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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2014年, 第54卷, 第5期 上一期    下一期
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    论文
    喷水法成型纤维网增强水泥基板材抗弯性能  收藏
    王振波, 张君, 罗孙一鸣
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 551-555.  
    摘要 ( 38 )   HTML   HTML    PDF (1968KB)

    该文采用喷水硬化工艺制造了玻璃纤维编织网增强水泥基板材,试验研究了配网率和纤维编织网定位方式对其抗弯性能的影响。结果表明: 玻璃纤维编织网可显著改善喷水成型水泥基板材的抗弯性能。随着配网率的增加,纤维网增强水泥基板材的抗弯强度和极限挠度明显提高。配网率为1.0%时,磁铁定位双层纤维网增强水泥基板材抗弯强度达10.64 MPa, 是无增强纤维网板材的3倍; 极限挠度达6.74 mm, 是无增强纤维网板材的8倍。该工艺可解决需要快速搭建又无预拌条件工程的施工问题。

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    初应力对钢管混凝土叠合柱轴压性能影响  收藏
    徐悟, 于清, 尧国皇
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 556-562.  
    摘要 ( 40 )   HTML   HTML    PDF (3003KB)

    为分析作用于钢管混凝土上的初应力对叠合柱轴压性能影响,该文对受初应力作用的叠合柱进行了有限元模拟。结合有限元模型,分析了不同截面尺寸、钢材及混凝土强度等参数下,初应力对叠合柱轴压承载力的影响规律。结果表明: 初应力使得叠合柱荷载—变形曲线后移,轴力集中于钢管混凝土,轴压承载力上升; 初应力系数和钢管内外混凝土强度比对其承载力影响显著。在参数分析的基础上,提出了以初应力系数、内外混凝土强度比、约束效应系数为参数,考虑组合作用的初应力叠合短柱极限承载力计算公式。

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    约束状态下混凝土拉伸徐变模型  收藏
    魏亚, 姚湘杰
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 563-567.  
    摘要 ( 39 )   HTML   HTML    PDF (1449KB)

    为准确计算混凝土收缩变形在受到内、外部约束情况下产生的拉应力,评估混凝土收缩开裂风险、提高结构物耐久性,该文基于浇筑后混凝土的约束应力及应变试验,研究了混凝土约束状态下的拉伸徐变行为。研究结果表明: 约束状态下的混凝土具有较大的流动徐变变形,建立在压缩徐变试验基础上的传统徐变模型不能够精确预测约束状态下混凝土的应力发展。研究根据混凝土实测约束应力应变数据对传统模型进行改进,建立了更能代表实际工程情况、能够用于混凝土约束应力计算的徐变及松弛模型。

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    基于超边图匹配的视网膜眼底图像配准算法  收藏
    邓可欣
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 568-574.  
    摘要 ( 44 )   HTML   HTML    PDF (2453KB)

    视网膜眼底图像配准是临床眼科疾病诊断和治疗中的一个关键环节。针对眼底图像配准过程中大范围视场变化和过分割结构噪声等问题,该文提出了一种改进的基于图的视网膜图像血管匹配方法。将血管交叉点表示成图的顶点,把特征点间沿血管路径的相邻关系表示成边,进而在视网膜血管结构图中构造路径超边来刻画更高阶多元特征关系。在此基础上,实现了一种全自动的视网膜眼底图像配准算法。包括: 第一步,通过多尺度Gabor滤波算法来检测和提取视网膜血管网络; 第二步,利用一种高效的谱松弛匹配算法来求解两个路径超边图的顶点匹配对应关系。最后,通过特征匹配召回率统计和配准的血管中线距离误差两方面的实验,证明该文提出算法是有效和准确的。

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    HydroMP:基于云计算的水动力学建模及计算服务平台  收藏
    刘荣华, 魏加华, 翁燕章, 王光谦, 唐爽
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 575-583.  
    摘要 ( 51 )   HTML   HTML    PDF (1627KB)

    为解决传统开发水利模拟服务模式中存在的计算精度与效率矛盾及模型接口不统一等技术瓶颈,构建了基于云计算的水动力学模拟服务平台,并提出云计算模式下一维水动力学模型的集成方法和调度模式,通过对模拟模型数据接口、模型调用、模型交互及处理、计算资源分配等方面进行封装,采用Web Service、 XML (Extensible Markup Language)及OpenMI (Open Model Interface)等技术实现了云计算平台下模型的调用、模型与平台间的数据交换和资源动态分配。以南水北调中线工程水力响应分析为例,应用开发的云计算水动力学模型进行了多方案、多层次的模拟计算,在计算效率、兼容性等方面具有良好的效果。研究表明:云计算模式下,可实现水动力学模型在广域互联网上的多客户端、多用户、多方案并发计算,采用云端计算和存储模式降低了高性能计算的门槛,提高了模型复用率和计算资源利用效率。

