常見化學(xué)計(jì)算方法精選(九篇)

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第1篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

關(guān)鍵詞：物理法；手工拆分法；顯微鏡法；纖維含量；檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

纖維含量檢測(cè)項(xiàng)目雖然沒有國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，但是GB 18401和GB 5296.4中都涉及纖維含量檢測(cè)，因此纖維含量檢測(cè)在間接上成為質(zhì)量監(jiān)督的必檢項(xiàng)目，是反映紡織品品質(zhì)的重要指標(biāo)。

纖維含量檢測(cè)按是否使用化學(xué)試劑通常可以分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)結(jié)合法三種。而物理法目前主要包括手工拆分法、纖維橫截面積測(cè)定法、特種動(dòng)物混紡纖維測(cè)定法和棉麻混紡產(chǎn)品測(cè)定法等。目前國(guó)家和行業(yè)涉及物理法檢測(cè)的有效標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 2910.1—2009《紡織品 定量化學(xué)分析 第1部分 試驗(yàn)通則》附錄B定量分析方法 手工分解法、GB/T 16988—1997《特種動(dòng)物纖維和綿羊毛混合物含量的測(cè)定》、FZ/T 01101—2008《紡織品 纖維含量的測(cè)定 物理法》、FZ/T 01095—2002《紡織品 氨綸產(chǎn)品纖維含量的試驗(yàn)方法》、FZ/T 30003—2009《麻棉混紡產(chǎn)品定量分析方法 顯微投影法》、GB/T 14593—2008《山羊絨、綿羊毛及其混合纖維定量分析方法 掃描電鏡法》等。在實(shí)際工作中，有些檢測(cè)人員對(duì)正確選擇標(biāo)準(zhǔn)感到困惑和不解，錯(cuò)誤選擇操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而影響檢測(cè)報(bào)告的質(zhì)量。文中從這些標(biāo)準(zhǔn)[1-6]的適用范圍、原理、計(jì)算方法、試驗(yàn)結(jié)果等方面進(jìn)行比對(duì)分析，探討標(biāo)準(zhǔn)在各自涵蓋領(lǐng)域的正確使用問題。

1 適用范圍

表1中列舉了我們常見的物理法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍，根據(jù)適用范圍結(jié)合樣品的實(shí)際情況，通常情況下可以初步選擇最符合檢驗(yàn)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

從表1標(biāo)準(zhǔn)適用范圍可以看出，物理法可以分為兩大類，即手工拆分法和顯微鏡分析法。GB/T 2910.1—2009主要針對(duì)可以完全用手工拆分成各類纖維的紡織品，其不包含化學(xué)法也不包含顯微鏡法；FZ/T 01101—2008適用于可手工拆分的或不宜采用化學(xué)分析方法的混紡、混合和交織產(chǎn)品及散纖維原料的纖維含量定量分析，不適用于特種動(dòng)物纖維混紡產(chǎn)品，其最大的特點(diǎn)是還包含了顯微鏡測(cè)定法，該試驗(yàn)方法在操作上技術(shù)性較強(qiáng)，部分實(shí)驗(yàn)室在標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可時(shí)往往會(huì)做限制；FZ/T 01095—2002主要針對(duì)含氨綸二組分產(chǎn)品，其不僅包含了手工拆分法，也包括了化學(xué)法定量含氨綸的二組分產(chǎn)品；GB/T 16988—1997和GB/T 14593—2008主要針對(duì)特種動(dòng)物纖維的定量；FZ/T 30003—2009主要解決麻棉混紡產(chǎn)品的定量分析。

2 原理

不同檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)使用的檢測(cè)原理不同，將幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的原理進(jìn)行比對(duì)，可以進(jìn)一步明晰各標(biāo)準(zhǔn)的適用條件及操作的可行性，具體比對(duì)結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，物理法主要分為手工拆分、投影顯微鏡和掃描顯微鏡三種。手工拆分法主要適用于能用物理方法拆分各組分或部分組分的織物產(chǎn)品，該方法操作簡(jiǎn)單，常見的氨綸針織產(chǎn)品、氨綸牛仔產(chǎn)品、交織產(chǎn)品都可以使用，且定量結(jié)果較為準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好。投影顯微鏡法主要適用于不能使用化學(xué)方法定量也無(wú)法物理拆分的特種動(dòng)物纖維混紡、麻棉混紡以及再生纖維素纖維混紡的產(chǎn)品，其主要有測(cè)量直徑和橫截面積兩種方法，該方法也是較常用的定量方法，但其操作對(duì)檢驗(yàn)員要求極高，檢驗(yàn)員主觀經(jīng)驗(yàn)判斷的準(zhǔn)確與否是影響該物理定量方法準(zhǔn)確度的重要因素。掃描電鏡法主要應(yīng)用在特種動(dòng)物纖維混紡產(chǎn)品的定量方面，是其他方法都無(wú)法完成時(shí)的最后選擇，其檢測(cè)成本較高，對(duì)檢驗(yàn)員的要求也較高，一般產(chǎn)品不建議使用該方法。

3 儀器設(shè)備與試劑

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)使用的儀器與試劑在一定程度上影響實(shí)驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇，正確選擇標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系到檢測(cè)過程的復(fù)雜程度、檢測(cè)周期，甚至檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，通常以“常規(guī)、低成本、環(huán)保、快速、準(zhǔn)確”為選擇標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，因此掌握各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器及使用試劑的要求，也十分重要。各個(gè)涉及物理法操作的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儀器設(shè)備及試劑的要求見表3。

從表3我們可以看出，GB/T 2910.1—2009、FZ/T 01095—2002標(biāo)準(zhǔn)物理法對(duì)儀器的要求最低，不需要任何化學(xué)試劑，完全依靠手工拆分，準(zhǔn)確性最高，是檢測(cè)手段的首選。FZ/T 01101—2008標(biāo)準(zhǔn)中包含了手工拆分和顯微鏡兩種，而GB/T 16988—1997和FZ/T 30003—2009則完全依靠顯微鏡才能完成定量工作，但試驗(yàn)儀器也較為常用，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件基本可滿足需要。GB/T 14593—2008標(biāo)準(zhǔn)中涉及掃描電子顯微鏡，價(jià)格較為昂貴，試驗(yàn)操作也較為復(fù)雜，不適合大批量試驗(yàn)操作。

4 計(jì)算方法

標(biāo)準(zhǔn)選用的方法不同，纖維含量的計(jì)算方法也不同，是否準(zhǔn)確選用相應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)纖維含量結(jié)果的計(jì)算繁瑣程度影響很大，因此不僅要熟悉各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍和原理，也要掌握每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法優(yōu)劣性，各物理法檢測(cè)纖維含量標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式見表4。

從表4可以看出，這6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中其中GB/T 2910.1—2009、FZ/T 01101—2008、FZ/T 01095—2002三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)涉及手工拆分法，且計(jì)算方法最為簡(jiǎn)單，不同之處是FZ/T 01101—2008適用于所有能拆分成單組分的產(chǎn)品，而其他兩個(gè)僅適用于二組分產(chǎn)品；涉及顯微鏡測(cè)試方法的計(jì)算都比較繁瑣，這是因?yàn)轱@微鏡測(cè)試方法其實(shí)是一個(gè)概率統(tǒng)計(jì)的過程，它需要有一定量纖維測(cè)試根數(shù)來(lái)保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，因此在纖維定量操作過程中需要謹(jǐn)慎操作，以防誤判造成結(jié)果偏離真實(shí)值。

5 試驗(yàn)報(bào)告及數(shù)據(jù)處理

選用的標(biāo)準(zhǔn)不同，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能會(huì)存在差異，平行試驗(yàn)的結(jié)果允差要求也不完全相同，試驗(yàn)結(jié)果修約也存在差異，因此，弄清楚各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)要求，對(duì)檢驗(yàn)報(bào)告的格式影響很大，表5中詳細(xì)列出這6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)允差及結(jié)果處理方面的規(guī)定。

從表5中可以看出，試驗(yàn)方法的不同平行試驗(yàn)允差要求不同，其中GB/T 2910.1—2009和 FZ/T 01095—2002對(duì)平行試驗(yàn)結(jié)果允差要求最高，均要求≤1%，也從側(cè)面說(shuō)明手工拆分法試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定、重現(xiàn)性高；而FZ/T 01101—2008和GB/T 16988—1997對(duì)平行試驗(yàn)結(jié)果允差范圍要求較寬，為≤3%，這說(shuō)明顯微鏡法在測(cè)量直徑或者橫截面積時(shí)都存在較大的隨機(jī)性和主觀性；對(duì) FZ/T 30003—2009標(biāo)準(zhǔn)而言，主要是定量麻棉含量，其平行試驗(yàn)結(jié)果允差要求≤2%，但是試驗(yàn)結(jié)果修約到小數(shù)點(diǎn)后兩位，這是和其他標(biāo)準(zhǔn)最大的不同。

6 其他

在其他纖維成分檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，也有涉及物理法或物理化學(xué)法結(jié)合的檢測(cè)方法及計(jì)算方法，如GB/T 2910.2—2009《紡織品 定量化學(xué)分析 第2部分：三組分纖維混合物》條款8.4和條款9中分別涉及三組分手工拆分法計(jì)算、三組分手工拆分和化學(xué)分析綜合分析法的計(jì)算。FZ/T 01026—2009《紡織品 定量化學(xué)分析 四組分纖維混合物》條款9和條款10中分別涉及四組分手工拆分法計(jì)算、四組分手工拆分和化學(xué)分析綜合分析法的計(jì)算。因此，在平時(shí)的檢測(cè)工作中，要不斷加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)與交流，能準(zhǔn)確理解檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、合理選擇檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和靈活使用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是至關(guān)重要的。

7 總結(jié)

