物理模拟论文范文

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一、对象模拟

用放大或缩小了的，相似的，而又能反映事物某方面规律的客观实体来代替研究对象的方法叫对象模拟。

对象模拟的设计思想主要在于下述两种情况：其一是为了突出客观实体的主要矛盾和本质特征，摒弃次要的非本质因素，使研究对象从客观实体中直接抽象出来。如物理中的多种理想模型，以及天体运动模型，微观结构等几何相似模型。在研究二极管的单向导电性时，我在实验基础上，运用对象模拟法，用自行车气门和进水阀门来模拟单向门。如此，不但加深对“单向性”的认识，而且激发了兴趣，开阔了思路。其二是为了解释某些行为和特征而建立起来的模拟。如地球因自转而产生的科里奥利力比较抽象，在地理课中亦有提及。我们不妨取一只旧的橡皮蓝球（或地球仪）来模拟地球自转，然后将红墨水从上往下滴落在转动的“地球”表面。此时即可明显看到水痕西边呈扩散状，从而令人信服的说明北半球南流冲刷西岸这一自然现象。

二、物理相似模拟

在科学研究和工程技术的许多领域中，人们常常希望利用模拟试验来代替对实际现象的研究，以便使我们可能在一定程度上预言某些在目前尚无法达到的条件下出现的情况。例如用水代替石油研究其在管道中的运动，把设计好的收音机缩小成模型放在风洞中试验其特性等。其特点即模拟与原型遵循同样的物理规律，故称为物理相似模拟。

物理实验教学中的“失重和超重模拟实验”，“萝卜”马德堡半球，帕斯卡裂桶，用带电的肥皂泡在竖直电场中的平衡进行“密立根油滴实验”的模拟，以及十分壮观的“可乐瓶水火箭”等，均是物理相似模拟的范例。

海市蜃楼是一种罕见的自然现象，教学中一般只作介绍，至多不过看看录像，不能满足学生的好奇心和求知欲，如果能在实验室加以模拟，则不仅可激发学生探求自然奥秘的浓厚兴趣，还可加深对有关知识的理解。首先，我们可以在三面透明的玻璃箱中放入若干白糖而不加搅拌，使糖水造成折射率随深度而变化，而最大折射率出现在含糖较多的容器底部，以此来模拟大气折射率随高度而变化。（如图1）当用氦氖激光光束从侧面射入此溶液时，即可看到光束弯曲现象。然后再如图2作海市蜃楼模拟，使之起到突破时空限制，重视自然奇景之目的。图2中（1）液化汽灶，（2）铁板带沙，（3）半透明纸，（4）台灯，（5）小景物，（6）蜃景。

三、过程模拟

把具体物理过程纯粹化、理想化，并根据其本质特征而设计的一种模拟叫过程模拟。其特点是过程简化，易于控制。

气体压强的分子运动论观点，通常采用雨滴打伞面来类比。这种大量分子对器壁连续碰撞的过程，如果用豆（或沙）落在平衡天平一端倒扣着的托盘底上的现象来模拟，就显得直观生动了。布朗运动的模拟，伽尔顿板，装有铁屑的试管模拟铁棒的磁化和退磁等都是过程模拟的成功例子。

电子技术中半导体的导电机理，电子运动易理解，空穴导电则抽象，课堂教学中如用“空位置”的运动来作一现场过程模拟，无疑会使学生茅塞顿开。分析曲线运动的思想方法——运动的分解和合成是个难点，我以平抛运动为突破口，在演示有关实验后，用“慢镜头”的方法，手持粉笔头边走（模拟水平匀速直线运动）边沿自身前方，从上向下加速下移，以此模拟平抛运动，既简单明了，又便于分析。

热学中的统计方法和光本性的几率概念，由于受课堂教学时间的限制，怎样从个别事件的无规律过渡到大量事件的有规律，成了模拟实验的设计难点，在教学中采用全同等可能过程，在不同时刻的空间比较可以等效变换成同一时刻不同状态的比较的方法，让全班同学同时掷币若干次，然后统计比较下列情况“国徽”朝上的次数：（1）某同学，（2）某小组同学，（3）全班同学。从而使学生既突破了难点又受到一次生动的方法论教育。

