常见化学计算方法精选(九篇)

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第1篇：常见化学计算方法范文

关键词：物理法；手工拆分法；显微镜法；纤维含量；检测标准

纤维含量检测项目虽然没有国家强制性标准，但是GB 18401和GB 5296.4中都涉及纤维含量检测，因此纤维含量检测在间接上成为质量监督的必检项目，是反映纺织品品质的重要指标。

纤维含量检测按是否使用化学试剂通常可以分为物理法、化学法和物理化学结合法三种。而物理法目前主要包括手工拆分法、纤维横截面积测定法、特种动物混纺纤维测定法和棉麻混纺产品测定法等。目前国家和行业涉及物理法检测的有效标准有GB/T 2910.1—2009《纺织品 定量化学分析 第1部分 试验通则》附录B定量分析方法 手工分解法、GB/T 16988—1997《特种动物纤维和绵羊毛混合物含量的测定》、FZ/T 01101—2008《纺织品 纤维含量的测定 物理法》、FZ/T 01095—2002《纺织品 氨纶产品纤维含量的试验方法》、FZ/T 30003—2009《麻棉混纺产品定量分析方法 显微投影法》、GB/T 14593—2008《山羊绒、绵羊毛及其混合纤维定量分析方法 扫描电镜法》等。在实际工作中，有些检测人员对正确选择标准感到困惑和不解，错误选择操作标准进而影响检测报告的质量。文中从这些标准[1-6]的适用范围、原理、计算方法、试验结果等方面进行比对分析，探讨标准在各自涵盖领域的正确使用问题。

1 适用范围

表1中列举了我们常见的物理法相关标准适用范围，根据适用范围结合样品的实际情况，通常情况下可以初步选择最符合检验要求的标准。

从表1标准适用范围可以看出，物理法可以分为两大类，即手工拆分法和显微镜分析法。GB/T 2910.1—2009主要针对可以完全用手工拆分成各类纤维的纺织品，其不包含化学法也不包含显微镜法；FZ/T 01101—2008适用于可手工拆分的或不宜采用化学分析方法的混纺、混合和交织产品及散纤维原料的纤维含量定量分析，不适用于特种动物纤维混纺产品，其最大的特点是还包含了显微镜测定法，该试验方法在操作上技术性较强，部分实验室在标准认可时往往会做限制；FZ/T 01095—2002主要针对含氨纶二组分产品，其不仅包含了手工拆分法，也包括了化学法定量含氨纶的二组分产品；GB/T 16988—1997和GB/T 14593—2008主要针对特种动物纤维的定量；FZ/T 30003—2009主要解决麻棉混纺产品的定量分析。

2 原理

不同检测标准使用的检测原理不同，将几个标准的原理进行比对，可以进一步明晰各标准的适用条件及操作的可行性，具体比对结果见表2。

从表2中可以看出，物理法主要分为手工拆分、投影显微镜和扫描显微镜三种。手工拆分法主要适用于能用物理方法拆分各组分或部分组分的织物产品，该方法操作简单，常见的氨纶针织产品、氨纶牛仔产品、交织产品都可以使用，且定量结果较为准确、重现性好。投影显微镜法主要适用于不能使用化学方法定量也无法物理拆分的特种动物纤维混纺、麻棉混纺以及再生纤维素纤维混纺的产品，其主要有测量直径和横截面积两种方法，该方法也是较常用的定量方法，但其操作对检验员要求极高，检验员主观经验判断的准确与否是影响该物理定量方法准确度的重要因素。扫描电镜法主要应用在特种动物纤维混纺产品的定量方面，是其他方法都无法完成时的最后选择，其检测成本较高，对检验员的要求也较高，一般产品不建议使用该方法。

3 仪器设备与试剂

检测标准使用的仪器与试剂在一定程度上影响实验室对标准的选择，正确选择标准关系到检测过程的复杂程度、检测周期，甚至检验结果的准确性，通常以“常规、低成本、环保、快速、准确”为选择标准的依据，因此掌握各个标准对仪器及使用试剂的要求，也十分重要。各个涉及物理法操作的标准对仪器设备及试剂的要求见表3。

从表3我们可以看出，GB/T 2910.1—2009、FZ/T 01095—2002标准物理法对仪器的要求最低，不需要任何化学试剂，完全依靠手工拆分，准确性最高，是检测手段的首选。FZ/T 01101—2008标准中包含了手工拆分和显微镜两种，而GB/T 16988—1997和FZ/T 30003—2009则完全依靠显微镜才能完成定量工作，但试验仪器也较为常用，各个实验室试验条件基本可满足需要。GB/T 14593—2008标准中涉及扫描电子显微镜，价格较为昂贵，试验操作也较为复杂，不适合大批量试验操作。

4 计算方法

标准选用的方法不同，纤维含量的计算方法也不同，是否准确选用相应检测标准对纤维含量结果的计算繁琐程度影响很大，因此不仅要熟悉各个标准的适用范围和原理，也要掌握每个标准的计算方法优劣性，各物理法检测纤维含量标准的计算公式见表4。

从表4可以看出，这6个标准中其中GB/T 2910.1—2009、FZ/T 01101—2008、FZ/T 01095—2002三个标准涉及手工拆分法，且计算方法最为简单，不同之处是FZ/T 01101—2008适用于所有能拆分成单组分的产品，而其他两个仅适用于二组分产品；涉及显微镜测试方法的计算都比较繁琐，这是因为显微镜测试方法其实是一个概率统计的过程，它需要有一定量纤维测试根数来保证测试的准确性，因此在纤维定量操作过程中需要谨慎操作，以防误判造成结果偏离真实值。

5 试验报告及数据处理

选用的标准不同，试验数据可能会存在差异，平行试验的结果允差要求也不完全相同，试验结果修约也存在差异，因此，弄清楚各个标准对试验结果的相关要求，对检验报告的格式影响很大，表5中详细列出这6个标准对数据允差及结果处理方面的规定。

从表5中可以看出，试验方法的不同平行试验允差要求不同，其中GB/T 2910.1—2009和 FZ/T 01095—2002对平行试验结果允差要求最高，均要求≤1%，也从侧面说明手工拆分法试验数据比较稳定、重现性高；而FZ/T 01101—2008和GB/T 16988—1997对平行试验结果允差范围要求较宽，为≤3%，这说明显微镜法在测量直径或者横截面积时都存在较大的随机性和主观性；对 FZ/T 30003—2009标准而言，主要是定量麻棉含量，其平行试验结果允差要求≤2%，但是试验结果修约到小数点后两位，这是和其他标准最大的不同。

6 其他

在其他纤维成分检测标准中，也有涉及物理法或物理化学法结合的检测方法及计算方法，如GB/T 2910.2—2009《纺织品 定量化学分析 第2部分：三组分纤维混合物》条款8.4和条款9中分别涉及三组分手工拆分法计算、三组分手工拆分和化学分析综合分析法的计算。FZ/T 01026—2009《纺织品 定量化学分析 四组分纤维混合物》条款9和条款10中分别涉及四组分手工拆分法计算、四组分手工拆分和化学分析综合分析法的计算。因此，在平时的检测工作中，要不断加强标准学习与交流，能准确理解检测标准、合理选择检测标准和灵活使用检测标准是至关重要的。

7 总结

（1）无论检测手段如何，通常情况下以纤维含量准确性和可操作性为选择检测方法依据，在相同样品条件下，首选试验结果为纤维质量含量，其中以手工拆分方法最优，其次为纤维体积含量，最后为纤维根数含量。

（2）在选择试验方法及标准时要根据实验室标准认可范围及实验室检验能力，通常情况下：手工拆分二组分含氨纶产品时可选用FZ/T 01095—2002标准，拆分其他二组分产品时可选用GB/T 2910.1—2009标准；手工拆分三组分及以上产品时可选用FZ/T 01101—2008标准。

（3）当需要使用显微镜测定法测定纤维根数含量、纤维体积含量或纤维质量含量时，可以选择FZ/T 01101—2008标准；棉麻混纺纤维定量可以选用FZ/T 30003—2009；特种动物纤维与绵羊毛混合物的定量根据使用仪器的不同，可以选择GB/T 16988—1997投影显微镜法或GB/T 14593—2008扫描电镜法。

（4）在选用相关检测标准时，不仅要考虑标准的适用范围，同时也要考虑检测实验室的认证认可能力范围，防止因超标检测造成不必要的检测纠纷。

参考文献：

[1] GB/T 2910.1—2009纺织品 定量化学分析 第1部分：试验通则[S].