（1）無(wú)論檢測(cè)手段如何，通常情況下以纖維含量準(zhǔn)確性和可操作性為選擇檢測(cè)方法依據(jù)，在相同樣品條件下，首選試驗(yàn)結(jié)果為纖維質(zhì)量含量，其中以手工拆分方法最優(yōu)，其次為纖維體積含量，最后為纖維根數(shù)含量。

（2）在選擇試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可范圍及實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)?zāi)芰?，通常情況下：手工拆分二組分含氨綸產(chǎn)品時(shí)可選用FZ/T 01095—2002標(biāo)準(zhǔn)，拆分其他二組分產(chǎn)品時(shí)可選用GB/T 2910.1—2009標(biāo)準(zhǔn)；手工拆分三組分及以上產(chǎn)品時(shí)可選用FZ/T 01101—2008標(biāo)準(zhǔn)。

（3）當(dāng)需要使用顯微鏡測(cè)定法測(cè)定纖維根數(shù)含量、纖維體積含量或纖維質(zhì)量含量時(shí)，可以選擇FZ/T 01101—2008標(biāo)準(zhǔn)；棉麻混紡纖維定量可以選用FZ/T 30003—2009；特種動(dòng)物纖維與綿羊毛混合物的定量根據(jù)使用儀器的不同，可以選擇GB/T 16988—1997投影顯微鏡法或GB/T 14593—2008掃描電鏡法。

（4）在選用相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不僅要考慮標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，同時(shí)也要考慮檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證認(rèn)可能力范圍，防止因超標(biāo)檢測(cè)造成不必要的檢測(cè)糾紛。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 2910.1—2009紡織品 定量化學(xué)分析 第1部分：試驗(yàn)通則[S].

[2] FZ/T 01101—2008紡織品 纖維含量的測(cè)定 物理法[S].

[3] FZ/T 01095—2002紡織品 氨綸產(chǎn)品纖維含量的試驗(yàn)方法[S].

[4] GB/T 16988—1997特種動(dòng)物纖維與綿羊毛混合物含量的測(cè)定[S].

[5] FZ/T 30003—2009麻棉混紡產(chǎn)品定量分析方法 顯微投影法[S].

第2篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

關(guān)鍵詞：冷凝器；傳熱系數(shù)；冷凝段；過熱段；過冷段

冷凝是氣體或液體遇冷而凝結(jié)，如水蒸氣遇冷變成水，水遇冷變成冰。溫度越低，冷凝速度越快，效果越好?；どa(chǎn)中一般以比較容易得到，所以成本低的水或空氣作冷凝的介質(zhì)，經(jīng)過冷凝操作后，水或空氣溫度會(huì)升高，如果直接排放會(huì)造成熱污染。

冷凝過程在煉油、化工和石油化工等裝置中的應(yīng)用極其廣泛，但是，冷凝過程是復(fù)雜的，實(shí)際工況是多樣的，對(duì)于純組分冷凝工況，會(huì)因氣相分率的顯著變化，引起冷凝器內(nèi)沿長(zhǎng)度方向上氣液兩相流況的改變，并導(dǎo)致局部傳熱性能和壓力降梯度的變化，對(duì)于多組分混合物的冷凝過程，伴隨著熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和動(dòng)量傳遞。對(duì)此，一些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中對(duì)多種因素的綜合分析不夠，使選用的冷凝器在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)不到設(shè)計(jì)的負(fù)荷值。本文對(duì)選用冷凝器時(shí)經(jīng)常遇到和值得注意的幾個(gè)問題進(jìn)行了分析和闡述。

一、問題剖析及處理方案

對(duì)于單組分的冷凝，雖然不存在化學(xué)變化，但是會(huì)因氣相分率的顯著變化，致使介質(zhì)在冷凝器內(nèi)的氣液兩相流況發(fā)生很大的變化，所以，簡(jiǎn)單的按進(jìn)出口溫度值直接計(jì)算傳熱平均溫差的計(jì)算方法是很不準(zhǔn)確的；對(duì)于多組分的冷凝，由于不同介質(zhì)的物化性質(zhì)不同，隨著冷凝過程的不斷進(jìn)行，氣相分率會(huì)出現(xiàn)不等的變化情況，而且氣液兩相的組成與溫度的關(guān)系曲線和溫度與汽化率的關(guān)系曲線往往呈現(xiàn)強(qiáng)烈的非現(xiàn)性，所以更不能簡(jiǎn)單的按進(jìn)出口的溫度值直接計(jì)算傳熱平均溫差。為了考慮上述變化的影響，對(duì)于冷凝段、過熱段、過冷段應(yīng)分別采取不同的計(jì)算方法。

1.冷凝段

對(duì)于冷凝段，應(yīng)把整個(gè)冷凝過程分割成若干小段，先計(jì)算出每一小段的熱量及對(duì)應(yīng)的溫度分段點(diǎn)和氣相分率，再由熱平衡關(guān)系推算出冷流體的各點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度，并由這些分段點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)計(jì)算出各小段的傳熱平均溫差Ti，然后按各小段熱量所占總熱負(fù)荷的比例進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出全過程的傳熱平均溫差。

2.過熱段

當(dāng)幾股氣相物流混合后在進(jìn)行冷凝，由于系統(tǒng)壓力的降低，冷凝器進(jìn)口狀態(tài)可能為過熱態(tài)，當(dāng)過熱段熱量所占的比例很小時(shí)，則不需要詳細(xì)計(jì)算，而把過熱段的熱量直接并入冷凝段，在計(jì)算傳熱溫差時(shí)，進(jìn)口溫度取露點(diǎn)溫度，當(dāng)過熱段熱量所占比例較大時(shí)，則應(yīng)單獨(dú)計(jì)算過熱段的傳熱計(jì)算，可先分別按濕壁和干壁兩種機(jī)理考慮所謂濕壁機(jī)理是基于管壁溫度低于冷凝介質(zhì)的露點(diǎn)溫度這一假設(shè)，而干壁機(jī)理則是基于管壁溫度高于冷凝介質(zhì)的露點(diǎn)溫度這一假設(shè)，將過熱段當(dāng)作氣體的熱傳遞過程來(lái)處理，計(jì)算傳熱溫差時(shí)，濕壁機(jī)理冷凝介質(zhì)溫度取露點(diǎn)溫度，而干壁機(jī)理則取實(shí)際過熱段的氣相溫度，即：

qW=KWTw（濕壁）

qd=KdTd（干壁）

一般情況下，KW>Kd，TW

3.過冷段

過冷段的傳熱計(jì)算一般只限于管程。對(duì)于殼程過冷，通常是由操作控制來(lái)調(diào)節(jié)的，當(dāng)設(shè)計(jì)選用的傳熱面積留有較大的余量時(shí)，操作中可利用冷凝液掩埋管子的多少來(lái)控制冷凝液的出口溫度。若在同一設(shè)備內(nèi)既有冷凝段又有過冷段是，往往難以保證較高的過冷段傳熱系數(shù)，因此，當(dāng)過冷段熱量所占比例較大時(shí)，通常單獨(dú)設(shè)計(jì)一臺(tái)后冷器。對(duì)于管內(nèi)全凝過程，過冷段可按單純液體顯熱傳熱過程計(jì)算，對(duì)于含不凝氣的冷凝過程，若有過冷段，則應(yīng)視為非冷凝兩相流動(dòng)傳熱過程，盡管不凝氣的重量所占的比例可能較小，但體積分率則可能很大，因此，這時(shí)應(yīng)按兩相流體傳熱過程計(jì)算。

對(duì)于同時(shí)存在冷凝段和過冷段的情況，過冷段應(yīng)單獨(dú)作為一段處理，膜傳熱系數(shù)、壓力降及平均溫差均應(yīng)與冷凝段分開計(jì)算。

4.不互溶混合物的冷凝傳熱問題不互溶混合物的冷凝傳熱問題在實(shí)際工況中是很常見的

最典型的離子是含蒸汽的烴類混合物的冷凝過程，這類混合物冷凝時(shí)，在某一溫度范圍內(nèi)（通常為60～90℃），蒸汽和油氣同時(shí)冷凝，形成不互溶的兩個(gè)液相，對(duì)此，在進(jìn)行氣液平衡計(jì)算和分段計(jì)算時(shí)應(yīng)多分幾段進(jìn)行計(jì)算，否則所選的分段點(diǎn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，則傳熱平均溫差就算不準(zhǔn)確。由于單位重量蒸氣的冷凝潛熱約為油氣的8倍多，即使蒸氣含量較少，但其冷凝熱還是很可觀的，所以在計(jì)算傳熱系數(shù)時(shí)，應(yīng)把氣液兩相傳熱系數(shù)按照兩相所占冷凝液的體積分率進(jìn)行加權(quán)平均。

二、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)設(shè)計(jì)選用冷凝器的若干問題進(jìn)行了分析和闡述，如果按照文中所述的計(jì)算方法進(jìn)行冷凝器的設(shè)計(jì)選用，既能使冷凝器在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)到設(shè)計(jì)的負(fù)荷值，又能減少熱能的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玉玨，黎立新，季建剛，倪海.管殼式冷凝器設(shè)計(jì)程序研究[J].制冷與空調(diào)，2008，（03）.

[2]胡駿.管殼式冷凝器工藝設(shè)計(jì)淺析[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2003，（06）.

[3]晏剛，馬貞俊，周晉，吳亞衛(wèi)，白曉丹.蒸發(fā)式冷凝器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].制冷與空調(diào)，2003，（03）.

[4]黃勇超，侯澤飛.冷凝器的流路設(shè)計(jì)淺析[J].家電科技，2008，（23）.

