?
3、原子团:
有些物质如Ca(OH)2、CaCO3中的一些原子集团,作为整体参加化学反应,这样的原子集团叫做原子团,也叫根,根也有化合价。
原子团
化学式
化合价
原子团
化学式
化合价
氢氧根
OH
-1
硝酸根
NO3
-1
碳酸根
CO3
-2
硫酸根
SO4
-2
铵根
NH4
+1
高锰酸根
MnO4
-1
原子团的化合价是其组成元素的化合价的代数和。
4、化合价的书写:在元素符号的正上方先标“+”“—”,后标数值。
H(+1)
O(-2)
Mg(+2)
S(-2)
[练习]
请同学们标出下列物质中各元素的化合价。讨论常见化合物中,正、负化合价的代数和有什么相同之处?
[总结]
1.许多元素的原子在不同的条件下可显示不同的化合价。
2.在化合物里正负化合价的代数和为零。
3化合价口诀:
一价钾氯氢钾钠银,二价氧钡钙镁锌;三铝四硅五价磷,二三铁,二四碳,二四六硫都齐全
注意:Fe有+2、+3;Cu有+1、+2,高价时读作铁或铜,低价时读作亚铁或亚铜。
例如:FeCl2读作氯化亚铁,FeCl3读作氯化铁。Cu2O读作氧化亚铜,CuO读作氧化铜。
[探究]化合价的表示与离子符号有何区别?
如:+3价铁元素
Fe(+3)
铁离子
Fe3+
(两同两不同)
三、化合价的应用
1.已知化合价书写化学式(知价写式)
[例题]
已知磷为+5价,氧为-2价,写出磷的氧化物的化学式。
解:(1)写出组成化合物的两种元素的符号,正价的写在左边,负价的写在右边。
P
O
(2)求两种元素正、负化合价绝对值的最小公倍数。
5×2=10
(3)求各元素的原子数:
最小公倍数
正价数(或负价数
)
原子数
P:
10
÷5
=2
O:
10
÷2
=5
(4)把原子数写在各元素符号的右下方,即得化学式:P2O5
(5)检查化学式,当正价总数与负价总数的代数和等于0时,化学式才算是正确的。
(+5)×2+(-2)×5=+10-10=0
答:这种磷的化合物的化学式是P2O5。
[小结]
知价写式一般步骤:
(1)写出元素符号,正价在左,负价在右。
(2)求两种元素正、负化合价绝对值的最小公倍数。
(3)求各元素的原子数。
(4)把原子数写在各元素符号的右下方,即得化学式。
(5)按正负化合价代数和为0的原则检查化学式。
[练习]
写出溴化钠、氧化钙、氧化铝、二氧化氮的化学式。
答案:NaBr、CaO、Al2O3、NO2
[补充]
十字交叉法写化学式
一排序,二标价,三约简,四交叉,五检查
例如:写出下列物质的化学式
氧化铝
硫化氢
水
氯化镁
练习:写出下列物质的化学式
氧化钠
氯化钡
氯化银
答案:Na2O
BaCl2
AgCl
2.已知化学式书写化合价(知式写价)
例:根据在化合物中,正、负化合价代数和为0的原则,已知氧元素为-2价,计算二氧化硫里硫的化合价。
解:SO2:根据正负化合价代数和为零可知:S元素的化合价为+4。
练习:标出下列加点元素的化合价:
S、SO2、SO3、H2SO4
NO、NO2、N2O5、NH4NO3
答案:、、、
、、、
[课堂小结]
通过本节课的学习,我们知道表示物质的组成可以用化学式,化学式既可以表示该物质中有哪几种元素,又可表示出该物质中的一个分子中每种原子各有几个。化学式是通过实验测定的,除此以外我们还可以通过化合价推求化学式。同时我们还知道了化合价表示原子之间相互化合的数目。
板书设计
课题4
化学式与化合价
二、化合价
1.化合价表示原子之间相互化合的数目
2.原子团:作为一个整体参加反应的原子集团,也叫根
3.注意事项:
4.应用
(1)已知化合价书写化学式
(2)已知化学式书写化合价
布置作业
1.上册课本P87习题3、5、6
2.某宝石的主要成分是SiO2,SiO2中硅元素的化合价是(
)
A.+1
B.+2
C.+3
D.+4
3.某含铁盐溶液能够在高浓度的碱性环境下长期稳定存在,且具有较强的灭菌消毒功能,该盐是一种绿色、无污染的净水剂,其化学式为Na2FeO3。则其中铁元素的化合价是(
)
A.+2
B.+3
C.+4
D.+6
4.我国科学家发现,亚硒酸钠能消除加速人体衰老的活性氧。亚硒酸钠中硒元素(Se)为+4价,氧元素为-2价,则亚硒酸钠的化学式为(
)
A.Na2SeO3
B.Na2SeO4
C.NaSeO3
D.Na2SeO2
答案:2.D
3.C
4.A
教学反思
通过本节课的教学,发现化合价概念较抽象使学生接受有一定的困难,所以应分散难点。前面的离子、元素等知识的学习不容忽视,它是这节课的重要基础。记忆化合价十分枯燥,组织好本课的活动与探究,让学生主动投入到学习活动中。在课下让学生编化合价的歌谣,利于学生记忆,有的学生编得挺不错!