[2] FZ/T 01101—2008纺织品 纤维含量的测定 物理法[S].

[3] FZ/T 01095—2002纺织品 氨纶产品纤维含量的试验方法[S].

[4] GB/T 16988—1997特种动物纤维与绵羊毛混合物含量的测定[S].

[5] FZ/T 30003—2009麻棉混纺产品定量分析方法 显微投影法[S].

第2篇：常见化学计算方法范文

关键词：冷凝器；传热系数；冷凝段；过热段；过冷段

冷凝是气体或液体遇冷而凝结，如水蒸气遇冷变成水，水遇冷变成冰。温度越低，冷凝速度越快，效果越好。化工生产中一般以比较容易得到，所以成本低的水或空气作冷凝的介质，经过冷凝操作后，水或空气温度会升高，如果直接排放会造成热污染。

冷凝过程在炼油、化工和石油化工等装置中的应用极其广泛，但是，冷凝过程是复杂的，实际工况是多样的，对于纯组分冷凝工况，会因气相分率的显著变化，引起冷凝器内沿长度方向上气液两相流况的改变，并导致局部传热性能和压力降梯度的变化，对于多组分混合物的冷凝过程，伴随着热量传递、质量传递和动量传递。对此，一些设计人员在设计中对多种因素的综合分析不够，使选用的冷凝器在实际运行中达不到设计的负荷值。本文对选用冷凝器时经常遇到和值得注意的几个问题进行了分析和阐述。

一、问题剖析及处理方案

对于单组分的冷凝，虽然不存在化学变化，但是会因气相分率的显著变化，致使介质在冷凝器内的气液两相流况发生很大的变化，所以，简单的按进出口温度值直接计算传热平均温差的计算方法是很不准确的；对于多组分的冷凝，由于不同介质的物化性质不同，随着冷凝过程的不断进行，气相分率会出现不等的变化情况，而且气液两相的组成与温度的关系曲线和温度与汽化率的关系曲线往往呈现强烈的非现性，所以更不能简单的按进出口的温度值直接计算传热平均温差。为了考虑上述变化的影响，对于冷凝段、过热段、过冷段应分别采取不同的计算方法。

1.冷凝段

对于冷凝段，应把整个冷凝过程分割成若干小段，先计算出每一小段的热量及对应的温度分段点和气相分率，再由热平衡关系推算出冷流体的各点对应温度，并由这些分段点温度数据计算出各小段的传热平均温差Ti，然后按各小段热量所占总热负荷的比例进行加权平均，计算出全过程的传热平均温差。

2.过热段

当几股气相物流混合后在进行冷凝，由于系统压力的降低，冷凝器进口状态可能为过热态，当过热段热量所占的比例很小时，则不需要详细计算，而把过热段的热量直接并入冷凝段，在计算传热温差时，进口温度取露点温度，当过热段热量所占比例较大时，则应单独计算过热段的传热计算，可先分别按湿壁和干壁两种机理考虑所谓湿壁机理是基于管壁温度低于冷凝介质的露点温度这一假设，而干壁机理则是基于管壁温度高于冷凝介质的露点温度这一假设，将过热段当作气体的热传递过程来处理，计算传热温差时，湿壁机理冷凝介质温度取露点温度，而干壁机理则取实际过热段的气相温度，即：

qW=KWTw（湿壁）

qd=KdTd（干壁）

一般情况下，KW>Kd，TW

3.过冷段

过冷段的传热计算一般只限于管程。对于壳程过冷，通常是由操作控制来调节的，当设计选用的传热面积留有较大的余量时，操作中可利用冷凝液掩埋管子的多少来控制冷凝液的出口温度。若在同一设备内既有冷凝段又有过冷段是，往往难以保证较高的过冷段传热系数，因此，当过冷段热量所占比例较大时，通常单独设计一台后冷器。对于管内全凝过程，过冷段可按单纯液体显热传热过程计算，对于含不凝气的冷凝过程，若有过冷段，则应视为非冷凝两相流动传热过程，尽管不凝气的重量所占的比例可能较小，但体积分率则可能很大，因此，这时应按两相流体传热过程计算。

对于同时存在冷凝段和过冷段的情况，过冷段应单独作为一段处理，膜传热系数、压力降及平均温差均应与冷凝段分开计算。

4.不互溶混合物的冷凝传热问题不互溶混合物的冷凝传热问题在实际工况中是很常见的

最典型的离子是含蒸汽的烃类混合物的冷凝过程，这类混合物冷凝时，在某一温度范围内（通常为60～90℃），蒸汽和油气同时冷凝，形成不互溶的两个液相，对此，在进行气液平衡计算和分段计算时应多分几段进行计算，否则所选的分段点数据不准，则传热平均温差就算不准确。由于单位重量蒸气的冷凝潜热约为油气的8倍多，即使蒸气含量较少，但其冷凝热还是很可观的，所以在计算传热系数时，应把气液两相传热系数按照两相所占冷凝液的体积分率进行加权平均。

二、结语

本文对设计选用冷凝器的若干问题进行了分析和阐述，如果按照文中所述的计算方法进行冷凝器的设计选用，既能使冷凝器在实际运行中达到设计的负荷值，又能减少热能的浪费。

参考文献：

[1]王玉珏，黎立新，季建刚，倪海.管壳式冷凝器设计程序研究[J].制冷与空调，2008，（03）.

[2]胡骏.管壳式冷凝器工艺设计浅析[J].硫磷设计与粉体工程，2003，（06）.

[3]晏刚，马贞俊，周晋，吴亚卫，白晓丹.蒸发式冷凝器的设计与应用[J].制冷与空调，2003，（03）.

[4]黄勇超，侯泽飞.冷凝器的流路设计浅析[J].家电科技，2008，（23）.