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    小江流域不同强度河床结构的生态学作用  收藏
    赵娜, 王兆印, 潘保柱, 李志威, 段学花
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 584-589.  
    摘要 ( 47 )   HTML   HTML    PDF (1447KB)

    小江流域为典型干热河谷区,该区炎热少雨,水土流失严重,生态十分脆弱。该文采用现场测量、野外采样和室内分析相结合的方法,以小江流域不同河床结构强度的河流为研究对象,以底栖动物为指示生物对它们的生态环境现状进行评价,以分析不同强度的河床结构的生态学作用。深沟、吊嘎河和蒋家沟分别代表了小江流域3种不同的河床结构强度, 2005—2011年,分别对这3条河流的底栖动物进行采样分析。就种类数而言,深沟最高,种类达56种; 吊嘎河其次,种类达36种; 蒋家沟最低,种类达18种。研究结果表明: 底栖动物密度同河床结构强度之间关系不大; 物种多样性同河床结构强度之间存在一定的关系。在一定程度上,河床结构越强,物种多样性越丰富,生态越好; 在一定程度上,河床结构强度越大,捕食者的密度越高,生物量越大。

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    华北平原的大气逆辐射参数化方法比较  收藏
    杨汉波, 吕华芳, 胡庆芳, 雷慧闽, 杨大文
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 590-595.  
    摘要 ( 28 )   HTML   HTML    PDF (1745KB)

    大气逆辐射对地表能量平衡及蒸发等方面有重要影响。为准确计算大气逆辐射,该文基于6种常用的晴空大气发射率计算公式并根据日太阳辐射率(太阳辐射的实际值与理论值的比值)对云的影响进行修正,建立大气逆辐射的参数化方法; 并将6种方法与位于华北平原的位山生态水文实验站与栾城农业生态系统实验站的实测数据进行对比。结果表明: Marshunova公式具有最好的模拟精度,确定系数(R2)高于0.97, 平均偏移误差(MBE)小于4 W/m2, 均方根误差(RMSE)小于11 W/m2, 尤其是日辐射计算值与观测值的线性回归方程的斜率在1.00±0.05范围内,截距小于15 W/m2, 能精确模拟气候变化下的大气逆辐射。

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    产权约束对景气市场住房报价的影响——基于Stein模型的改进与数值模拟  收藏
    龙奋杰, 龙振兴, 王萧濛
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 596-601.  
    摘要 ( 26 )   HTML   HTML    PDF (1202KB)

    为了研究景气市场下,产权约束对住房报价的影响,该文采用理论分析和数值模拟的方法,通过引入搬迁阻滞系数来改进Stein模型,再利用Matlab对市场价格变动下新增的住房需求进行模拟。结果表明: 当首付比增加到0.3时,价格的上升不会释放过多的新增需求; 而当首付比降到0.1, 价格的上升将迅速释放大量的住房需求; 当全体居民的未偿还贷款较少时,价格上升释放的总需求将较大。由此验证了搬迁阻滞效应的存在使得居民改善房屋面积呈“跳跃”状上升。这会导致即使在房地产市场处于上升的过程中,产权约束也会迫使改善住房条件的居民提高报价,从而推动价格更快上升,后续的进入者出于改善住房条件的目的也采取同样提高报价的策略,这样价格上升完成了一轮自我强化。

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    基于经济学实验的信息传递过程中北京二手房信息扩散程度测算  收藏
    张红, 张洋, 陈玄冰
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 602-606.  
    摘要 ( 25 )   HTML   HTML    PDF (1260KB)

    为揭示住房信息传递过程,进行了住房信息扩散程度的测算。提出了住房信息扩散程度测算方法,设计和实施了针对北京二手房交易过程的实验,搜集实验数据测算和分析住房信息扩散程度。研究表明: 在实验市场中二手房信息扩散程度表现为预测价、报价、成交价与二手房价值的偏差平均每实验年缩小1.52、 2.41和0.67万实验元; 在二手房使用寿命临近期满时,二手房信息完全扩散到所有非知情交易人;在信息传递过程中,二手房信息的扩散会经历反复,信息扩散程度存在波动,但波动幅度较为稳定。