第3篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

關(guān)鍵詞 管殼式換熱器；安全閥；泄放量；設(shè)計(jì)選型

中圖分類號(hào)TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2014）121-0082-02

1概述

隨著工藝現(xiàn)代化水平的不斷提高，各類生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)流程的組織與配置越來(lái)越趨于大型化與復(fù)雜化，人們開始更加意識(shí)到安全的重要性。在現(xiàn)代化工裝置中，為了防止因系統(tǒng)超壓而引發(fā)安全事故，工程設(shè)計(jì)中對(duì)安全系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，安全閥的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越嚴(yán)格。除了GB150中對(duì)于壓力容器超壓泄放裝置的有關(guān)規(guī)定與要求外，國(guó)內(nèi)外的一系列標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)于安全泄放裝置的設(shè)計(jì)選型及計(jì)算提出了更為詳細(xì)的分類與

規(guī)定。

2超壓分析

比較國(guó)內(nèi)外關(guān)于安全泄放裝置設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，我們發(fā)現(xiàn)：GB150中對(duì)于盛裝壓縮氣體或水蒸氣及盛裝液化氣體等各類容器提出了安全泄放量的計(jì)算方法，但對(duì)于容器超壓的原因未作具體劃分；而在API520及API521中對(duì)于安全閥引起超壓的原因作了更為詳細(xì)的劃分與分析，針對(duì)各種事故工況下的安全閥泄放量提出了不同的計(jì)算方法；在化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T20570.2中借鑒總結(jié)了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)并提出了下列十種事故工況下泄放量的計(jì)算方法：閥門誤關(guān)閉、循環(huán)水故障、電力故障、不凝氣積累、控制閥故障、過度熱量輸入、易揮發(fā)物料進(jìn)入高溫系統(tǒng)、換熱器管破裂、化學(xué)反應(yīng)失控、外部火災(zāi)。

在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中，管殼式換熱器是十分常見的設(shè)備之一，應(yīng)用范圍廣泛。在管殼式換熱器的管程與殼程中，往往存在著較大的溫差與壓差。因此，安全閥的設(shè)置對(duì)于管殼式換熱器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必不可少的。下面重點(diǎn)以管殼式換熱器設(shè)計(jì)時(shí)在不同因素影響下安全閥安全泄放量的計(jì)算來(lái)進(jìn)行分析，從而說(shuō)明安全閥針對(duì)性設(shè)計(jì)選型的重要性。

3工況一：管程液體熱膨脹

以冷卻器為例，殼程走熱流體（氣相或液相），管程走冷流體（如冷卻水）。當(dāng)管程流體進(jìn)出口閥門誤關(guān)閉時(shí)，造成換熱器內(nèi)管程流體停滯，此時(shí)由于熱流體持續(xù)加熱管程，在長(zhǎng)時(shí)間下可能致使管程液體發(fā)生熱膨脹超壓。在該工況下，在管程設(shè)置安全閥的泄放量為被關(guān)閉液體的膨脹量，此類安全閥一般選用微啟式即可。對(duì)于此工況下液體膨脹泄放量可按下式計(jì)算：

V=B?H/（G1?Cp）（3.1）

式中，V為體積泄放流量，m3/h；B為體積膨脹系數(shù)，1/℃；H為正常工作條件下最大傳熱量，kJ/h；Gl為液相密度，kg/m3；CP為定壓比熱，kJ/（kg℃）。

4 工況二：換熱管破裂

如果換熱器低壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力小于高壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力的2/3時(shí)，考慮此事故工況，且要求高壓側(cè)流體走管程。在計(jì)算換熱器管子破裂引起超壓時(shí)，API521中作了以下假設(shè)：

1）換熱器只有1跟管子斷裂；

2）管子是在管板處斷裂；

3）高壓側(cè)流體一部分通過管板處的斷裂口進(jìn)入低壓側(cè)，一部分通過一段較長(zhǎng)的管子流入低壓側(cè)。這兩部分的流量，簡(jiǎn)化處理為通過管板處斷裂口流量的2倍。

5.2 對(duì)于殼程盛裝氣體的換熱器設(shè)備

根據(jù)API521中規(guī)定，無(wú)潤(rùn)濕表面的容器在外部火災(zāi)情況下的泄放量

6 結(jié)論

從上述各類事故工況的分析來(lái)看，決定管殼式換熱器安全閥設(shè)計(jì)的成敗與否，關(guān)鍵在于正確計(jì)算各類事故工況下的安全泄放量，從而根據(jù)所需泄放量計(jì)算最小泄放面積來(lái)指導(dǎo)安全閥選型。而國(guó)內(nèi)常用的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB150中并沒有對(duì)各類可能引起超壓的事故工況作詳細(xì)的說(shuō)明與劃分，在實(shí)際安全閥設(shè)計(jì)選型過程中容易造成困難與偏差。因此，有關(guān)這部分安全閥的詳細(xì)設(shè)計(jì)還是應(yīng)該多借鑒國(guó)外的一些成熟標(biāo)準(zhǔn)。從而使小到一臺(tái)換熱器設(shè)備大到整條化工工藝生產(chǎn)線的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既能滿足安全的可靠性，又滿足經(jīng)濟(jì)的合理性。

參考文獻(xiàn)

[1]GB150.1-150.4-2011，壓力容器，2011.

[2]HG/T20570.2-95，工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定―安全閥的設(shè)置和選用，1996.

第4篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

了有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力彈性時(shí)程分析;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)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

中圖分類號(hào)：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

0 前言

地震作用是危害建筑安全的最主要災(zāi)害之一。幾十年來(lái)，人們大量積累的地震實(shí)測(cè)資料多體現(xiàn)出速度、加速度或者位移時(shí)程的形式。與此相對(duì)應(yīng)，時(shí)程分析方法是計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)最直接的一種方法。但是，由于地震作用具有隨機(jī)性，因此導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果的不確定性，使得彈性時(shí)程分析方法只能作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種輔助計(jì)算方法；盡管如此，為了增強(qiáng)重要結(jié)構(gòu)的抗震安全性，抗震規(guī)范仍然規(guī)定將彈性時(shí)程分析方法作為一種補(bǔ)充振型分解反應(yīng)譜法的計(jì)算方法；彈性時(shí)程分析方法被認(rèn)為是一種仿真的地震作用響應(yīng)的計(jì)算方法。下面探討如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中正確的運(yùn)用彈性時(shí)程分析的計(jì)算方法。

1 正確的應(yīng)用彈性時(shí)程分析

在軟件中正確地應(yīng)用彈性時(shí)程分析方法,首先需要正確的認(rèn)識(shí)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)條文規(guī)定。以下幾點(diǎn)是需要特別明確的：

“采用時(shí)程分析方法時(shí)，應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線”?？赡茉诓煌卣鸩ㄗ饔孟碌慕ㄖY(jié)構(gòu)響應(yīng)差別較大，為了避免離散性，可在一定程度上選用多條地震波的平均值。一般是以規(guī)范反應(yīng)譜為基礎(chǔ)，通過蒙特卡羅方法來(lái)得到人工模擬地震波，這將更加貼近規(guī)范反應(yīng)譜或反映場(chǎng)地的當(dāng)?shù)靥卣?。SATWE，TAT ，PMSAP 等軟件可按照結(jié)構(gòu)的特征周期給出多組人工波和天然波進(jìn)行彈性時(shí)程分析，要選取足夠數(shù)量的地震波進(jìn)行計(jì)算，使得到的計(jì)算結(jié)果在統(tǒng)計(jì)意義上相符。

抗震規(guī)范第5.1.2條第3 點(diǎn)規(guī)定，“可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值”。在過程設(shè)計(jì)中，有不同的做法可以實(shí)現(xiàn)“較大值”：1) 采用彈性時(shí)程分析設(shè)計(jì)的樓層地震響應(yīng)包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果二者中較大的值直接進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)；2) 在實(shí)現(xiàn)振型分解反應(yīng)譜方法時(shí)，使地震力放大，讓時(shí)程分析樓層響應(yīng)曲線的平均值被樓層響應(yīng)曲線包住。前一種做法也許會(huì)使得構(gòu)件配筋較大，因?yàn)樵跁r(shí)程分析過程中，不具有構(gòu)件響應(yīng)最大的內(nèi)力的同時(shí)性?？梢酝ㄟ^適當(dāng)放大震型分解反應(yīng)譜法的地震作用來(lái)滿足規(guī)范相應(yīng)的要求。

“彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65％，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80％”。此規(guī)定有效的控制了地震波計(jì)算結(jié)果的離散性，保證時(shí)程分析結(jié)果滿足工程安全要求。在執(zhí)行該條文時(shí)，若設(shè)計(jì)人員找不到滿足該條文規(guī)定的足夠數(shù)量的地震波時(shí)，有些設(shè)計(jì)人員會(huì)采用放大地震波峰值加速度的方式達(dá)到基底剪力的要求。這種做法是欠妥的，因?yàn)榉糯蟮卣鸩ǖ姆逯导铀俣仁菇Y(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度放大了，這是毫無(wú)根據(jù)的也失去了選擇天然波的的本質(zhì)。

“多波平均地震響應(yīng)系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符”。該條文說(shuō)明二者在結(jié)構(gòu)主要振型周期點(diǎn)上相差不大于20％。地震波的最重要特征之一就是頻譜特征，會(huì)在一定程度上影響時(shí)程分析結(jié)果的合理性。判斷某條實(shí)際地震波響應(yīng)譜的最大卓越周期是否與結(jié)構(gòu)的特征周期一致是一種可行的做法，也可以判斷其幾個(gè)最主要卓越周期是否包含在結(jié)構(gòu)特征周期之內(nèi)。盡管這種做法是概念性的，但是一般是可執(zhí)行且有效的。

3 正確應(yīng)用彈性時(shí)程分析

與“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)相對(duì)應(yīng)，混凝土高規(guī)和抗震規(guī)范等規(guī)定了彈性階段變形驗(yàn)算的相關(guān)內(nèi)容。但規(guī)范沒有詳細(xì)規(guī)定其具體做法，下面結(jié)合SATWE、TAT、PMASP等軟件應(yīng)用闡述彈性動(dòng)力時(shí)程分析中的常見問題。