第3篇：常见化学计算方法范文

关键词 管壳式换热器；安全阀；泄放量；设计选型

中图分类号TH49 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）121-0082-02

1概述

随着工艺现代化水平的不断提高，各类生产设备及生产流程的组织与配置越来越趋于大型化与复杂化，人们开始更加意识到安全的重要性。在现代化工装置中，为了防止因系统超压而引发安全事故，工程设计中对安全系统的要求越来越高，安全阀的设计要求也越来越严格。除了GB150中对于压力容器超压泄放装置的有关规定与要求外，国内外的一系列标准也对于安全泄放装置的设计选型及计算提出了更为详细的分类与

规定。

2超压分析

比较国内外关于安全泄放装置设计的标准，我们发现：GB150中对于盛装压缩气体或水蒸气及盛装液化气体等各类容器提出了安全泄放量的计算方法，但对于容器超压的原因未作具体划分；而在API520及API521中对于安全阀引起超压的原因作了更为详细的划分与分析，针对各种事故工况下的安全阀泄放量提出了不同的计算方法；在化工部标准HG/T20570.2中借鉴总结了国外标准并提出了下列十种事故工况下泄放量的计算方法：阀门误关闭、循环水故障、电力故障、不凝气积累、控制阀故障、过度热量输入、易挥发物料进入高温系统、换热器管破裂、化学反应失控、外部火灾。

在化工设备设计中，管壳式换热器是十分常见的设备之一，应用范围广泛。在管壳式换热器的管程与壳程中，往往存在着较大的温差与压差。因此，安全阀的设置对于管壳式换热器系统来说是必不可少的。下面重点以管壳式换热器设计时在不同因素影响下安全阀安全泄放量的计算来进行分析，从而说明安全阀针对性设计选型的重要性。

3工况一：管程液体热膨胀

以冷却器为例，壳程走热流体（气相或液相），管程走冷流体（如冷却水）。当管程流体进出口阀门误关闭时，造成换热器内管程流体停滞，此时由于热流体持续加热管程，在长时间下可能致使管程液体发生热膨胀超压。在该工况下，在管程设置安全阀的泄放量为被关闭液体的膨胀量，此类安全阀一般选用微启式即可。对于此工况下液体膨胀泄放量可按下式计算：

V=B・H/（G1・Cp）（3.1）

式中，V为体积泄放流量，m3/h；B为体积膨胀系数，1/℃；H为正常工作条件下最大传热量，kJ/h；Gl为液相密度，kg/m3；CP为定压比热，kJ/（kg℃）。

4 工况二：换热管破裂

如果换热器低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2/3时，考虑此事故工况，且要求高压侧流体走管程。在计算换热器管子破裂引起超压时，API521中作了以下假设：

1）换热器只有1跟管子断裂；

2）管子是在管板处断裂；

3）高压侧流体一部分通过管板处的断裂口进入低压侧，一部分通过一段较长的管子流入低压侧。这两部分的流量，简化处理为通过管板处断裂口流量的2倍。

5.2 对于壳程盛装气体的换热器设备

根据API521中规定，无润湿表面的容器在外部火灾情况下的泄放量

6 结论

从上述各类事故工况的分析来看，决定管壳式换热器安全阀设计的成败与否，关键在于正确计算各类事故工况下的安全泄放量，从而根据所需泄放量计算最小泄放面积来指导安全阀选型。而国内常用的压力容器标准GB150中并没有对各类可能引起超压的事故工况作详细的说明与划分，在实际安全阀设计选型过程中容易造成困难与偏差。因此，有关这部分安全阀的详细设计还是应该多借鉴国外的一些成熟标准。从而使小到一台换热器设备大到整条化工工艺生产线的安全系统设计，既能满足安全的可靠性，又满足经济的合理性。

参考文献

[1]GB150.1-150.4-2011，压力容器，2011.

[2]HG/T20570.2-95，工艺系统工程设计技术规定―安全阀的设置和选用，1996.

第4篇：常见化学计算方法范文

了有益的参考和借鉴。

关键词：动力弹性时程分析;结构设计;应用

Abstract: In this paper, the existing method of elastic analysis are reviewed, emphatically introduces the elastic dynamic time-history analysis of the theory, advantages and basic method, and the method in the engineering application, the elastic dynamic time-history analysis method in high-rise, especially tall analysis in the application to provide a useful reference and reference.

Key words: elastic dynamic time-history analysis; structure design; application

中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：

0 前言

地震作用是危害建筑安全的最主要灾害之一。几十年来，人们大量积累的地震实测资料多体现出速度、加速度或者位移时程的形式。与此相对应，时程分析方法是计算建筑结构地震响应最直接的一种方法。但是，由于地震作用具有随机性，因此导致了计算结果的不确定性，使得弹性时程分析方法只能作为结构设计的一种辅助计算方法；尽管如此，为了增强重要结构的抗震安全性，抗震规范仍然规定将弹性时程分析方法作为一种补充振型分解反应谱法的计算方法；弹性时程分析方法被认为是一种仿真的地震作用响应的计算方法。下面探讨如何在结构设计中正确的运用弹性时程分析的计算方法。

1 正确的应用弹性时程分析

在软件中正确地应用弹性时程分析方法,首先需要正确的认识《建筑抗震设计规范》的相关条文规定。以下几点是需要特别明确的：

“采用时程分析方法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线”。可能在不同地震波作用下的建筑结构响应差别较大，为了避免离散性，可在一定程度上选用多条地震波的平均值。一般是以规范反应谱为基础，通过蒙特卡罗方法来得到人工模拟地震波，这将更加贴近规范反应谱或反映场地的当地特征。SATWE，TAT ，PMSAP 等软件可按照结构的特征周期给出多组人工波和天然波进行弹性时程分析，要选取足够数量的地震波进行计算，使得到的计算结果在统计意义上相符。

抗震规范第5.1.2条第3 点规定，“可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值”。在过程设计中，有不同的做法可以实现“较大值”：1) 采用弹性时程分析设计的楼层地震响应包络值与振型分解反应谱法计算结果二者中较大的值直接进行构件设计；2) 在实现振型分解反应谱方法时，使地震力放大，让时程分析楼层响应曲线的平均值被楼层响应曲线包住。前一种做法也许会使得构件配筋较大，因为在时程分析过程中，不具有构件响应最大的内力的同时性。可以通过适当放大震型分解反应谱法的地震作用来满足规范相应的要求。

“弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65％，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80％”。此规定有效的控制了地震波计算结果的离散性，保证时程分析结果满足工程安全要求。在执行该条文时，若设计人员找不到满足该条文规定的足够数量的地震波时，有些设计人员会采用放大地震波峰值加速度的方式达到基底剪力的要求。这种做法是欠妥的，因为放大地震波的峰值加速度使结构的设防烈度放大了，这是毫无根据的也失去了选择天然波的的本质。

“多波平均地震响应系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符”。该条文说明二者在结构主要振型周期点上相差不大于20％。地震波的最重要特征之一就是频谱特征，会在一定程度上影响时程分析结果的合理性。判断某条实际地震波响应谱的最大卓越周期是否与结构的特征周期一致是一种可行的做法，也可以判断其几个最主要卓越周期是否包含在结构特征周期之内。尽管这种做法是概念性的，但是一般是可执行且有效的。

3 正确应用弹性时程分析

与“大震不倒”的抗震设防目标相对应，混凝土高规和抗震规范等规定了弹性阶段变形验算的相关内容。但规范没有详细规定其具体做法，下面结合SATWE、TAT、PMASP等软件应用阐述弹性动力时程分析中的常见问题。

（1）输入地震波的有效持续时间一般从首次达到时程曲线最大峰值的10%那一点算起，到最后一点达到最大峰值的10%为止，有效持续时间为结构基本周期的5~10倍，即结构顶点的位移可按基本周期往复5~10次。