第三课时
根据化学式的计算
相对分子质量:就是化学式中各原子的相对原子质量的总和。(符号为Mr)
1.根据化学式计算相对分子质量
[例1]
计算H2O的相对分子质量。
解:H2O的相对分子质量=2×1+16×1=18
[练习]
计算3HNO3、NH4NO3、(NH4)2SO4的相对分子质量。
2.根据化学式计算组成物质的元素质量比
[例]
计算H2O中H、O元素的质量比。
在物质中各元素的质量比就是同种原子的相对原子质量之和之比。
解:H2O中H、O元素的质量比=(2×1)∶(16×1)=2∶16=1∶8(化为最简整数比)
计算二氧化碳中各元素的质量比m(C)∶m(O)=(12×1)∶(16×2)=12∶32=3∶8
计算硫酸中各元素的质量比:m(H)∶m(S)∶m(O)=(1×2)∶32∶(16×4)
=1∶16∶32
计算硫酸铵中各元素的质量比:m(N)∶m(H)∶m(S)∶m(O)=(2×14)∶(1×8)∶32∶(16×4)=7∶2∶8∶16
[练习]
计算HNO3、NH4NO3中各元素的质量比。
3.计算物质中某一元素的质量分数。(质量分数又称为质量百分含量)
[例]
计算水中H元素的质量分数
×100%=×100%
=11.1%
答:水中氢元素的质量分数为11.1%。
[练习]
计算NH4NO3中各元素的质量分数。
4.根据化学式的其他计算
(1)计算化合物中的原子个数之比
如:Fe2O3中,铁原子与氧原子个数比就是2∶3,CaCO3中钙、碳、氧原子个数比为1∶1∶3。
注意某些物质的化学式中,同种元素并不写在一起的,这时要注意原子个数。
如:NH4NO3中,氮、氢、氧原子个数比应该为2∶4∶3
Cu2(OH)2CO3中,铜、碳、氢、氧原子个数比为2∶1∶2∶5
(2)计算一定质量的化合物中某元素的质量
某元素的质量=物质的质量×该元素在物质中的质量分数
[例1]
求
60
g
MgSO4
中含有氧的质量。
解:m(O)=m(MgSO4)×w(O)=60
g×=32
g
[例2]
多少克碳酸氢铵(
NH4HCO3
)与
400
g
硝酸铵(NH4NO3
)含氮元素质量相等?
解:根据所含氮元素质量相等来列等式
设需要碳酸氢铵的质量为x,则质量为x的碳酸氢铵中含有氮元素的质量为m1(N)=x·=17.7%·x
400
g硝酸铵中含有氮元素质量为m2(N)=400××100%=400
g×35%
根据题意:17.7%·x=400
g×35%;x=790
g
(3)有关混合物中元素的质量分数的计算
[例1]
硝酸铵样品中含有杂质10%(杂质中不含氮元素),求样品中氮元素的质量分数。
解:先求出纯净的硝酸铵中氮的质量分数为:
w(N)=×100%=×100%=35%
设不纯的硝酸铵中氮元素的质量分数为x,则有如下关系:
,x=31.5%
[例2]
某不纯的尿素〔CO(NH2)
2〕中氮元素的质量分数为
42.4%
,求这种尿素中杂质(不含氮元素)的质量分数。
解:尿素的相对分子质量=12+16+(14+2×1)×2=60
尿素中氮元素的质量分数w(N)=×100%=×100%=46.7%
设不纯的尿素中含尿素的质量分数为x,则有如下的关系:
,x=90.8%
所以该尿素中所含杂质的质量分数是w(杂)=1-90.8%=9.2%
[课堂练习]
1.计算下列相对分子质量。
H2SO4__________
98__________________
2Ca(OH)2__________148________________
2.计算NH4HCO3中N、H、C、O四种元素的质量比。
(14∶5∶12∶48)
3.计算12.25
g
KClO3中含有氧元素的质量。(4.8
g)
4.计算120
g
NH4NO3中含N元素的质量与多少克CO(NH2)2中所含N元素的质量相等?(90
g)
布置作业
1.上册课本P87
习题7、8、9、10
2.锌是人体健康必需的元素,锌缺乏容易造成发育障碍,易患异食癖等病症,使人体免疫功能低下。市售的葡萄糖酸锌口服液对治疗锌缺乏症具有较好的疗效。下图是某品牌葡萄糖酸锌口服液的标签,请根据标签信息回答:
××牌口服液
主要成分:葡萄糖酸锌
化学式:C12H22O14Zn
含锌量:每支口服液含锌6.5
mg
××制药厂
(1)葡萄糖酸锌的相对分子质量为_____455____________;
(2)葡萄糖酸锌中锌元素的质量分数为_____14.3%________。(精确到0.1%)
3.蛋白质在人体胃肠内与水反应,最终生成氨基酸被人体吸收。丙氨酸(化学式为C3H7O2N)就是其中的一种。请回答下列问题:
(1)丙氨酸分子中C、H、O、N原子个数比为___3∶7∶2∶1__________。
(2)丙氨酸的相对分子质量是___89__,氮元素的质量分数为___15.7%__(计算结果精确到0.1%)。
(3)合格奶粉每100
g中含蛋白质约18
g,蛋白质中氮元素的平均质量分数为16%。现测定某奶粉每100
g中含有氮元素的质量为2
g。请通过计算判断该奶粉是否属于合格奶粉。{
(3)氮元素的质量:18
g×16%=2.88
g>2
g,不合格奶粉(或蛋白质的质量:2
g÷16%=12.5
g
g,不合格奶粉)}