（1）輸入地震波的有效持續(xù)時(shí)間一般從首次達(dá)到時(shí)程曲線最大峰值的10%那一點(diǎn)算起，到最后一點(diǎn)達(dá)到最大峰值的10%為止，有效持續(xù)時(shí)間為結(jié)構(gòu)基本周期的5~10倍，即結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的位移可按基本周期往復(fù)5~10次。

（2）地震波的峰值加速度壓縮成各設(shè)防烈度所要求的數(shù)值。

（3）確定計(jì)算方向并確定各方向比例，如1（水平1）:0.85（水平2）:0.65（豎向）。

（4）分析計(jì)算結(jié)果確定計(jì)算要選取的地震波的數(shù)量，使得到的結(jié)果有代表意義。

（5）分析計(jì)算結(jié)果找出結(jié)構(gòu)中存在的薄弱環(huán)節(jié)，為后面的加強(qiáng)設(shè)計(jì)做好數(shù)據(jù)支持。

正確進(jìn)行常遇地震下彈性時(shí)程分析需注意以下幾點(diǎn)：

（1）彈性時(shí)程分析能告訴我們什么。彈性時(shí)程分析可以反映出來(lái)結(jié)構(gòu)的很多固有特性，包括：1)結(jié)構(gòu)的薄弱樓層出現(xiàn)在什么部位；2) 常遇地震作用下結(jié)構(gòu)的宏觀響應(yīng)情況，如：結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)過程；剪力墻、框架部分協(xié)同工作等；3) 常遇地震下多條地震波平均彈性層間位移角是否滿足規(guī)范規(guī)定。

（2）如何判斷在常遇地震作用下的薄弱樓層的位置。彈性時(shí)程分析的樓層響應(yīng)結(jié)果統(tǒng)計(jì)可以反映出結(jié)構(gòu)中的薄弱樓層。此基礎(chǔ)上得到的薄弱樓層得到加強(qiáng)，要更加有效的改善結(jié)構(gòu)的抵抗地震的能力。

（3）正確地看待彈性變形驗(yàn)算。彈性階段變形驗(yàn)算是《規(guī)范》規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)常遇地震分析的主要內(nèi)容，就是多波平均彈性最大層間位移角要小于《規(guī)范》所規(guī)定的限值。這是保證結(jié)構(gòu)在地震下安全的重要規(guī)定。但是其實(shí)彈性時(shí)程分析可以反映出更多的結(jié)構(gòu)性能特征，提供了一個(gè)有用的量化工具給改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)討論了一下在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用彈性時(shí)程分析。時(shí)程分析結(jié)果受地震的隨機(jī)性而較難把握，認(rèn)為地震響應(yīng)分析是“算不準(zhǔn)”的一些設(shè)計(jì)人員的觀點(diǎn)其實(shí)是可以改變的。只要一些基本的原則把握好了，再去認(rèn)真地進(jìn)行分析，還是可以從彈性時(shí)程分析中得到很多有用的量化信息。

參考文獻(xiàn)

[1]王社良,陳平,李永國(guó),王崇昌;鋼筋混凝土框架-剪力墻抗震性能研究[J];西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1993年04期

[2]劉鳴;結(jié)構(gòu)地震破壞影響因素與結(jié)構(gòu)分類[J];西北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年02期

第5篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

作者簡(jiǎn)介：賴秀英（1986），女，福建漳州人，工學(xué)博士研究生，Email：。

摘要：針對(duì)管內(nèi)混凝土收縮會(huì)在鋼管混凝土超靜定拱中產(chǎn)生次內(nèi)力，根據(jù)鋼管混凝土拱的結(jié)構(gòu)特性，提出了2種鋼管混凝土拱收縮次內(nèi)力計(jì)算方法——解析法和有限元法，并采用這2種計(jì)算方法對(duì)9個(gè)鋼管混凝土拱橋?qū)嵗M(jìn)行分析。結(jié)果表明：2種方法均可用于計(jì)算鋼管混凝土拱橋的收縮次內(nèi)力，但采用等效降溫15 ℃～20 ℃的解析法計(jì)算得到的收縮次內(nèi)力較采用有限元法直接計(jì)算的收縮次內(nèi)力大了50%以上；若采用等效降溫的解析法計(jì)算，等效降溫值還有待于進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土拱橋；收縮；次內(nèi)力；解析法；有限元法

中圖分類號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

收縮是混凝土在無(wú)荷載作用下隨時(shí)間增長(zhǎng)產(chǎn)生的變形，是混凝土本身固有的屬性。對(duì)于超靜定混凝土拱，混凝土收縮會(huì)在拱內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力（次內(nèi)力）。鋼管混凝土拱橋多為超靜定拱，管內(nèi)混凝土的收縮也會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力，由于其截面是由鋼管和管內(nèi)混凝土組成的組合截面，截面剛度、管內(nèi)混凝土的收縮值計(jì)算均與普通混凝土拱有所不同。目前，中國(guó)與拱橋有關(guān)的公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[13]中，尚無(wú)鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容。在已頒布的有關(guān)鋼管混凝土拱橋的地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[45]中，也沒有混凝土收縮次內(nèi)力計(jì)算的相關(guān)規(guī)定。一般工程設(shè)計(jì)中，收縮次內(nèi)力計(jì)算有沿用混凝土拱按降溫考慮的計(jì)算方法，也有用有限元程序直接計(jì)算混凝土收縮次內(nèi)力。在文獻(xiàn)[6]，[7]中介紹的20個(gè)拱橋?qū)嵗校?2個(gè)提到了收縮次內(nèi)力的計(jì)算，其中，有5個(gè)橋例采用降溫15 ℃的方法計(jì)算鋼管混凝土的收縮次內(nèi)力，其余7個(gè)采用有限元程序直接計(jì)算混凝土收縮次內(nèi)力。然而，究竟這些計(jì)算方法的合理性如何，目前尚未見研究報(bào)道。為此，本文中筆者將對(duì)2種鋼管混凝土拱的收縮次內(nèi)力計(jì)算方法進(jìn)行討論，以提出參考性建議。

1 收縮次內(nèi)力計(jì)算方法

1.1 計(jì)算方法簡(jiǎn)介

1.1.1 解析法

收縮屬于變形問題，當(dāng)超靜定拱受到多余約束時(shí)，將產(chǎn)生次內(nèi)力。對(duì)于一個(gè)三次超靜定的無(wú)鉸拱，其混凝土收縮引起的附加內(nèi)力計(jì)算模型見圖1，其中，Hs為附加水平力，ys為拱結(jié)構(gòu)的彈性中心至拱頂?shù)呢Q向距離，l為拱的計(jì)算跨徑，Δls為核心混凝土收縮引起拱在水平方向的變形。由結(jié)構(gòu)力學(xué)理論可知，混凝土水平方向的收縮Δls在彈性中心處產(chǎn)生的附加水平力Hs可由典型方程式（1）求得，即

混凝土收縮與溫度下降均使拱肋產(chǎn)生縮短變形，所引起超靜定拱次內(nèi)力的力學(xué)原理相同，計(jì)算方法也相同，所以，解析法中多采用等效降溫的方法來(lái)計(jì)算混凝土收縮次內(nèi)力。

根據(jù)原公路橋規(guī)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021—89）[8]可知：①整體澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)的收縮影響力，對(duì)于一般地區(qū)相當(dāng)于降溫20 ℃，干燥地區(qū)相當(dāng)于降溫30 ℃；整體澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的收縮影響力，相當(dāng)于降溫15 ℃～20 ℃；②分段澆筑的混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的收縮影響力，相當(dāng)于降溫10 ℃～15 ℃；③裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的收縮影響力，相當(dāng)于降溫5 ℃～10 ℃。

根據(jù)現(xiàn)行鐵路橋規(guī)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1—2005/J 460—2005）[9]可知：對(duì)于整體澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于降低溫度20 ℃；對(duì)于整體澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于降低溫度15 ℃；對(duì)于分段澆筑的混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于降低溫度10 ℃；對(duì)于裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于降低溫度5 ℃～10 ℃。

以等效降溫值代入式（1）計(jì)算出附加水平力Hs后，可由式（2）計(jì)算出其在拱結(jié)構(gòu)中任意截面產(chǎn)生的附加內(nèi)力，具體計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[10]，[11]

式中：Ms為核心混凝土收縮在拱結(jié)構(gòu)任意截面產(chǎn)生的附加彎矩；Ns為核心混凝土收縮在拱結(jié)構(gòu)任意截面產(chǎn)生的附加軸力；Qs為核心混凝土收縮在拱結(jié)構(gòu)任意截面產(chǎn)生的附加剪力；y為拱結(jié)構(gòu)的彈性中心至任意截面的豎向距離；y1為拱頂至拱結(jié)構(gòu)任意截面的豎向距離；φ為拱結(jié)構(gòu)任意截面在拱軸切線方向與水平方向的夾角。

1.1.2 有限元法

混凝土收縮次內(nèi)力的計(jì)算也可以直接通過有限元程序進(jìn)行。計(jì)算中，最主要的問題是確定混凝土的收縮值。

收縮變形的大小與混凝土的組成和所處的環(huán)境條件有關(guān)，各國(guó)進(jìn)行了大量的研究。然而，由于混凝土材料組成比較復(fù)雜，影響混凝土收縮的因素眾多，不同條件、不同材料都會(huì)引起混凝土收縮變形的差異，因此，目前有較多的混凝土收縮計(jì)算模型。常見的模型有CEBFIP MC90，ACI 209R92，Gardner和Lockman，Bazant B3，Sakata，BP2和BPKX等。中國(guó)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）中采用的混凝土收縮計(jì)算模型是CEBFIP MC90模型。

1.2 收縮次內(nèi)力計(jì)算

鋼管混凝土超靜定拱由于混凝土收縮引起的次內(nèi)力計(jì)算，目前也有2種方法：①按等效降溫的解析法；②有限元法。這2種計(jì)算方法的原理與普通混凝土均相同，但是需要考慮鋼管混凝土拱組合截面的特性。