（2）地震波的峰值加速度压缩成各设防烈度所要求的数值。

（3）确定计算方向并确定各方向比例，如1（水平1）:0.85（水平2）:0.65（竖向）。

（4）分析计算结果确定计算要选取的地震波的数量，使得到的结果有代表意义。

（5）分析计算结果找出结构中存在的薄弱环节，为后面的加强设计做好数据支持。

正确进行常遇地震下弹性时程分析需注意以下几点：

（1）弹性时程分析能告诉我们什么。弹性时程分析可以反映出来结构的很多固有特性，包括：1)结构的薄弱楼层出现在什么部位；2) 常遇地震作用下结构的宏观响应情况，如：结构的整体振动过程；剪力墙、框架部分协同工作等；3) 常遇地震下多条地震波平均弹性层间位移角是否满足规范规定。

（2）如何判断在常遇地震作用下的薄弱楼层的位置。弹性时程分析的楼层响应结果统计可以反映出结构中的薄弱楼层。此基础上得到的薄弱楼层得到加强，要更加有效的改善结构的抵抗地震的能力。

（3）正确地看待弹性变形验算。弹性阶段变形验算是《规范》规定的建筑结构常遇地震分析的主要内容，就是多波平均弹性最大层间位移角要小于《规范》所规定的限值。这是保证结构在地震下安全的重要规定。但是其实弹性时程分析可以反映出更多的结构性能特征，提供了一个有用的量化工具给改善结构设计。

4 结语

结合一些实践经验讨论了一下在建筑结构设计中应用弹性时程分析。时程分析结果受地震的随机性而较难把握，认为地震响应分析是“算不准”的一些设计人员的观点其实是可以改变的。只要一些基本的原则把握好了，再去认真地进行分析，还是可以从弹性时程分析中得到很多有用的量化信息。

参考文献

[1]王社良,陈平,李永国,王崇昌;钢筋混凝土框架-剪力墙抗震性能研究[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);1993年04期

[2]刘鸣;结构地震破坏影响因素与结构分类[J];西北建筑工程学院学报(自然科学版);2000年02期

第5篇：常见化学计算方法范文

作者简介：赖秀英（1986），女，福建漳州人，工学博士研究生，Email：。

摘要：针对管内混凝土收缩会在钢管混凝土超静定拱中产生次内力，根据钢管混凝土拱的结构特性，提出了2种钢管混凝土拱收缩次内力计算方法——解析法和有限元法，并采用这2种计算方法对9个钢管混凝土拱桥实例进行分析。结果表明：2种方法均可用于计算钢管混凝土拱桥的收缩次内力，但采用等效降温15 ℃～20 ℃的解析法计算得到的收缩次内力较采用有限元法直接计算的收缩次内力大了50%以上；若采用等效降温的解析法计算，等效降温值还有待于进一步研究。

关键词：钢管混凝土拱桥；收缩；次内力；解析法；有限元法

中图分类号：U448 文献标志码：A

0 引 言

收缩是混凝土在无荷载作用下随时间增长产生的变形，是混凝土本身固有的属性。对于超静定混凝土拱，混凝土收缩会在拱内产生附加内力（次内力）。钢管混凝土拱桥多为超静定拱，管内混凝土的收缩也会产生附加内力，由于其截面是由钢管和管内混凝土组成的组合截面，截面刚度、管内混凝土的收缩值计算均与普通混凝土拱有所不同。目前，中国与拱桥有关的公路桥梁设计规范[13]中，尚无钢管混凝土拱桥设计计算的内容。在已颁布的有关钢管混凝土拱桥的地方行业标准[45]中，也没有混凝土收缩次内力计算的相关规定。一般工程设计中，收缩次内力计算有沿用混凝土拱按降温考虑的计算方法，也有用有限元程序直接计算混凝土收缩次内力。在文献[6]，[7]中介绍的20个拱桥实例中，有12个提到了收缩次内力的计算，其中，有5个桥例采用降温15 ℃的方法计算钢管混凝土的收缩次内力，其余7个采用有限元程序直接计算混凝土收缩次内力。然而，究竟这些计算方法的合理性如何，目前尚未见研究报道。为此，本文中笔者将对2种钢管混凝土拱的收缩次内力计算方法进行讨论，以提出参考性建议。

1 收缩次内力计算方法

1.1 计算方法简介

1.1.1 解析法

收缩属于变形问题，当超静定拱受到多余约束时，将产生次内力。对于一个三次超静定的无铰拱，其混凝土收缩引起的附加内力计算模型见图1，其中，Hs为附加水平力，ys为拱结构的弹性中心至拱顶的竖向距离，l为拱的计算跨径，Δls为核心混凝土收缩引起拱在水平方向的变形。由结构力学理论可知，混凝土水平方向的收缩Δls在弹性中心处产生的附加水平力Hs可由典型方程式（1）求得，即

混凝土收缩与温度下降均使拱肋产生缩短变形，所引起超静定拱次内力的力学原理相同，计算方法也相同，所以，解析法中多采用等效降温的方法来计算混凝土收缩次内力。

根据原公路桥规《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）[8]可知：①整体浇筑的混凝土结构的收缩影响力，对于一般地区相当于降温20 ℃，干燥地区相当于降温30 ℃；整体浇筑的钢筋混凝土结构的收缩影响力，相当于降温15 ℃～20 ℃；②分段浇筑的混凝土或钢筋混凝土结构的收缩影响力，相当于降温10 ℃～15 ℃；③装配式钢筋混凝土结构的收缩影响力，相当于降温5 ℃～10 ℃。

根据现行铁路桥规《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1—2005/J 460—2005）[9]可知：对于整体浇筑的混凝土结构，相当于降低温度20 ℃；对于整体浇筑的钢筋混凝土结构，相当于降低温度15 ℃；对于分段浇筑的混凝土或钢筋混凝土结构，相当于降低温度10 ℃；对于装配式钢筋混凝土结构，相当于降低温度5 ℃～10 ℃。

以等效降温值代入式（1）计算出附加水平力Hs后，可由式（2）计算出其在拱结构中任意截面产生的附加内力，具体计算方法参见文献[10]，[11]

式中：Ms为核心混凝土收缩在拱结构任意截面产生的附加弯矩；Ns为核心混凝土收缩在拱结构任意截面产生的附加轴力；Qs为核心混凝土收缩在拱结构任意截面产生的附加剪力；y为拱结构的弹性中心至任意截面的竖向距离；y1为拱顶至拱结构任意截面的竖向距离；φ为拱结构任意截面在拱轴切线方向与水平方向的夹角。

1.1.2 有限元法

混凝土收缩次内力的计算也可以直接通过有限元程序进行。计算中，最主要的问题是确定混凝土的收缩值。

收缩变形的大小与混凝土的组成和所处的环境条件有关，各国进行了大量的研究。然而，由于混凝土材料组成比较复杂，影响混凝土收缩的因素众多，不同条件、不同材料都会引起混凝土收缩变形的差异，因此，目前有较多的混凝土收缩计算模型。常见的模型有CEBFIP MC90，ACI 209R92，Gardner和Lockman，Bazant B3，Sakata，BP2和BPKX等。中国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）中采用的混凝土收缩计算模型是CEBFIP MC90模型。

1.2 收缩次内力计算

钢管混凝土超静定拱由于混凝土收缩引起的次内力计算，目前也有2种方法：①按等效降温的解析法；②有限元法。这2种计算方法的原理与普通混凝土均相同，但是需要考虑钢管混凝土拱组合截面的特性。