四、模拟放大

在物理概念和规律教学中，学生往往对那些不易观察或不能从外部直接观察其内部状态的规律，因缺乏形象的感性材料而引起思维障碍。模拟放大正是采用空间放大和时间放大的方式，抓住本质特征，展现其生动直观形象，从而促进思维顺利进行。

液体表面张力实验中的“水面浮针”，学生感到新奇，但在分析受力时往往错误认为表面张力与重力平衡，经指出后又不理解沿液体表面作用的力并没有作用在针上。究其原因是学生在形成概念过程中缺乏直观材料。为此，我用一只较大的气球，充入少量气体，然后在上面放一根小铁棒，以此来模拟放大液面浮针，并指出液体表面张力同橡皮膜的张力，只作用在它们的表面，并没有作用在针（或棒）上，作用在针上的是因液体表面张力而产生的液面对针的支持力。通过令人信服的实验还使学生进一步明确：表面张力的作用是保持液面不分裂。

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（一）运用“阶梯式”的培养模式，拓展不同年级学生的能力为了鼓励学生参加物流沙盘模拟训练，成立物流沙盘协会，采取团队的方式参与。具体组队的方法采用的是“阶梯式”，即由不同年级的学生参与进来。在专业教师的指导下，通过“阶梯式”的组队方式，高年级的学生由于很早就接触，有丰富的经验和专业知识，帮助低年级的学生，其组织协调能力、领导能力和表达能力都能得到锻炼，而低年级的学生能够很早就接触到专业知识，大大提高了学习的兴趣。

（二）通过沙盘模拟系统学习专业知识并拓展学生的知识体系物流系统是一个庞大而复杂的系统，学生在学习的过程中理解起来比较抽象，怎样能够让枯燥的专业知识更加生动地深入到每个学生的心里，是每一位专业教师在教学的过程中需要不断摸索的。通过物流沙盘的模拟，教师在指导的过程中结合物流沙盘中的角色和各环节阐述相应的理论知识，能够让物流系统的专业知识连贯的串通起来，深刻理解物流管理中的各个角色，涉及的各个环节。不仅如此，传统教育将知识体系划分成不同的专业方向，学生只能择其一而修，产生的专业壁垒严重地禁锢了学生的思维方式和发展空间，而沙盘模拟是对企业经营与运作管理的全方位重现，通过模拟实战，可以使学生在战略管理、财务管理、营销管理、生产与运作管理、物流管理、人力资源管理以及信息管理等方面的管理知识体系得到一次全面的、系统的梳理与总结。

（三）通过小组间对抗，调动学生积极性，提高学习的趣味性物流沙盘模拟跟现实世界是一样的，同样存在企业间的激烈竞争。通常将学生分为6~12个组代表不同的企业，每个企业5~6个人担任企业运营过程中的各个角色。整个物流市场上的业务量是一定的，每个企业怎样运作来尽可能地争取市场份额，使得本企业的利润最大化是每个企业运营的目标。为了达成这一目标，每个企业相互对抗和竞争，通过物流网点的设施、运输路线的选择进行科学的决策，充分调动学习的积极性，即使企业在运营的过程中遇到瓶颈也不轻易放弃，而是积极寻求解决的办法。

（四）培养团队合作精神沙盘模拟涉及到企业运营过程中的各个环节，不同环节间需要密切地配合。比如，对市场上业务需求量的预测，关系到怎样规划物流的设施设备以及提供服务的价格等。另外，由于物流系统在运作的过程中存在效益背反现象，当不同环节的利益发生冲突时，企业的管理者要站在战略的角度统筹规划，使物流系统的整体达到最优。因此，在模拟实训的过程中能够培养学生的团队合作精神，在团队中各司其职，相互沟通协调解决问题。

（五）提高了学生自我认识和自我定位的能力绝大多数学生在学校期间缺乏对自己的正确认识，不能进行正确地职业生涯规划。看似不起眼的沙盘模拟对抗赛，不仅展示出每个学生的专业技能，而且使每个学生的性格真实地呈现出来。从组建团队，到人员分工，是根据每个人能力的不同采取学生自愿自发竞聘上岗的形式。在经营的过程中，如果发现某个成员不称职或者不适合某一岗位，团队可以民主地进行重新调整和定位，使得每个人都能够找到最合适自己的岗位。通过沙盘模拟对抗，在老师的指导下，学生们学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，可以少走弯路，制定出适合自己的职业生涯规划。