1.2.1 解析法

（1）拱肋剛度

在計(jì)算柔度系數(shù)δ22時(shí)要用到鋼管混凝土拱肋的軸壓與彎曲剛度。有關(guān)鋼管混凝土的軸壓與彎曲剛度，已有大量的研究，各國(guó)的規(guī)范規(guī)定也有所不同，軸壓剛度一般考慮將鋼管與混凝土的軸壓直接相加；而對(duì)于彎曲剛度，則在混凝土彎曲剛度是否折減及折減值的取值上有所不同[1214]。對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力計(jì)算，剛度越大，則次內(nèi)力也越大，所以不考慮混凝土剛度折減的計(jì)算是偏安全的。福建省地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 13136—2011中規(guī)定，內(nèi)力計(jì)算時(shí)拱肋截面彎曲剛度采用鋼管與混凝土直接相加法計(jì)算。筆者后面的收縮次內(nèi)力計(jì)算中，拱肋軸壓（EA）sc與彎曲剛度（EI）sc按式（3），（4）計(jì)算，即采用鋼管與混凝土直接相加法計(jì)算

式中：Es為鋼材彈性模量；Ec為混凝土彈性模量；As為鋼管混凝土單圓管截面鋼管面積；Ac為鋼管混凝土單圓管截面混凝土面積；Is為鋼管混凝土單圓管截面鋼管慣性矩；Ic為鋼管混凝土單圓管截面混凝土慣性矩。

（2）等效降溫法計(jì)算的線膨脹系數(shù)

采用等效降溫法計(jì)算收縮次內(nèi)力時(shí)，鋼管混凝土拱肋截面軸線方向的線膨脹系數(shù)需要考慮其組合截面的特性，可按式（5）計(jì)算

式中：α為鋼管混凝土拱肋截面沿軸線方向的線膨脹系數(shù)；αs為鋼材線膨脹系數(shù)，取1.2×10-5；αc為混凝土材料線膨脹系數(shù)，取1.0×10-5。

（3）等效降溫值

將收縮次內(nèi)力等效成降溫來(lái)計(jì)算時(shí)，式（1）中的Δls可表示為

式中：Δt為等效降溫值；εsh為核心混凝土收縮應(yīng)變。

本文中根據(jù)文獻(xiàn)[6]～[9]中的參數(shù)取值，按照降溫15 ℃～20 ℃計(jì)算收縮次內(nèi)力。

1.2.2 有限元法

（1） 雙單元模型

鋼管混凝土是由外包鋼管和核心混凝土組成的組合截面，采用有限元程序進(jìn)行鋼管混凝土收縮次內(nèi)力計(jì)算時(shí)需要分別建立鋼管單元和核心混凝土單元，兩者在節(jié)點(diǎn)處協(xié)調(diào)變形，即同節(jié)點(diǎn)雙單元模型。采用雙單元模型建模進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，可以在軟件中直接設(shè)置混凝土單元的依時(shí)特性，輸入混凝土收縮應(yīng)變模型，從而計(jì)算出收縮變形和收縮次內(nèi)力。

（2）單單元模型

單單元模型是將外包鋼管與核心混凝土看成一個(gè)組合截面，只建立一個(gè)鋼管混凝土單元，將鋼管混凝土等效成一種材料進(jìn)行計(jì)算。

在鋼管與核心混凝土完全粘結(jié)的情況下，鋼管混凝土截面的平均收縮引起超靜定結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力。對(duì)于一端固接、一端自由的鋼管混凝土構(gòu)件，假設(shè)核心混凝土在無(wú)約束狀態(tài)下的自由收縮變形為ΔC，由于外包鋼管的存在，鋼管混凝土的收縮變形為ΔSC，如圖2所示，根據(jù)力的平衡原理可得

式中：L為構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度。

由ΔSC可以求得超靜定拱的多余內(nèi)力。

采用單單元模型計(jì)算時(shí)不能考慮核心混凝土與鋼管的相互作用，可根據(jù)式（9）計(jì)算得到鋼管混凝土的收縮變形來(lái)計(jì)算鋼管混凝土拱的收縮次內(nèi)力。

對(duì)于普通超靜定混凝土拱，混凝土的收縮作用會(huì)引起拱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，而對(duì)于鋼管混凝土拱，拱肋截面由核心混凝土和鋼管組成，核心混凝土的收縮作用還會(huì)引起拱肋截面的非線性應(yīng)力。由于鋼管與核心混凝土的相互作用限制了混凝土的自由收縮，從而導(dǎo)致核心混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力；鋼管與核心混凝土協(xié)調(diào)變形導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生壓應(yīng)力。由圖2中的構(gòu)件，可以得到鋼管和核心混凝土的應(yīng)力分別為

式中：σsh，c為收縮引起的核心混凝土拉應(yīng)力；σsh，s為收縮引起的鋼管壓應(yīng)力。

圖2中混凝土的自由收縮變形ΔC可由混凝土收縮模型計(jì)算得到。有限元程序中有多種收縮模型可供選擇，但都是沿用普通混凝土的收縮模型。常規(guī)的混凝土結(jié)構(gòu)暴露在大氣環(huán)境中，除了混凝土自身的水化反應(yīng)引起收縮外，還存在混凝土水分丟失而引起的干燥收縮。對(duì)于鋼管混凝土中的管內(nèi)混凝土，外包鋼管使其處于密閉環(huán)境中，與大氣環(huán)境沒有發(fā)生濕度交換，混凝土自身的化學(xué)收縮是主要收縮，干燥收縮不存在或極小，可忽略不計(jì)。因此，外包鋼管的約束作用與密閉環(huán)境使得鋼管混凝土的收縮變形遠(yuǎn)小于普通混凝土?；炷恋氖湛s與徐變密切相關(guān)，各國(guó)已開展了以徐變?yōu)橹鞯匿摴芑炷恋氖湛s徐變?cè)囼?yàn)研究，結(jié)果表明，在眾多模型中，ACI 209R92模型的收縮徐變預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值更加接近，為此，DBJ/T 13136—2011中的管內(nèi)混凝土收縮徐變計(jì)算模型推薦采用ACI 209R92模型，文獻(xiàn)[13]中的算例均采用了此模型。因此，目前在鋼管混凝土拱的收縮計(jì)算時(shí)，主要有2種計(jì)算模型，即CEBFIP MC90模型和ACI 209R92模型。2 收縮次內(nèi)力計(jì)算實(shí)例分析

2.1 計(jì)算方法

根據(jù)第1節(jié)所述，計(jì)算鋼管混凝土拱收縮次內(nèi)力的方法有2種，本文中采用這2種方法對(duì)3個(gè)鋼管混凝土拱橋?qū)嵗M(jìn)行計(jì)算，并做對(duì)比分析。計(jì)算時(shí)，分別采用降溫15 ℃～20 ℃和按混凝土收縮模型（ACI 209R92模型和CEBFIP MC90模型）直接計(jì)算管內(nèi)混凝土收縮應(yīng)變的方法計(jì)算鋼管混凝土拱橋的收縮次內(nèi)力。

2.2 實(shí)例基本資料

本文中采用橋梁設(shè)計(jì)軟件MIDAS/Civil對(duì)9個(gè)鋼管混凝土拱橋進(jìn)行收縮次內(nèi)力計(jì)算。計(jì)算實(shí)例中包括單圓管截面鋼管混凝土拱橋、啞鈴形桁式截面鋼管混凝土拱橋和四肢（六肢）桁式截面鋼管混凝土拱橋，橋梁資料如表1所示。

2.3 收縮次內(nèi)力計(jì)算

鋼管混凝土拱肋充填的混凝土要求具有自密實(shí)混凝土的性能，即流動(dòng)性高、擴(kuò)展性好、不分層離析、坍落度經(jīng)時(shí)損失小且要緩凝。進(jìn)行收縮次內(nèi)力計(jì)算時(shí)，ACI 209R92模型的計(jì)算參數(shù)取值為：混凝土強(qiáng)度等級(jí)按各實(shí)例實(shí)際情況取值，坍落度220 mm，細(xì)骨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)38%，體積面積比按各個(gè)拱橋?qū)嵗龑?shí)際管徑計(jì)算，水泥密度500 kg·m-3，空氣體積分?jǐn)?shù)2.5%，環(huán)境相對(duì)濕度90%，開始收縮時(shí)混凝土齡期為1 d；CEBFIP MC90模型的參數(shù)取值為：開始時(shí)混凝土收縮齡期1 d，年平均環(huán)境相對(duì)濕度90%，構(gòu)件理論厚度按實(shí)際取值（由程序自動(dòng)計(jì)算），混凝土強(qiáng)度等級(jí)按各橋例實(shí)際情況取值。按收縮模型直接計(jì)算鋼管混凝土收縮次內(nèi)力時(shí)，收縮與時(shí)間有關(guān)，因此，本文中收縮次內(nèi)力分析時(shí)間從拱肋空鋼管合龍后開始計(jì)算至成橋后3 650 d。

采用雙單元模型建立鋼管混凝土拱橋有限元模型，核心混凝土單元和鋼管單元共節(jié)點(diǎn)雙單元，兩者在節(jié)點(diǎn)處變形協(xié)調(diào)?；炷恋氖湛s與時(shí)間有關(guān)，計(jì)算時(shí)對(duì)鋼管混凝土拱橋進(jìn)行施工階段劃分，各計(jì)算實(shí)例均分為假設(shè)空鋼管階段、各拱肋一次性澆筑混凝土階段、橋面系施工階段和成橋3 650 d階段。鋼管混凝土拱肋各構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M，采用等效降溫計(jì)算時(shí)溫度荷載按照梁?jiǎn)卧奢d施加，即同時(shí)在混凝土單元和鋼管單元上施加相同的降溫值，本文中為了方便比較分析，計(jì)算時(shí)采用降溫15 ℃和20 ℃兩種工況。