1.2.1 解析法

（1）拱肋刚度

在计算柔度系数δ22时要用到钢管混凝土拱肋的轴压与弯曲刚度。有关钢管混凝土的轴压与弯曲刚度，已有大量的研究，各国的规范规定也有所不同，轴压刚度一般考虑将钢管与混凝土的轴压直接相加；而对于弯曲刚度，则在混凝土弯曲刚度是否折减及折减值的取值上有所不同[1214]。对于超静定结构的次内力计算，刚度越大，则次内力也越大，所以不考虑混凝土刚度折减的计算是偏安全的。福建省地方标准DBJ/T 13136—2011中规定，内力计算时拱肋截面弯曲刚度采用钢管与混凝土直接相加法计算。笔者后面的收缩次内力计算中，拱肋轴压（EA）sc与弯曲刚度（EI）sc按式（3），（4）计算，即采用钢管与混凝土直接相加法计算

式中：Es为钢材弹性模量；Ec为混凝土弹性模量；As为钢管混凝土单圆管截面钢管面积；Ac为钢管混凝土单圆管截面混凝土面积；Is为钢管混凝土单圆管截面钢管惯性矩；Ic为钢管混凝土单圆管截面混凝土惯性矩。

（2）等效降温法计算的线膨胀系数

采用等效降温法计算收缩次内力时，钢管混凝土拱肋截面轴线方向的线膨胀系数需要考虑其组合截面的特性，可按式（5）计算

式中：α为钢管混凝土拱肋截面沿轴线方向的线膨胀系数；αs为钢材线膨胀系数，取1.2×10-5；αc为混凝土材料线膨胀系数，取1.0×10-5。

（3）等效降温值

将收缩次内力等效成降温来计算时，式（1）中的Δls可表示为

式中：Δt为等效降温值；εsh为核心混凝土收缩应变。

本文中根据文献[6]～[9]中的参数取值，按照降温15 ℃～20 ℃计算收缩次内力。

1.2.2 有限元法

（1） 双单元模型

钢管混凝土是由外包钢管和核心混凝土组成的组合截面，采用有限元程序进行钢管混凝土收缩次内力计算时需要分别建立钢管单元和核心混凝土单元，两者在节点处协调变形，即同节点双单元模型。采用双单元模型建模进行有限元计算时，可以在软件中直接设置混凝土单元的依时特性，输入混凝土收缩应变模型，从而计算出收缩变形和收缩次内力。

（2）单单元模型

单单元模型是将外包钢管与核心混凝土看成一个组合截面，只建立一个钢管混凝土单元，将钢管混凝土等效成一种材料进行计算。

在钢管与核心混凝土完全粘结的情况下，钢管混凝土截面的平均收缩引起超静定结构的次内力。对于一端固接、一端自由的钢管混凝土构件，假设核心混凝土在无约束状态下的自由收缩变形为ΔC，由于外包钢管的存在，钢管混凝土的收缩变形为ΔSC，如图2所示，根据力的平衡原理可得

式中：L为构件的计算长度。

由ΔSC可以求得超静定拱的多余内力。

采用单单元模型计算时不能考虑核心混凝土与钢管的相互作用，可根据式（9）计算得到钢管混凝土的收缩变形来计算钢管混凝土拱的收缩次内力。

对于普通超静定混凝土拱，混凝土的收缩作用会引起拱结构产生次内力，而对于钢管混凝土拱，拱肋截面由核心混凝土和钢管组成，核心混凝土的收缩作用还会引起拱肋截面的非线性应力。由于钢管与核心混凝土的相互作用限制了混凝土的自由收缩，从而导致核心混凝土产生拉应力；钢管与核心混凝土协调变形导致钢管产生压应力。由图2中的构件，可以得到钢管和核心混凝土的应力分别为

式中：σsh，c为收缩引起的核心混凝土拉应力；σsh，s为收缩引起的钢管压应力。

图2中混凝土的自由收缩变形ΔC可由混凝土收缩模型计算得到。有限元程序中有多种收缩模型可供选择，但都是沿用普通混凝土的收缩模型。常规的混凝土结构暴露在大气环境中，除了混凝土自身的水化反应引起收缩外，还存在混凝土水分丢失而引起的干燥收缩。对于钢管混凝土中的管内混凝土，外包钢管使其处于密闭环境中，与大气环境没有发生湿度交换，混凝土自身的化学收缩是主要收缩，干燥收缩不存在或极小，可忽略不计。因此，外包钢管的约束作用与密闭环境使得钢管混凝土的收缩变形远小于普通混凝土。混凝土的收缩与徐变密切相关，各国已开展了以徐变为主的钢管混凝土的收缩徐变试验研究，结果表明，在众多模型中，ACI 209R92模型的收缩徐变预测值与试验值更加接近，为此，DBJ/T 13136—2011中的管内混凝土收缩徐变计算模型推荐采用ACI 209R92模型，文献[13]中的算例均采用了此模型。因此，目前在钢管混凝土拱的收缩计算时，主要有2种计算模型，即CEBFIP MC90模型和ACI 209R92模型。2 收缩次内力计算实例分析

2.1 计算方法

根据第1节所述，计算钢管混凝土拱收缩次内力的方法有2种，本文中采用这2种方法对3个钢管混凝土拱桥实例进行计算，并做对比分析。计算时，分别采用降温15 ℃～20 ℃和按混凝土收缩模型（ACI 209R92模型和CEBFIP MC90模型）直接计算管内混凝土收缩应变的方法计算钢管混凝土拱桥的收缩次内力。

2.2 实例基本资料

本文中采用桥梁设计软件MIDAS/Civil对9个钢管混凝土拱桥进行收缩次内力计算。计算实例中包括单圆管截面钢管混凝土拱桥、哑铃形桁式截面钢管混凝土拱桥和四肢（六肢）桁式截面钢管混凝土拱桥，桥梁资料如表1所示。

2.3 收缩次内力计算

钢管混凝土拱肋充填的混凝土要求具有自密实混凝土的性能，即流动性高、扩展性好、不分层离析、坍落度经时损失小且要缓凝。进行收缩次内力计算时，ACI 209R92模型的计算参数取值为：混凝土强度等级按各实例实际情况取值，坍落度220 mm，细骨料质量分数38%，体积面积比按各个拱桥实例实际管径计算，水泥密度500 kg·m-3，空气体积分数2.5%，环境相对湿度90%，开始收缩时混凝土龄期为1 d；CEBFIP MC90模型的参数取值为：开始时混凝土收缩龄期1 d，年平均环境相对湿度90%，构件理论厚度按实际取值（由程序自动计算），混凝土强度等级按各桥例实际情况取值。按收缩模型直接计算钢管混凝土收缩次内力时，收缩与时间有关，因此，本文中收缩次内力分析时间从拱肋空钢管合龙后开始计算至成桥后3 650 d。

采用双单元模型建立钢管混凝土拱桥有限元模型，核心混凝土单元和钢管单元共节点双单元，两者在节点处变形协调。混凝土的收缩与时间有关，计算时对钢管混凝土拱桥进行施工阶段划分，各计算实例均分为假设空钢管阶段、各拱肋一次性浇筑混凝土阶段、桥面系施工阶段和成桥3 650 d阶段。钢管混凝土拱肋各构件均采用梁单元模拟，采用等效降温计算时温度荷载按照梁单元荷载施加，即同时在混凝土单元和钢管单元上施加相同的降温值，本文中为了方便比较分析，计算时采用降温15 ℃和20 ℃两种工况。