二、沙盘模拟的实训课程的教学创新

（一）教学方法创新沙盘模拟实训课程真正体现了体验式创新教学法，即在老师的帮助和指导下，学生自主地进行体验式和研究式的学习，进而提高自身的创新能力，最终形成创新人才的教学方法。其特点包括：第一，相互支持的学习环境。实训课程所创造的学习环境能够让学生互相帮助，相互信任。学生不仅能在过程中正确地认识自己，同时也同他人建立了彼此支持和帮助的良性互动关系；第二，以学生为中心，自主学习，并使之内化成为一种习惯，带到以后的生活和工作中去；第三，快速学习。在实训的过程中在快乐中学习，在错误中反思，不断强化记忆并且记忆深刻；第四，自我认识和肯定，在实训的过程中遇到困难的时候，学生们自己想办法克服和解决，在自己的岗位上尽最大的努力去完成任务。学生们会体会到前所未有的成就感和自我肯定，同时也学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，迎接未来真正的挑战。

（二）教学手段创新沙盘模拟实训课程采用传统教学手段和现代教学手段相结合，形成一套融角色实训、情景式教学、自主学习和互动学习为一体的教学体系。例如，市场竞单时，每个企业为了以尽可能少的广告投入获得大批量的市场订单，抢占市场份额，市场营销总监必须准确地预测市场发展趋势，并利用商业间谍想办法了解竞争对手的动向，制定本企业的市场开拓和产品研发计划，确立并维护企业的市场地位，在必要时可能还会做退出某个市场的决策。

（三）教学内容创新首先，教学活动从以“教”为主体转变成以“学”为主体；其次，学生获取知识的内容从仅仅来自课堂和教师转变成既来自课堂和教师，同时也来自于课外和其他学生；最后，沙盘模拟实训的教学内容在非常注重对学生理论知识的传授同时还注重其与实践能力的紧密结合。

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（江苏省东每县平明中学江苏连云港222342）

2010年南京市白下区中考物理模拟测试题第4题引发了我们物理组几位教师的激烈讨论，题目如下：

如图1所示，现有一个盛有适量水的透明玻璃杯和一只筷子。小名同学将一支筷子斜插入盛有适量水的透明玻璃杯中，若小名从杯子正面观察，可能观察到筷子和筷子在杯中水下部分的成像情况最可能的是（）

图1

答案为B，对题目及答案我们没有异义，只是对题目中的“最可能”产生了疑惑，难道除了B还有其他情况吗？对此笔者进行了实验及理论分析。

首先，我们来看两种常见的情况，并从理论上加以分析，找到筷子弯折（折断）的原因：

图2图3

为什么筷子向不同方向倾斜其弯折（折断）的方向也不同呢？现分析如下：

图甲图乙

我们从杯子的侧面沿水平方向观察，对照图2，如图甲所示，若我们取AA’截面的俯视图，由于光的折射，P’点为P点的像点（ON为法线），那么筷子的虚像确实向左折断。同样对照图3，若我们取BB’截面的俯视图，如图乙，由于光的折射，Q’点为Q点的像点（ON为法线），则筷子的虚像向右折断。通过以上分析可知，筷子之所以向不同方向折断是因为：筷子倾斜方向不同导致折射面不同。那么，使折射面发生改变的只有筷子的倾斜方向吗？显然不是，笔者又做了如图3、4所示的实验：

图4

图5

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微生物原油采收率技术(microbialenhanancedoilrecovery，MEOR)

是利用微生物在油藏中的有益活动，微生物代谢作用及代谢产物作用于油藏残余油，并对原油/岩石／水界面性质的作用，改善原油的流动性，增加低渗透带的渗透率，提高采收率的一项高新生物技术。该项技术的关键是注入的微生物菌种能否在地层条件下生长繁殖和代谢产物能否有效地改善原油的流动性质及液固界面性质。与其它提高采收率技术相比，该技术具有适用范围广、操作简便、投资少、见效快、无污染地层和环境等优点。