以重慶巫峽長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，全橋? 414個(gè)節(jié)點(diǎn)，共劃分8 974個(gè)單元，其中，鋼管混凝土拱肋的弦桿劃分為992個(gè)梁?jiǎn)卧?；拱肋的上、下平?lián)和上、下弦桿間的腹桿共3 244個(gè)梁?jiǎn)卧还袄邫M撐共1 404個(gè)梁?jiǎn)卧?；吊桿共56個(gè)桿單元；拱上建筑共2 876個(gè)梁?jiǎn)卧还澳_采用固接約束，其空間有限元

2.4 計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)9個(gè)鋼管混凝土拱橋?qū)嵗捎媒馕龇ê陀邢拊ǚ謩e計(jì)算收縮次內(nèi)力，提取拱腳處、L/4截面處和拱頂截面處的內(nèi)力結(jié)果及拱頂處位移，結(jié)果如表2～4所示。 從表2～4可以看出，在混凝土收縮作用下，桁式截面鋼管混凝土拱肋上、下弦管在拱腳處的受力狀況為上弦管受拉、下弦管受壓；拱頂處則表現(xiàn)為上弦管受壓、下弦管受拉；而西洋坪大橋和東莞水道橋在拱腳處的受力狀況為上、下弦管均受拉，這是由于這2座橋在拱腳段上、下弦管之間填充混凝土以加大其剛度，從而在收縮作用下拱腳段產(chǎn)生的彎曲變形較小，沒有形成上、下弦管一拉一壓的受力狀態(tài)。

此外，從表2～4還可以看出，采用等效降溫15 ℃～20 ℃計(jì)算鋼管混凝土拱收縮次內(nèi)力時(shí)，其下限值降溫15 ℃計(jì)算的結(jié)果比2種收縮模型的計(jì)算結(jié)果大很多。以上弦管及ACI 209R92模型為例，采用降溫15 ℃計(jì)算的收縮次內(nèi)力及收縮變形均比采用ACI 209R92模型計(jì)算的結(jié)果增大了50%

3 結(jié) 語(yǔ)

鋼管混凝土收縮引起的次內(nèi)力可以通過解析法和有限元法計(jì)算求得，根據(jù)對(duì)9個(gè)鋼管混凝土拱橋?qū)嵗M(jìn)行分析得出，采用原公路橋規(guī)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ 021—89）中推薦的等效降溫15 ℃～20 ℃計(jì)算收縮次內(nèi)力時(shí)結(jié)果偏大，在沒有更可靠的計(jì)算資料時(shí)，直接計(jì)算可以采用ACI 209R92模型或CEBFIP MC90模型計(jì)算管內(nèi)混凝土的收縮次內(nèi)力。若采用等效降溫計(jì)算，等效降溫值還有待進(jìn)一步研究。

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[12]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].2版.北京：人民交通出版社，2007.

第6篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)教學(xué)；運(yùn)算能力；策略

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2015）07-192-01

我國(guó)基礎(chǔ)教育數(shù)學(xué)課程一直將運(yùn)算作為主要內(nèi)容，運(yùn)算能力是我國(guó)數(shù)學(xué)教育的重要特征之一，幾十年來(lái)一直是我國(guó)數(shù)學(xué)教育界關(guān)注的焦點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)算能力是我們小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，學(xué)會(huì)運(yùn)算終身受用，生產(chǎn)、生活中處處離不開運(yùn)算。可就目前而言，學(xué)生的運(yùn)算能力卻不容樂觀。所以，作為一名小學(xué)數(shù)學(xué)教師，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)算能力勢(shì)在必行。本人僅就自己工作中的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勁囵B(yǎng)學(xué)生運(yùn)算能力的幾個(gè)小策略。

一、培養(yǎng)學(xué)生良好的計(jì)算習(xí)慣

要提高學(xué)生的計(jì)算能力，必須重視良好計(jì)算習(xí)慣的培養(yǎng)，使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)格、認(rèn)真、細(xì)心的學(xué)習(xí)態(tài)度。

1、審題習(xí)慣。這是計(jì)算正確、迅速的前提。學(xué)習(xí)粗心大意是小學(xué)生學(xué)習(xí)的通病，在數(shù)學(xué)考試過程中，有不少學(xué)生因?yàn)閷忣}不清而造成計(jì)算錯(cuò)誤。在運(yùn)算過程中的審題要求注意運(yùn)算的數(shù)字、運(yùn)算的符號(hào)、運(yùn)算的順序，通過辨別之后再選擇恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)算方法，最后動(dòng)手解題。具體要求學(xué)生一要審數(shù)字和符號(hào)，并觀察它們之間有什么特點(diǎn)，有什么內(nèi)在聯(lián)系。二審運(yùn)算順序，明確先算什么，后算什么。三審計(jì)算方法是否合理簡(jiǎn)便。

2、規(guī)范書寫的習(xí)慣。要求按格式書寫，字跡端正、不潦草，不涂改，不粘貼，保持作業(yè)的整齊美觀。

3、檢查的習(xí)慣。計(jì)算都要抄題，要求學(xué)生凡是抄下來(lái)的都要校對(duì)，做到不錯(cuò)不漏。

4、驗(yàn)算校對(duì)的習(xí)慣。驗(yàn)算校對(duì)是正確、科學(xué)計(jì)算的保證。在平時(shí)的練習(xí)中，教師要有意培養(yǎng)學(xué)生驗(yàn)算的習(xí)慣，教給學(xué)生科學(xué)有效的驗(yàn)算方法，并且要把最終的驗(yàn)算作為學(xué)生解答問題的必不可少的環(huán)節(jié)。

二、培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算的興趣

心理學(xué)家皮亞杰說(shuō)：“所謂智力方面的工作都依賴于興趣?！迸d趣是最好的老師，有了興趣學(xué)生會(huì)樂于學(xué)，樂于做。在計(jì)算教學(xué)中，首先要激發(fā)學(xué)生的計(jì)算興趣，掌握一定的計(jì)算方法，然后達(dá)到準(zhǔn)確、迅速的目的。

1、訓(xùn)練的形式多樣化

計(jì)算題是由數(shù)字與運(yùn)算符號(hào)構(gòu)成的抽象、枯燥的算式，學(xué)生計(jì)算時(shí)容易產(chǎn)生煩躁的情緒。激發(fā)興趣，是為了提高學(xué)生的計(jì)算能力。寓教于樂，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，講究訓(xùn)練形式多樣化。如：用游戲、競(jìng)賽等方式訓(xùn)練；用卡片、小黑板視算；聽算；限時(shí)口算；自編計(jì)算題等。多種形式的訓(xùn)練，不僅提高學(xué)生的計(jì)算興趣，還培養(yǎng)學(xué)生良好的口算習(xí)慣。

2、以中外數(shù)學(xué)家的典型事例激發(fā)興趣

教學(xué)中適時(shí)地列舉中外數(shù)學(xué)家的典型事例，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的愛好和學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

三、強(qiáng)化學(xué)生的基礎(chǔ)計(jì)算能力

口算不僅是筆算、估算和簡(jiǎn)算的基礎(chǔ)，更可以培養(yǎng)學(xué)生機(jī)智敏捷和記憶的能力。從低年級(jí)開始訓(xùn)練學(xué)生的口算能力，對(duì)于學(xué)生以后的數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的作用。

1、掌握簡(jiǎn)單的運(yùn)算方法

運(yùn)算方法是一種特殊的口算，掌握一些簡(jiǎn)單的運(yùn)算方法不僅能夠提高運(yùn)算速度，而且能夠?qū)W(xué)生數(shù)學(xué)思維的訓(xùn)練起到良好的引導(dǎo)作用。在小學(xué)數(shù)學(xué)的四則運(yùn)算中，一些簡(jiǎn)單的定律一定要讓學(xué)生掌握，比如運(yùn)算的“五大定律”：加法交換律、結(jié)合律、乘法交換律、結(jié)合律、分配律。其中，乘法分配律用途廣、形式多，有正用與反用兩方面的內(nèi)容，有整數(shù)、小數(shù)、分?jǐn)?shù)的形式。

2、加強(qiáng)特殊口算的記憶

一些常見的運(yùn)算在現(xiàn)實(shí)生活中也經(jīng)常遇到，這些運(yùn)算有的無(wú)特定的口算規(guī)律，必須通過強(qiáng)化記憶訓(xùn)練來(lái)解決。要鍛煉學(xué)生的口語(yǔ)計(jì)算能力，就需要學(xué)生能夠?qū)σ恍┖?jiǎn)單的計(jì)算結(jié)果熟練記憶。比如11―25以內(nèi)的每個(gè)數(shù)的平方結(jié)果、圓周率，以及個(gè)位數(shù)的乘積，還有一些奇偶數(shù)的最簡(jiǎn)分?jǐn)?shù)的小數(shù)值等。

口算訓(xùn)練的方法是多樣的，要引導(dǎo)學(xué)生選擇自己容易理解和掌握的方法?？谒阌?xùn)練的形式多樣，采取合作與競(jìng)爭(zhēng)的原則。如：老師問學(xué)生答，開火車，小組答，競(jìng)賽答。還可以學(xué)生課下互相當(dāng)小老師練習(xí)。通過不同形式的訓(xùn)練來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

只要我們的數(shù)學(xué)課堂能每節(jié)課堅(jiān)持利用2至3分鐘時(shí)間訓(xùn)練學(xué)生的口算能力，相信我們的學(xué)生肯定會(huì)具有扎實(shí)的計(jì)算基礎(chǔ)。

四、引導(dǎo)學(xué)生有效的筆算練習(xí)