以重庆巫峡长江大桥为例，全桥共4 414个节点，共划分8 974个单元，其中，钢管混凝土拱肋的弦杆划分为992个梁单元；拱肋的上、下平联和上、下弦杆间的腹杆共3 244个梁单元；拱肋横撑共1 404个梁单元；吊杆共56个杆单元；拱上建筑共2 876个梁单元；拱脚采用固接约束，其空间有限元

2.4 计算结果分析

对9个钢管混凝土拱桥实例采用解析法和有限元法分别计算收缩次内力，提取拱脚处、L/4截面处和拱顶截面处的内力结果及拱顶处位移，结果如表2～4所示。 从表2～4可以看出，在混凝土收缩作用下，桁式截面钢管混凝土拱肋上、下弦管在拱脚处的受力状况为上弦管受拉、下弦管受压；拱顶处则表现为上弦管受压、下弦管受拉；而西洋坪大桥和东莞水道桥在拱脚处的受力状况为上、下弦管均受拉，这是由于这2座桥在拱脚段上、下弦管之间填充混凝土以加大其刚度，从而在收缩作用下拱脚段产生的弯曲变形较小，没有形成上、下弦管一拉一压的受力状态。

此外，从表2～4还可以看出，采用等效降温15 ℃～20 ℃计算钢管混凝土拱收缩次内力时，其下限值降温15 ℃计算的结果比2种收缩模型的计算结果大很多。以上弦管及ACI 209R92模型为例，采用降温15 ℃计算的收缩次内力及收缩变形均比采用ACI 209R92模型计算的结果增大了50%

3 结 语

钢管混凝土收缩引起的次内力可以通过解析法和有限元法计算求得，根据对9个钢管混凝土拱桥实例进行分析得出，采用原公路桥规《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）中推荐的等效降温15 ℃～20 ℃计算收缩次内力时结果偏大，在没有更可靠的计算资料时，直接计算可以采用ACI 209R92模型或CEBFIP MC90模型计算管内混凝土的收缩次内力。若采用等效降温计算，等效降温值还有待进一步研究。

参考文献：

[1] JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTG D61—2005，公路圬工桥涵设计规范[S].

[4]DBJ/T 13136—2011，钢管混凝土拱桥技术规程[S].

[5]CQJTG/T D66—2011，公路钢管混凝土拱桥设计规范[S].

[6]陈宝春.钢管混凝土拱桥实例集（一）[M].北京：人民交通出版社，2002.

[7]陈宝春.钢管混凝土拱桥实例集（二）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[8]JTJ 021—89，公路桥涵设计通用规范[S].

[9]TB 10002.1—2005/J 460—2005，铁路桥涵设计基本规范[S].

[10]顾懋清，石绍甫.公路桥涵设计手册——拱桥（上册）[M].北京：人民交通出版社，2000.

[11]顾安邦，孙国柱.公路桥涵设计手册——拱桥（下册）[M].北京：人民交通出版社，2000.

[12]陈宝春.钢管混凝土拱桥[M].2版.北京：人民交通出版社，2007.

第6篇：常见化学计算方法范文

关键词：数学教学；运算能力；策略

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2015）07-192-01

我国基础教育数学课程一直将运算作为主要内容，运算能力是我国数学教育的重要特征之一，几十年来一直是我国数学教育界关注的焦点。培养学生的运算能力是我们小学数学教学的一项重要任务。从长远看，学会运算终身受用，生产、生活中处处离不开运算。可就目前而言，学生的运算能力却不容乐观。所以，作为一名小学数学教师，培养学生运算能力势在必行。本人仅就自己工作中的点滴经验，谈谈培养学生运算能力的几个小策略。

一、培养学生良好的计算习惯

要提高学生的计算能力，必须重视良好计算习惯的培养，使学生养成严格、认真、细心的学习态度。

1、审题习惯。这是计算正确、迅速的前提。学习粗心大意是小学生学习的通病，在数学考试过程中，有不少学生因为审题不清而造成计算错误。在运算过程中的审题要求注意运算的数字、运算的符号、运算的顺序，通过辨别之后再选择恰当的运算方法，最后动手解题。具体要求学生一要审数字和符号，并观察它们之间有什么特点，有什么内在联系。二审运算顺序，明确先算什么，后算什么。三审计算方法是否合理简便。

2、规范书写的习惯。要求按格式书写，字迹端正、不潦草，不涂改，不粘贴，保持作业的整齐美观。

3、检查的习惯。计算都要抄题，要求学生凡是抄下来的都要校对，做到不错不漏。

4、验算校对的习惯。验算校对是正确、科学计算的保证。在平时的练习中，教师要有意培养学生验算的习惯，教给学生科学有效的验算方法，并且要把最终的验算作为学生解答问题的必不可少的环节。

二、培养学生计算的兴趣

心理学家皮亚杰说：“所谓智力方面的工作都依赖于兴趣。”兴趣是最好的老师，有了兴趣学生会乐于学，乐于做。在计算教学中，首先要激发学生的计算兴趣，掌握一定的计算方法，然后达到准确、迅速的目的。

1、训练的形式多样化

计算题是由数字与运算符号构成的抽象、枯燥的算式，学生计算时容易产生烦躁的情绪。激发兴趣，是为了提高学生的计算能力。寓教于乐，结合教学内容，讲究训练形式多样化。如：用游戏、竞赛等方式训练；用卡片、小黑板视算；听算；限时口算；自编计算题等。多种形式的训练，不仅提高学生的计算兴趣，还培养学生良好的口算习惯。

2、以中外数学家的典型事例激发兴趣

教学中适时地列举中外数学家的典型事例，可以激发学生对数学的爱好和学习兴趣，提高学习效果。

三、强化学生的基础计算能力

口算不仅是笔算、估算和简算的基础，更可以培养学生机智敏捷和记忆的能力。从低年级开始训练学生的口算能力，对于学生以后的数学学科的学习有着至关重要的作用。

1、掌握简单的运算方法

运算方法是一种特殊的口算，掌握一些简单的运算方法不仅能够提高运算速度，而且能够对学生数学思维的训练起到良好的引导作用。在小学数学的四则运算中，一些简单的定律一定要让学生掌握，比如运算的“五大定律”：加法交换律、结合律、乘法交换律、结合律、分配律。其中，乘法分配律用途广、形式多，有正用与反用两方面的内容，有整数、小数、分数的形式。

2、加强特殊口算的记忆

一些常见的运算在现实生活中也经常遇到，这些运算有的无特定的口算规律，必须通过强化记忆训练来解决。要锻炼学生的口语计算能力，就需要学生能够对一些简单的计算结果熟练记忆。比如11―25以内的每个数的平方结果、圆周率，以及个位数的乘积，还有一些奇偶数的最简分数的小数值等。

口算训练的方法是多样的，要引导学生选择自己容易理解和掌握的方法。口算训练的形式多样，采取合作与竞争的原则。如：老师问学生答，开火车，小组答，竞赛答。还可以学生课下互相当小老师练习。通过不同形式的训练来调动学生的学习积极性。

只要我们的数学课堂能每节课坚持利用2至3分钟时间训练学生的口算能力，相信我们的学生肯定会具有扎实的计算基础。

四、引导学生有效的笔算练习

在笔算教学中，学生必须在理解的基础上真正掌握，为学生正确进行四则计算打好基础。对一些典型计算错误，要组织学生认真进行分析讨论，引起学生重视，加深对错误原因记忆。要教给学生方法，严格要求，形成习惯。为了使学生熟练掌握计算的技能技巧，形成能力，应容易混淆的对比练，经常出错的反复练。根据学生平时计算中的错误随时登记，分析归类，有针对性地反复练，可起到事半功倍的作用。