一、微生物采油技术概况

1926年，美国科学家Mr.Beckman提出了细菌采油的设想。1946年Zobeu研究了厌氧的硫酸盐还原菌从砂体中释放原油的机理，获得微生物采油第一专利。I．D．shtum(前苏联)及其它国家等学者也分别作了大量的创新性工作，奠定了微生物采油的基础。美国的Coty等人首次进行了微生物采油的矿物试验。马来西亚应用微生物采油技术在Bokor油田做先导性矿物试验，采油量增加了47%。2002年至2003年，我国张卫艳等在文明寨油田进行了微生物矿场应用，累计增产原油1695t，累计少产水1943t，有效期达10个月。

美国和俄罗斯在微生物驱油研究和应用方面，处于世界领先地位。美国有1000多口井正在利用微生物采油技术增加油田产量，微生物采油项目在降低产水量和增加采油量方面取得了成功。1985年至1994年，俄罗斯在鞑靼、西西伯利亚、阿塞拜疆油田激活本源微生物，共增产原油13.49x10t，产量增加了10～46％。1988年至1996年，俄罗斯在11个油田44

个注水井组应用本源微生物驱油技术，共增产21x10t。

20世纪60年代我国开始对微生物采油技术进行研究，但发展缓慢。80年代末，大庆油田率先进行了两口井的微生物地下发酵试验(30℃)。大港、胜利、长庆、辽河、新疆等油田与美国Micro～Bac公司合作，分别进行了单井吞吐试验。1994年开始，大港油田与南开大学合作，成功培育了一系列采油微生物，该微生物以原油和无机盐为营养，具有降低蜡质和胶质含量功能，并在菌种选育与评价、菌剂产品的生产、矿场应用设计施工与检测等诸方面取得了成绩。1996年以来，吉林油田与13本石油公司合作，探究了微生物采油技术在扶余油田东189站的29口井进行的吞吐试验，21口井见效，见效率达70%。2000年底，大庆油田采油厂引进了美国NPC公司的耐高温菌种，在Y一16井组进行了耐高温微生物驱油提高采收率研究和现场试验，结果表明，采收率达43.41%，增加可采储量1.81×10t，施工后当年增油615.5t。胜利油田罗801区块外源微生物驱油技术现场试验提高采收率2.66%。

二、微生物采油技术机理

（一）微生物采油技术与油田化学剂

在大庆油田开发的各个阶段都会使用不同性质的化学剂，现以大庆油田为例。当大量化学剂进入油藏后，将发生物理变化和化学变化，对微生物采油过程可能产生不同的影响。化学剂既可引起微生物生存环境（渗透压、氧化还原电位、pH值）的改变，又可直接改变生物的生理（呼吸作用、蛋白质、核酸及影响微生物生长的大分子物质的合成）以及影响微生物细胞壁的功能，从而影响微生物的生长，降低采收率。

（二）微生物驱油机理

因为，微生物提高原油采收率作用涉及到复杂的生物、化学和物理过程，除了具有化学驱提高原油采收率的机理外，微生物生命活动本身也具有提高采收率机理。虽然目前的研究不断深入，但仍然无法对微生物采油技术各个细节进行量化描述，据分析，主要包括以下几个方面：

1.原油乳化机理。微生物的代谢产物表面活性剂、有机酸及其它有机溶剂，能降低岩石一油一水系统的界面张力，形成油一水乳状液（水包油），并可以改变岩石表面润湿性、降低原油相对渗透率和粘度，使不可动原油随注入水一起流动[1引。有机酸能溶解岩石基质，提高孔隙度和渗透率，增加原油的流动性，并与钙质岩石产生二氧化碳，提高渗透率。其它溶剂能溶解孔隙中的原油，降低原油粘度。

2.微生物调剖增油机理。微生物代谢生成的生物聚合物与菌体一起形成微生物堵塞，堵塞高渗透层，调整吸水剖面，增大水驱扫油效率，降低水油比，起到宏观和微观的调剖作用，可以有选择地进行封堵，改变水的流向，达到提高采收率的效果。在较大多孔隙中，微生物易增殖，生长繁殖的菌体和代谢物与重金属形成沉淀物，具有高效堵塞作用。