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    O3-BAC工艺对含溴水体消毒副产物生成势的影响  收藏
    杨宏伟, 王昊宇, 刘云霞, 刘文君, 杨少霞
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 607-612.  
    摘要 ( 63 )   HTML   HTML    PDF (1346KB)

    该文主要研究了含溴水体在经过臭氧-生物活性炭(O3-BAC)工艺处理前后消毒副产物生成势的变化。通过加氯培养测定三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的生成势。结果表明: 进水经过臭氧-生物活性炭系统处理后,总三卤甲烷(TTHM)和9种卤乙酸(HAA9)的生成势均降低了20 μg/L左右, 抑制率在30%以上。其中,主要去除的是一些含氯的消毒副产物如三氯甲烷、二氯乙酸和三氯乙酸的前体物。当原水中含有高质量浓度的Br-时,臭氧化可能会导致含溴消毒副产物(如三溴甲烷、一溴乙酸和二溴乙酸)占总消毒副产物的分配比例升高。同时,研究表明: 活性炭对于溴代副产物(Br-DBPs)前体物的去除效果低于氯代副产物(Cl-DBPs), 因此在经过Q3-BAC工艺处理后,消毒副产物生成势中,溴代产物所占分配比例进一步增加。

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    含钼废水处理及饮用水应急处理技术及工艺  收藏
    林朋飞, 张晓健, 陈超, 汪隽
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 613-618.  
    摘要 ( 41 )   HTML   HTML    PDF (1294KB)

    在弱酸性条件下氢氧化铁沉淀物对钼酸根离子具有吸附作用,本文研究弱酸性铁盐混凝沉淀过滤工艺对含钼废水及水源钼污染的饮用水应急处理效果。通过调节原水pH值,研究pH对铁盐除钼效果的影响。在最适pH条件下,通过投加不同混凝剂,研究铁盐对钼的去除规律,探讨去除原理。结果显示在弱酸性条件下,铁盐混凝沉淀法除钼是表面电化学吸附过程,符合Langmuir吸附等温线方程。pH是重要工艺参数,最佳pH范围为4~4.5。弱酸性铁盐混凝沉淀过滤工艺可以与水厂常规处理工艺结合,有效应对原水微量钼超标问题,保障供水安全。采用该工艺处理高浓度含钼废水时,在最适pH条件下,投加适当铁盐混凝剂,一级混凝沉淀出水可以满足废水排放标准要求,但难以满足地表水水环境质量要求。为满足地表水环境质量标准要求,可采用二级混凝沉淀串联处理。该工艺除钼所需构筑物简单,药剂投量有限。

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    格子Boltzmann模型结合MPR方程模拟流体饱和气液密度  收藏
    闵琪, 段远源, 王晓东
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 619-623.  
    摘要 ( 32 )   HTML   HTML    PDF (1285KB)

    格子Boltzmann伪势能两相模型由于缺少与真实流体相关的物理参数,因此无法实现对某种特定流体的模拟。本文将比容平移后的Peng-Robinson状态方程(MPR)引入模型中,通过状态方程中的无量纲参数偏心因子和临界压缩因子,建立模拟流体与真实流体的关联,使得模型可以区别各种真实流体,并模拟了氩、氧气、烷烃等8种流体在不同温度下的饱和气液相密度。 结果表明,MPR和Peng-Robinson方程(PR)的格子Boltzmann两相模型均能很好的描述8种流体的饱和气相密度; 而MPR方程能够很好的再现氩、氮气、氧气等非极性流体的饱和液相密度,对于其它流体,MPR方程较PR方程对液相密度的描述有所改进,但仍与实验数据有一定差异。总体上MPR方程能够更好地模拟不同流体的饱和气液相密度。

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    球床式高温气冷堆球流混流的模拟  收藏
    郝琛, 李富, 郭炯
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 624-628.  
    摘要 ( 30 )   HTML   HTML    PDF (2204KB)

    球床式高温气冷堆(HTR)球流运动存在混流的现象,它会对功率峰值等堆芯参数发生影响。该文开发了专门的混流模拟方法,在原球床高温气冷堆分析程序VSOP的基础上开发了新的程序系统MFVSOP。新程序通过设定不同的混流比例可模拟球床式高温气冷堆堆芯每个流道与相邻流道的混流,实现其与堆芯物理、热工、燃耗等计算耦合并有能力分析球流混流运动对堆芯燃耗分布、功率分布等参数的影响。对于研究球床式高温气冷堆的运行特性及不确定性分析提供了有力的计算工具。