在筆算教學(xué)中，學(xué)生必須在理解的基礎(chǔ)上真正掌握，為學(xué)生正確進(jìn)行四則計(jì)算打好基礎(chǔ)。對(duì)一些典型計(jì)算錯(cuò)誤，要組織學(xué)生認(rèn)真進(jìn)行分析討論，引起學(xué)生重視，加深對(duì)錯(cuò)誤原因記憶。要教給學(xué)生方法，嚴(yán)格要求，形成習(xí)慣。為了使學(xué)生熟練掌握計(jì)算的技能技巧，形成能力，應(yīng)容易混淆的對(duì)比練，經(jīng)常出錯(cuò)的反復(fù)練。根據(jù)學(xué)生平時(shí)計(jì)算中的錯(cuò)誤隨時(shí)登記，分析歸類，有針對(duì)性地反復(fù)練，可起到事半功倍的作用。

五、加強(qiáng)簡(jiǎn)算和估算能力的培養(yǎng)

簡(jiǎn)算和估算不僅是發(fā)展學(xué)生計(jì)算能力的重要組成部分，也有助于口算和筆算能力的提高，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展。

在以往對(duì)運(yùn)算律的教學(xué)中，我們往往側(cè)重于技能技巧的訓(xùn)練，只是單純地將它和計(jì)算聯(lián)系起來(lái)，并通過大量程式化的訓(xùn)練達(dá)到熟練的程度，學(xué)生只會(huì)條件反射地運(yùn)用定律去解題，自覺運(yùn)用運(yùn)算定律的意識(shí)淡薄，對(duì)數(shù)據(jù)的敏感性不強(qiáng)，不會(huì)去觀察思考，當(dāng)然也沒有所謂的“多樣化”“最優(yōu)化”的思考了。

第7篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

關(guān)鍵詞：Lagrange插值算法；溶解度曲線；ActionScript腳本語(yǔ)言

一、概述

初學(xué)化學(xué)教學(xué)中溶解度及溶解度曲線的知識(shí)，是讓學(xué)生理解和掌握溶液的概念和基本特征，認(rèn)識(shí)溶解現(xiàn)象，了解物質(zhì)的溶解過程以及溶液在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，了解飽和溶液和溶解度的概念、含義，了解溶解度曲線的意義。在教學(xué)課件的設(shè)計(jì)中，如何能更好地繪制出溶解度曲線使學(xué)生能更有效、直觀地去理解和掌握教學(xué)內(nèi)容有著十分重要的意義。本文是通過運(yùn)用一種常用的插值方法――拉格郎日（Lagrange）插值法，實(shí)現(xiàn)常見物質(zhì)的溶解度曲線繪制。

二、基本原理

所謂“插值”，通俗地講就是在所給函數(shù)表中再“插入”一些需要的函數(shù)值。數(shù)據(jù)表中的函數(shù)值為已知的節(jié)點(diǎn)xi，稱為插值節(jié)點(diǎn)，插值節(jié)點(diǎn)上所給的函數(shù)值yi=f（xi）稱為樣本值，函數(shù)值待求點(diǎn)x，則稱為插值點(diǎn)。插值節(jié)點(diǎn)所界定的Δ=[minxi，maxxi]稱為插值區(qū)間。插值方法的設(shè)計(jì)原理是針對(duì)某個(gè)插值點(diǎn)x，用插值節(jié)點(diǎn)xi上的樣本值組合生成f（x）的近似值y即：

f（x）≈■λi f（xi） （1）

就是說(shuō)，適當(dāng)選取權(quán)系數(shù)λi，而取yi的組合值，即：

y=■λi yi （2）

作為插值結(jié)果。

用于插值計(jì)算的式（2）即稱為式（1）的插值公式。插值方法的目的在于尋求函數(shù)的近似值，自然要求所求出的插值結(jié)果能夠有足夠的精度。為保證所設(shè)計(jì)的插值公式f（x）具有“盡可能高”的精度，則可以用n階多項(xiàng)式表示。Lagrange插值方法的基本思想是：將待求的n次多項(xiàng)式的插值函數(shù)f（x）改寫成用已知函數(shù)值的系數(shù)的n+1個(gè)待定n次多項(xiàng)式的線性組合形式，再用插值條件和函數(shù)分解技術(shù)確定n+1個(gè)待定n次多項(xiàng)式，求出插值多項(xiàng)式。有如下形式的Lagrange插值基函數(shù)。

φi（x）=■■，i=0，1，2，...，n （3）

顯然基函數(shù)

φi（xi）=1

φi（xj）=0，j=0，1，...，i-1，i+1，...，n

因而將它們加以組合即得所求的插值公式

y=■yiφi（x）=■yi ■■ （4）

這種形式的插值公式稱為L(zhǎng)agrange插值公式。

三、插值實(shí)現(xiàn)

1.常見物質(zhì)的溶解度

通過查閱資料可獲取各種物質(zhì)的溶解度，表1列出了幾種常見物質(zhì)的溶解度值。

注：？葚表示為用Lagrange方法計(jì)算的值。

2.實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)（4）式，我們用Flas設(shè)計(jì)軟件的ActionScript 3定義了一個(gè)類Lagrange，通過該類的一個(gè)方法LagrangeInsert（ ）完成給定插入點(diǎn)x的函數(shù)值計(jì)算。（如下代碼所示）

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；

}

}

說(shuō)明：在上述方法中，xx表示插入點(diǎn)橫坐標(biāo)（即任意溫度值），leng表示物質(zhì)溶解度測(cè)定值（或參考文獻(xiàn)值的結(jié)點(diǎn)數(shù)），一般來(lái)講可能是11個(gè)結(jié)點(diǎn)值（從0到100，每10度一個(gè)測(cè)定值），arr1和arr2分別表示溫度和對(duì)應(yīng)溶解度測(cè)定值（或參考文獻(xiàn)值）。任意給定一個(gè)溫度值（xx），就可計(jì)算并返回一個(gè)溶解度值（yy表示）（即插入值）。根據(jù)需要，通過循環(huán)方法可以計(jì)算出多個(gè)插入值，然后將這些值通過繪制線段的方法繪制出來(lái)，即可形成一條平滑的曲線，避免了出現(xiàn)折線形式。如我們計(jì)算NH4HCO3的20個(gè)溶解度值：

表2 Lagrange插值法計(jì)算所得溶解度值

■

NH4HCO3的溶解度曲線為如下圖所示：

■

四、結(jié)論

運(yùn)用該方法，實(shí)現(xiàn)了常見物質(zhì)的溶解度曲線繪制，使曲線更具平滑，對(duì)完成這類曲線繪制具有一定的幫助作用，對(duì)制作更為精確、漂亮的教學(xué)課件有很好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

第8篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

關(guān)鍵詞：化工原理；流體流動(dòng) ；計(jì)算機(jī)輔助

一、緒論

諸如化工、輕化工程等課程都屬于過程工程類專業(yè)，化工原理課程在這些課程中起到了連接基礎(chǔ)理論課和專業(yè)技術(shù)課的重要作用?；ぴ碚n程起到了橋梁的過程，是學(xué)生利用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的初次探索。實(shí)際中，此課程包含了眾多的公式、繁雜的概念，計(jì)算過程也相當(dāng)繁瑣，因此教師常常感到此課程難以教授。傳統(tǒng)的多媒體課件方式很難讓學(xué)生對(duì)實(shí)際過程有清晰的理解，所以必須要嘗試新的授課手段來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)化工原理課程的理解。同時(shí)，也必須考慮到學(xué)生使用復(fù)雜多變的理論知識(shí)或者經(jīng)驗(yàn)公式解決實(shí)際問題的時(shí)候，仍然感覺計(jì)算過于繁瑣，這個(gè)時(shí)候能夠推薦給學(xué)生一種適合學(xué)生使用的數(shù)學(xué)公式，讓學(xué)生在不必關(guān)心具體計(jì)算過程和細(xì)節(jié)的要求下輕易地完成工程計(jì)算。

在新提出的過程類專業(yè)改革過程中，明確將計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)作為一項(xiàng)重點(diǎn)改革內(nèi)容，提出要多使用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行工程計(jì)算。這確實(shí)能夠解決當(dāng)前的教學(xué)困擾，但是目前比較常用的輔助教學(xué)方式是C語(yǔ)言或者FORTRAN，用這兩種語(yǔ)言編寫的程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流程多變，學(xué)生需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間才能初步掌握。MATLAB作為一種數(shù)值計(jì)算常用的數(shù)學(xué)軟件，在數(shù)學(xué)建模等方面有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而且還具有開發(fā)效率高、界面友好等特點(diǎn)，因此使用MATLAB進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是一種不錯(cuò)的選擇。本文以MATLAB工具作為計(jì)算機(jī)輔助平臺(tái)，以化工原理中常見的基礎(chǔ)單元操作—流體輸送過程作為研究對(duì)象，并且對(duì)一些典型例題進(jìn)行了分析，然后給出了具體的實(shí)現(xiàn)方法。最后使用MATLAB和EXCEL來(lái)對(duì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后的結(jié)果顯示利用圖形能夠非常直觀地表達(dá)出計(jì)算的結(jié)果。MATLAB是一種有效而高效的計(jì)算機(jī)輔助手段。

二、流體輸送過程當(dāng)中的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算

化工生產(chǎn)過程中的基礎(chǔ)單元操作就是流體的輸送，計(jì)算流體輸送主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是計(jì)算管路，另一個(gè)是通過計(jì)算確定離心泵工作的地點(diǎn)。

1.管路計(jì)算

管路計(jì)算的主要內(nèi)容其實(shí)就是綜合運(yùn)行伯努利方程、連續(xù)性方程式以及能量損失計(jì)算式，根據(jù)輸入的已知量和未知量來(lái)確定不同的算法。管路可以分為簡(jiǎn)單管路和復(fù)雜管路，這是根據(jù)整個(gè)流線上是否存在多條管線來(lái)區(qū)分的。計(jì)算簡(jiǎn)單管路一般有兩種方法，一種是操作型計(jì)算，另一種是設(shè)計(jì)型計(jì)算，這兩種計(jì)算方法是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)不同恰當(dāng)選擇的。操作型的計(jì)算式在管路已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上，為了核算某條件下管路的輸送能力或者其他性能指標(biāo)時(shí)使用；設(shè)計(jì)型計(jì)算則是在管路尚不存在時(shí)按照給定的輸送任務(wù)進(jìn)行管路設(shè)計(jì)，選擇合理的路線保證設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。這兩個(gè)問題可以歸結(jié)為流體流速或者管路路徑未知，無(wú)法根據(jù)已知條件判斷出流體的類型，也就無(wú)法獲得流體的摩擦系數(shù) ，也不能獲得Re的值。在工程計(jì)算上常常是使用試差法來(lái)對(duì)這一問題進(jìn)行處理。