五、加强简算和估算能力的培养

简算和估算不仅是发展学生计算能力的重要组成部分，也有助于口算和笔算能力的提高，促进学生思维发展。

在以往对运算律的教学中，我们往往侧重于技能技巧的训练，只是单纯地将它和计算联系起来，并通过大量程式化的训练达到熟练的程度，学生只会条件反射地运用定律去解题，自觉运用运算定律的意识淡薄，对数据的敏感性不强，不会去观察思考，当然也没有所谓的“多样化”“最优化”的思考了。

第7篇：常见化学计算方法范文

关键词：Lagrange插值算法；溶解度曲线；ActionScript脚本语言

一、概述

初学化学教学中溶解度及溶解度曲线的知识，是让学生理解和掌握溶液的概念和基本特征，认识溶解现象，了解物质的溶解过程以及溶液在生产、生活中的应用，了解饱和溶液和溶解度的概念、含义，了解溶解度曲线的意义。在教学课件的设计中，如何能更好地绘制出溶解度曲线使学生能更有效、直观地去理解和掌握教学内容有着十分重要的意义。本文是通过运用一种常用的插值方法――拉格郎日（Lagrange）插值法，实现常见物质的溶解度曲线绘制。

二、基本原理

所谓“插值”，通俗地讲就是在所给函数表中再“插入”一些需要的函数值。数据表中的函数值为已知的节点xi，称为插值节点，插值节点上所给的函数值yi=f（xi）称为样本值，函数值待求点x，则称为插值点。插值节点所界定的Δ=[minxi，maxxi]称为插值区间。插值方法的设计原理是针对某个插值点x，用插值节点xi上的样本值组合生成f（x）的近似值y即：

f（x）≈■λi f（xi） （1）

就是说，适当选取权系数λi，而取yi的组合值，即：

y=■λi yi （2）

作为插值结果。

用于插值计算的式（2）即称为式（1）的插值公式。插值方法的目的在于寻求函数的近似值，自然要求所求出的插值结果能够有足够的精度。为保证所设计的插值公式f（x）具有“尽可能高”的精度，则可以用n阶多项式表示。Lagrange插值方法的基本思想是：将待求的n次多项式的插值函数f（x）改写成用已知函数值的系数的n+1个待定n次多项式的线性组合形式，再用插值条件和函数分解技术确定n+1个待定n次多项式，求出插值多项式。有如下形式的Lagrange插值基函数。

φi（x）=■■，i=0，1，2，...，n （3）

显然基函数

φi（xi）=1

φi（xj）=0，j=0，1，...，i-1，i+1，...，n

因而将它们加以组合即得所求的插值公式

y=■yiφi（x）=■yi ■■ （4）

这种形式的插值公式称为Lagrange插值公式。

三、插值实现

1.常见物质的溶解度

通过查阅资料可获取各种物质的溶解度，表1列出了几种常见物质的溶解度值。

注：？葚表示为用Lagrange方法计算的值。

2.实现方法

根据（4）式，我们用Flas设计软件的ActionScript 3定义了一个类Lagrange，通过该类的一个方法LagrangeInsert（ ）完成给定插入点x的函数值计算。（如下代码所示）

public class Lagrange

{

public function LagrangeInsert（xx：Number，leng：int，arr1：Array，arr2：Array）：Number

{

var yy：Number = 0；

var i：int；

var j：int；

var l：Number；

for （i=0； i

{

l = 1；

for （j=0； j

{

if （i ！= j）

{

l *= （xx-arr1[j]）/（arr1[i]-arr1[j]）；

}

}

yy += arr2[i] * l；

}

return yy；

}

}

说明：在上述方法中，xx表示插入点横坐标（即任意温度值），leng表示物质溶解度测定值（或参考文献值的结点数），一般来讲可能是11个结点值（从0到100，每10度一个测定值），arr1和arr2分别表示温度和对应溶解度测定值（或参考文献值）。任意给定一个温度值（xx），就可计算并返回一个溶解度值（yy表示）（即插入值）。根据需要，通过循环方法可以计算出多个插入值，然后将这些值通过绘制线段的方法绘制出来，即可形成一条平滑的曲线，避免了出现折线形式。如我们计算NH4HCO3的20个溶解度值：

表2 Lagrange插值法计算所得溶解度值

■

NH4HCO3的溶解度曲线为如下图所示：

■

四、结论

运用该方法，实现了常见物质的溶解度曲线绘制，使曲线更具平滑，对完成这类曲线绘制具有一定的帮助作用，对制作更为精确、漂亮的教学课件有很好的借鉴意义。

参考文献：

第8篇：常见化学计算方法范文

关键词：化工原理；流体流动 ；计算机辅助

一、绪论

诸如化工、轻化工程等课程都属于过程工程类专业，化工原理课程在这些课程中起到了连接基础理论课和专业技术课的重要作用。化工原理课程起到了桥梁的过程，是学生利用理论知识解决实际问题的初次探索。实际中，此课程包含了众多的公式、繁杂的概念，计算过程也相当繁琐，因此教师常常感到此课程难以教授。传统的多媒体课件方式很难让学生对实际过程有清晰的理解，所以必须要尝试新的授课手段来强化学生对化工原理课程的理解。同时，也必须考虑到学生使用复杂多变的理论知识或者经验公式解决实际问题的时候，仍然感觉计算过于繁琐，这个时候能够推荐给学生一种适合学生使用的数学公式，让学生在不必关心具体计算过程和细节的要求下轻易地完成工程计算。

在新提出的过程类专业改革过程中，明确将计算机辅助教学作为一项重点改革内容，提出要多使用计算机辅助进行工程计算。这确实能够解决当前的教学困扰，但是目前比较常用的辅助教学方式是C语言或者FORTRAN，用这两种语言编写的程序结构复杂，流程多变，学生需要很长的一段时间才能初步掌握。MATLAB作为一种数值计算常用的数学软件，在数学建模等方面有着独特的优点而且还具有开发效率高、界面友好等特点，因此使用MATLAB进行计算机辅助教学是一种不错的选择。本文以MATLAB工具作为计算机辅助平台，以化工原理中常见的基础单元操作—流体输送过程作为研究对象，并且对一些典型例题进行了分析，然后给出了具体的实现方法。最后使用MATLAB和EXCEL来对处理实验数据，最后的结果显示利用图形能够非常直观地表达出计算的结果。MATLAB是一种有效而高效的计算机辅助手段。

二、流体输送过程当中的计算机辅助计算

化工生产过程中的基础单元操作就是流体的输送，计算流体输送主要包括两个方面的内容，一个是计算管路，另一个是通过计算确定离心泵工作的地点。

1.管路计算

管路计算的主要内容其实就是综合运行伯努利方程、连续性方程式以及能量损失计算式，根据输入的已知量和未知量来确定不同的算法。管路可以分为简单管路和复杂管路，这是根据整个流线上是否存在多条管线来区分的。计算简单管路一般有两种方法，一种是操作型计算，另一种是设计型计算，这两种计算方法是根据输入数据不同恰当选择的。操作型的计算式在管路已经确定的基础上，为了核算某条件下管路的输送能力或者其他性能指标时使用；设计型计算则是在管路尚不存在时按照给定的输送任务进行管路设计，选择合理的路线保证设计的经济效益。这两个问题可以归结为流体流速或者管路路径未知，无法根据已知条件判断出流体的类型，也就无法获得流体的摩擦系数 ，也不能获得Re的值。在工程计算上常常是使用试差法来对这一问题进行处理。