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    用于HEPA滤料效率检测的蒸发冷凝技术  收藏
    江锋, 庄子威, 张振中, 尉继英
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 629-632.  
    摘要 ( 25 )   HTML   HTML    PDF (1161KB)

    明确蒸发冷凝技术产生准单分散气溶胶的发生效果及其与数值模拟的吻合程度,可以应用于高效(high efficiency particulate air, HEPA)滤料计数效率的测量,使其兼具测量速度快和可测效率范围宽的优点。通过Euler-Lagrange模型数值模拟计算和扫描电迁移率粒度分析仪(scanning mobility particle sizers, SMPS)实验测量,研究了不同参数条件下,蒸发冷凝装置产生气溶胶的粒径分布状况。研究结果表明:模拟结果与实验数据吻合程度较高; Euler-Lagrange模型适用于模拟冷凝管中气溶胶的生长规律; 通过调节发生器的参数可产生不同粒径的高浓度准单分散气溶胶。气溶胶粒径分布不仅完全满足HEPA滤料效率检测要求,而且可以应用于超高效(ultra low penetration air, ULPA)滤料效率检测。

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    心冲击图特征统计及其医学诊断应用  收藏
    曹欣荣, 刘蕾, 蔡东阳, 郭鹏, 唐劲天
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 633-637.  
    摘要 ( 59 )   HTML   HTML    PDF (1949KB)

    心冲击图是一种新的无接触心脏活动检测方法。该文通过自行研制的心冲击图-心电图(BCG-ECG)联合采集设备,采集获取48名健康成年人(男性38名,女性10名)和77位冠心病患者(男性33名,女性44名)的BCG和ECG信号以及部分病人术前术后的信号。提取BCG的幅值、时间间隔以及能量等特征量,通过独立变量t检验,对心冲击图特征差异显著性进行分析。结果表明: 健康成年人与冠心病病人的特征进中tIJ、 tJK、 IntHK和IntBCG有着显著性差异; 在术后心冲击图特征RR、 tHI、 tIJ、 HI、 IJ以及IntBCG有显著性差异; 在室性早搏病人中,室性早搏的发生会导致BCG信号幅度降低。

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    热籽介导磁感应热疗稳态温度场仿真  收藏
    卓子寒, 王婕, 翟伟明, 王亨, 唐劲天
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 638-642.  
    摘要 ( 46 )   HTML   HTML    PDF (2894KB)

    热籽介导肿瘤磁感应热疗前,为确定有效治疗区域及防止正常组织热损伤,需要建立三维治疗模型,进行温度分布的数值计算。该文采用毫米级的铁磁热籽作为植入材料,对其升温和传热过程进行空间数学模型建立,使用有限体积法对生物传热方程进行求解,研究不同热籽排布状态下的三维温度稳态分布情况,且在此基础上针对不同血液灌注率下磁感应热疗的组织温度分布和有效热疗区域进行了分析。研究表明: 不同热籽排布对治疗温度分布影响较大,选用合适的热籽排布方案可以保证磁感应热疗良好的适形性; 此外,血液灌注率较大的生物组织会显著降低治疗温度分布,在术前计划制定时应当综合考虑。该文结果对于制定合理的磁感应热疗术前计划、预测靶区热籽空间排布和有效治疗区域具有一定参考意义。

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    燃料乙醇系统不确定性分析及优化  收藏
    张志强, 胡山鹰, 陈定江, 沈静珠, 杜风光
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (5): 643-648.  
    摘要 ( 28 )   HTML   HTML    PDF (1393KB)

    为解决燃料乙醇企业面临的诸如原料产品市场价格波动,工艺参数不断变化等不确定性条件影响下的生产经营决策问题,进一步降低系统成本及提高整体效益,该文分析了系统可能存在不确定性的影响因素,建立了在这些因素影响下的2类随机规划模型。以纤维素乙醇系统为案例对企业在设计阶段面临的设计裕量问题和运行阶段面临的原料结构问题加以研究,建立了针对性的两层随机机会约束规划模型并设计了智能优化算法进行求解。求解结果表明:不确定性较确定性优化更为合理,且能够在节省系统成本的同时增强系统对未来风险的抵抗能力。

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