2.計(jì)算中使用到的方程：

（1）使用伯努利方程來(lái)衡算流體流動(dòng)中的機(jī)械能

（2）自由度分析

以上求解方程組共涉及到了5個(gè)方程，變量個(gè)數(shù)為11，因此自由度是6。在實(shí)際的計(jì)算過程中，都是可以測(cè)量獲得的已知量，所以實(shí)際需要確定的變量只有一個(gè)，也就是說(shuō)可以從中選擇一個(gè)作為需要確定的變量。最終得到的方程組是可以使用方程組來(lái)求得的，同時(shí)也可以分析這些方程組的構(gòu)成，需找合適的方法來(lái)加快解題速度。下圖給出了求解此問題的MATLAB程序流程圖。

三、流體·輸送過程當(dāng)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輔助處理

流體輸送實(shí)驗(yàn)的主要目的就是測(cè)定管路的阻力，得到離心泵的特性曲線。為了使結(jié)果相對(duì)精確，就需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這個(gè)過程中涉及到了極其繁瑣的計(jì)算，非常容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。借助計(jì)算機(jī)軟件Excel很夠極大程度地減少繁瑣的計(jì)算，獲得較為精確的圖表。同時(shí)Excel提供了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)，擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能能力，使用它對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合不僅效率高，而且非常準(zhǔn)確。借助上述思路，針對(duì)離心泵特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)分別填入到了Excel表格中，然后在公示欄中填入了相應(yīng)的計(jì)算公式，最后時(shí)候Excel進(jìn)行了自動(dòng)計(jì)算，下圖是當(dāng)中一個(gè)有關(guān)功率同流量的關(guān)系圖。

四、結(jié)論

化工原理流體輸送過程中涉及到的數(shù)據(jù)量和運(yùn)算方法非常多，計(jì)算迭代的次數(shù)也非常多，對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何處理一直是一個(gè)令人頭痛但不得不面對(duì)的問題。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)軟件擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以高效地完成這些任務(wù)，其中MATLAB和Excel是其中的代表，它們不僅能夠高效地完成計(jì)算任務(wù)，還能夠提高計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用能力，提高工作效率都有著巨大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

第9篇：常見化學(xué)計(jì)算方法范文

【關(guān)鍵詞】荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 教學(xué)方法 改進(jìn)措施

【中圖分類號(hào)】TU3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）06-0029-01

1.概述

為了適應(yīng)厚基礎(chǔ)、寬口徑的人才培養(yǎng)目標(biāo)，土木工程的新課程體系由如下六大模塊組合而成[1]：①結(jié)構(gòu)分析；②荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理；④結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)；⑤結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與測(cè)試；⑥結(jié)構(gòu)工程施工。

其中，第2模塊的知識(shí)內(nèi)容，以前散落在有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容中，缺乏系統(tǒng)性，且重復(fù)過多，現(xiàn)已將其整合為一門獨(dú)立的課程：荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理。這一課程目前已被國(guó)家高校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)采納，并列為土木工程專業(yè)必修基礎(chǔ)課程。該課程旨在使學(xué)生熟悉工程結(jié)構(gòu)各行業(yè)中常見的荷載類型及其特點(diǎn)，掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法，了解規(guī)范建立的可靠度理論背景，為今后培養(yǎng)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算能力和科研創(chuàng)新能力打下必要的基礎(chǔ)。

本文主要分析了“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程在教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的主要問題，并對(duì)其進(jìn)行分析和解決，提出了一些改革措施。

2.存在問題

《荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程內(nèi)容大致分為兩個(gè)部分[2]：荷載分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析，其特點(diǎn)為：理論性較強(qiáng)，且較多地用到了數(shù)學(xué)中數(shù)理統(tǒng)計(jì)的知識(shí)，許多學(xué)生感覺課程抽象枯燥，接受起來(lái)較困難。筆者在該課程教學(xué)和實(shí)踐過程中，歸納總結(jié)了目前存在的一些主要問題，具體如下：

1）學(xué)生對(duì)各類荷載的作用方式理解不夠。

《荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》一般安排在第五個(gè)學(xué)期，此時(shí)大部分專業(yè)課程尚未接觸，學(xué)生對(duì)各類荷載的工程背景了解不夠，以至于往往只停留在對(duì)條文和公式的死記硬背上，難于深入理解和掌握荷載的作用方式、計(jì)算思路。

2）不同工程中需要考慮的荷載有所不同，同類荷載的計(jì)算方法和考慮方式也各有偏重，學(xué)生對(duì)此缺乏理解。

3）設(shè)計(jì)方法中，較多地用到了概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、可靠度方面的知識(shí)，學(xué)生在此方面理論基礎(chǔ)不扎實(shí)，學(xué)到此處常感覺課程抽象、難以理解、無(wú)所適從。

3.教學(xué)改進(jìn)措施

筆者認(rèn)為，教師需針對(duì)學(xué)生情況理清課程體系和授課重點(diǎn)，有的放矢，刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得教與學(xué)能較為融洽地相互配合。針對(duì)前述共性問題，以提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，提出以下幾個(gè)方面的改進(jìn)措施供參考。

1）理清知識(shí)結(jié)構(gòu)，突出課程主線。

在緒論中，首先介紹本課程的課程性質(zhì)、主要內(nèi)容、基本特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法，使得學(xué)生充分了解“為什么學(xué)”、“學(xué)什么”和“怎樣學(xué)”等基本問題，掌握本課程的學(xué)習(xí)主線。在以后的課堂講解過程中，教師還宜不時(shí)地強(qiáng)化這條學(xué)習(xí)主線，并根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況去粗取精、突出重點(diǎn)，從而使學(xué)生有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，達(dá)到事半功倍的效果[3]。

2）交代工程背景，介紹預(yù)備知識(shí)。

例如，在講述廠房中的吊車荷載時(shí)，建議先介紹廠房排架的結(jié)構(gòu)組成、荷載類型和傳力方式作為預(yù)備知識(shí)，若有條件時(shí)還可帶學(xué)生進(jìn)行有吊車的廠房排架結(jié)構(gòu)的實(shí)地參觀，使得學(xué)生對(duì)吊車荷載的工程背景、產(chǎn)生原因、荷載傳遞方式和特點(diǎn)有更清楚的認(rèn)識(shí)，并利用多媒體輔助教學(xué)，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合刺激其學(xué)習(xí)興趣，以便對(duì)移動(dòng)荷載的特點(diǎn)以及豎向、橫向、縱向吊車荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定方法有更準(zhǔn)確的理解。

不同工程結(jié)構(gòu)需考慮的主要荷載類型也有所不同。例如，建筑結(jié)構(gòu)需考慮樓面活荷載，而橋梁結(jié)構(gòu)則需考慮汽車荷載。這兩類荷載都是可變荷載，但是作用方式和特點(diǎn)不同，計(jì)算方法也各不相同。建議教師在講課中適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充兩類工程結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置和荷載傳遞方式。

3）結(jié)合工程實(shí)例，重視實(shí)踐應(yīng)用。

在課程中宜盡可能結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行分析，既可將抽象的知識(shí)概念具體化，便于學(xué)生理解，又可刺激學(xué)生的求知欲。課程基本內(nèi)容結(jié)束后，教師還可找一些建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)等工程實(shí)際案例，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)上各類荷載計(jì)算、內(nèi)力組合和可靠度分析，將課程所學(xué)內(nèi)容融會(huì)貫通，并強(qiáng)化學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

4）詳略得當(dāng)，突出基本思路。

為了給混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程打好基礎(chǔ)，大部分高校將“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程安排在第五個(gè)學(xué)期，此時(shí)結(jié)構(gòu)力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)知識(shí)尚未學(xué)到。因此，對(duì)于地震作用一章，建議可著重介紹相關(guān)概念和地震反應(yīng)譜法的基本理論、思路，具體的公式推導(dǎo)和計(jì)算方法可待“結(jié)構(gòu)抗震”課程再做詳細(xì)講授。

此外，結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算分析也宜詳略得當(dāng)，建議將數(shù)理統(tǒng)計(jì)的一些必要概念（隨機(jī)變量、正態(tài)分布、特征值、分位值等）靈活穿插于分析思路中，以圖、表、舉例等形式較生動(dòng)地喚起學(xué)生對(duì)相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)的記憶，并在此基礎(chǔ)上講清可靠度計(jì)算的基本理論和實(shí)用方法。筆者認(rèn)為，講授過程中宜盡量避免長(zhǎng)篇累牘地進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)和演算，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，將抽象的數(shù)學(xué)理論和概念用較形象生動(dòng)的圖、表或者動(dòng)畫表現(xiàn)出來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.結(jié)語(yǔ)

筆者多年來(lái)從事土木工程專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)工作，對(duì)厚基礎(chǔ)、寬口徑的人才培養(yǎng)目標(biāo)和本專業(yè)的課程體系構(gòu)成有較深刻的理解。以上是我在講授《荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》這門課程中積累的一些總結(jié)和體會(huì)，謹(jǐn)供參考，衷心希望能夠?yàn)樘岣呓虒W(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力的綜合型人才貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國(guó)強(qiáng)，陳以一等.土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)工程課程體系與教學(xué)內(nèi)容改革總體方案[J].高等建筑教育， 2002，43（2）：53-54.