2.计算中使用到的方程：

（1）使用伯努利方程来衡算流体流动中的机械能

（2）自由度分析

以上求解方程组共涉及到了5个方程，变量个数为11，因此自由度是6。在实际的计算过程中，都是可以测量获得的已知量，所以实际需要确定的变量只有一个，也就是说可以从中选择一个作为需要确定的变量。最终得到的方程组是可以使用方程组来求得的，同时也可以分析这些方程组的构成，需找合适的方法来加快解题速度。下图给出了求解此问题的MATLAB程序流程图。

三、流体·输送过程当中的实验数据计算机辅助处理

流体输送实验的主要目的就是测定管路的阻力，得到离心泵的特性曲线。为了使结果相对精确，就需要对大量的数据进行处理，这个过程中涉及到了极其繁琐的计算，非常容易出现错误。借助计算机软件Excel很够极大程度地减少繁琐的计算，获得较为精确的图表。同时Excel提供了大量的数学函数，拥有强大的数据处理能能力，使用它对大量数据进行整合不仅效率高，而且非常准确。借助上述思路，针对离心泵特性曲线测定实验，将实验获得数据分别填入到了Excel表格中，然后在公示栏中填入了相应的计算公式，最后时候Excel进行了自动计算，下图是当中一个有关功率同流量的关系图。

四、结论

化工原理流体输送过程中涉及到的数据量和运算方法非常多，计算迭代的次数也非常多，对于实验数据如何处理一直是一个令人头痛但不得不面对的问题。实际上，计算机软件拥有强大的数据处理能力，可以高效地完成这些任务，其中MATLAB和Excel是其中的代表，它们不仅能够高效地完成计算任务，还能够提高计算机的实际应用能力，提高工作效率都有着巨大的帮助。

参考文献：

第9篇：常见化学计算方法范文

【关键词】荷载与结构设计原理 教学方法 改进措施

【中图分类号】TU3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0029-01

1.概述

为了适应厚基础、宽口径的人才培养目标，土木工程的新课程体系由如下六大模块组合而成[1]：①结构分析；②荷载与结构设计准则；③结构设计基本原理；④结构工程设计；⑤结构试验与测试；⑥结构工程施工。

其中，第2模块的知识内容，以前散落在有关结构设计课程的教学内容中，缺乏系统性，且重复过多，现已将其整合为一门独立的课程：荷载与结构设计原理。这一课程目前已被国家高校土木工程专业指导委员会采纳，并列为土木工程专业必修基础课程。该课程旨在使学生熟悉工程结构各行业中常见的荷载类型及其特点，掌握结构设计理论和方法，了解规范建立的可靠度理论背景，为今后培养工程结构的设计计算能力和科研创新能力打下必要的基础。

本文主要分析了“荷载与结构设计原理”课程在教学环节中存在的主要问题，并对其进行分析和解决，提出了一些改革措施。

2.存在问题

《荷载与结构设计原理》课程内容大致分为两个部分[2]：荷载分析和结构设计方法分析，其特点为：理论性较强，且较多地用到了数学中数理统计的知识，许多学生感觉课程抽象枯燥，接受起来较困难。笔者在该课程教学和实践过程中，归纳总结了目前存在的一些主要问题，具体如下：

1）学生对各类荷载的作用方式理解不够。

《荷载与结构设计原理》一般安排在第五个学期，此时大部分专业课程尚未接触，学生对各类荷载的工程背景了解不够，以至于往往只停留在对条文和公式的死记硬背上，难于深入理解和掌握荷载的作用方式、计算思路。

2）不同工程中需要考虑的荷载有所不同，同类荷载的计算方法和考虑方式也各有偏重，学生对此缺乏理解。

3）设计方法中，较多地用到了概率论、数理统计、可靠度方面的知识，学生在此方面理论基础不扎实，学到此处常感觉课程抽象、难以理解、无所适从。

3.教学改进措施

笔者认为，教师需针对学生情况理清课程体系和授课重点，有的放矢，刺激学生的学习兴趣，使得教与学能较为融洽地相互配合。针对前述共性问题，以提高教学质量、培养应用型人才为目标，提出以下几个方面的改进措施供参考。

1）理清知识结构，突出课程主线。

在绪论中，首先介绍本课程的课程性质、主要内容、基本特点和学习方法，使得学生充分了解“为什么学”、“学什么”和“怎样学”等基本问题，掌握本课程的学习主线。在以后的课堂讲解过程中，教师还宜不时地强化这条学习主线，并根据学生的实际情况去粗取精、突出重点，从而使学生有明确的学习目标，达到事半功倍的效果[3]。

2）交代工程背景，介绍预备知识。

例如，在讲述厂房中的吊车荷载时，建议先介绍厂房排架的结构组成、荷载类型和传力方式作为预备知识，若有条件时还可带学生进行有吊车的厂房排架结构的实地参观，使得学生对吊车荷载的工程背景、产生原因、荷载传递方式和特点有更清楚的认识，并利用多媒体辅助教学，通过理论与实践的结合刺激其学习兴趣，以便对移动荷载的特点以及竖向、横向、纵向吊车荷载标准值的确定方法有更准确的理解。

不同工程结构需考虑的主要荷载类型也有所不同。例如，建筑结构需考虑楼面活荷载，而桥梁结构则需考虑汽车荷载。这两类荷载都是可变荷载，但是作用方式和特点不同，计算方法也各不相同。建议教师在讲课中适当地补充两类工程结构的结构布置和荷载传递方式。

3）结合工程实例，重视实践应用。

在课程中宜尽可能结合工程实例进行分析，既可将抽象的知识概念具体化，便于学生理解，又可刺激学生的求知欲。课程基本内容结束后，教师还可找一些建筑结构、桥梁结构、水工结构等工程实际案例，指导学生进行结构上各类荷载计算、内力组合和可靠度分析，将课程所学内容融会贯通，并强化学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。

4）详略得当，突出基本思路。

为了给混凝土结构、砌体结构、钢结构等专业课程打好基础，大部分高校将“荷载与结构设计原理”课程安排在第五个学期，此时结构力学中的动力学知识尚未学到。因此，对于地震作用一章，建议可着重介绍相关概念和地震反应谱法的基本理论、思路，具体的公式推导和计算方法可待“结构抗震”课程再做详细讲授。

此外，结构可靠度的计算分析也宜详略得当，建议将数理统计的一些必要概念（随机变量、正态分布、特征值、分位值等）灵活穿插于分析思路中，以图、表、举例等形式较生动地唤起学生对相关数学知识的记忆，并在此基础上讲清可靠度计算的基本理论和实用方法。笔者认为，讲授过程中宜尽量避免长篇累牍地进行数学推导和演算，充分发挥多媒体教学的优势，将抽象的数学理论和概念用较形象生动的图、表或者动画表现出来，激发学生的学习兴趣。

4.结语

笔者多年来从事土木工程专业相关课程的教学工作，对厚基础、宽口径的人才培养目标和本专业的课程体系构成有较深刻的理解。以上是我在讲授《荷载与结构设计原理》这门课程中积累的一些总结和体会，谨供参考，衷心希望能够为提高教学质量、培养具有创新思维能力的综合型人才贡献一份力量。

参考文献：

[1]李国强，陈以一等.土木工程专业结构工程课程体系与教学内容改革总体方案[J].高等建筑教育， 2002，43（2）：53-54.