3.生物气增油机理。代谢产生的CO、CO2、Nz、H、CH和C3H等气体，可以提高地层压力，并有效地融入原油中，形成气泡膜，降低原油粘度，并使原油膨胀，带动原油流动，还可以溶解岩石，挤出原油，提高渗透率。

4.中间代谢产物的作用。微生物及中间代谢产物如酶等，可以将石油中长链饱和烃分解为短链烃，降低原油的粘度，并可裂解石蜡，减少石蜡沉积，增加原油的流动性。脱硫脱氮细菌使原油中的硫、氮脱出，降低油水界面张力，改善原油的流动性。

5.界面效应。微生物粘附到岩石表面上而生成沉积膜，改善岩石孔隙壁面的表面性质，使岩石表面附着的油膜更容易脱落，并有利于细菌在孔隙中成活与延伸，扩大驱油面积，提高采收率。

（三）理论研究

1.国内外的数学模型。20世界80年代末，国外的Islam、Zhang和Chang等建立了微生物采油的数学模型并开展了相应的数值模拟研究。Zhang模型优于Islam模型在于可描述微生物在地层中的活动，却难于现场模拟。Chang模型是三维三相五组分，能描述微生物在地层中的行为，不能描述在油藏中的增产机理。

2.物理模拟。物理模拟研究基本上是应用化学驱的物理模型试验装置及试验过程。微生物驱油模型的核心是岩心管部分，其长度影响微生物的生长繁殖。应建立大型岩心模型，使微生物充分繁殖，便于分析研究微生物的驱油效果。通过物理模拟研究微生物驱油法，可获得微生物在岩心中的推进速度及浓度变化，对岩心渗透率的影响等信息。

（四）源微生物的采油工艺

国内油田（大庆等）已进人高含水开发期，是采用内源微生物驱油还是采用外源微生物驱油，要根据具体油藏内的微生物群落进行分析。若具体油藏中内存在有益微生物驱油的微生物群落，宜采用内源微生物驱油工艺，这是目前国内致力于运用最新微生物采油技术。

三、结语

综上所述，在我国油田中，特别是大庆油田，在微生物采油技术具有提高采收率的效果，对大多数的油藏都能充分发挥微生物采油的优势。制约微生物采油技术的主要因素在于油藏中微生物群落结构、现场试验工艺及物理模拟实验的局限性。外源菌种的选育和评价指标、特性，微生物的研究、菌液的生产和矿场试验等方面还需深化。

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中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

0. 引言

近年来，构造物理模拟实验在油气盆地构造研究方面取得了显著成效。构造物理模拟实验为油气盆地构造的形成过程和成因机制研究提供了基础依据，在区域构造和局部构造分析基础上，通过物理模拟方法再现构造形成过程，建立合理的构造解释模型已经成为一种有效的研究思路。前人对准噶尔盆地南缘构造变形特点及变形的主控因素开展了深入研究，但对于该地区的研究还处于定性解释和物理模拟验证阶段，在一定程度上对构造解释模型的建立缺乏准确性。因子分析方法在地质学中的应用主要集中在地球化学、沉积相研究和矿物岩石学等方面。笔者将其应用到构造地质学中，首先通过设计物理模拟实验再现了准噶尔盆地南缘多排断褶带的发育情况，再试图通过实验数据分析、定量的探讨控制该区构造带发育的因素。

1. 准噶尔盆地南缘构造概况

准噶尔盆地南缘东西长约500 km，南北宽约100 km，是地层发育齐全、构造变形独具特色的地区。由于边界条件和各期构造作用的方式、应力方向不尽相同，在南缘地区的不同地段构造变形特点具有显著差异，大致以乌鲁木齐为界分为东、西两个构造带。其中，南缘西部构造带发育多排褶皱-断裂带组合，平面上呈斜向“瓦垅”状构造 （图1） [1]。这种斜列的瓦垅构造带主干断裂为天山北缘断裂，分支构造为压扭性断层和褶皱。剖面上为隔挡式褶皱，即背斜紧闭、向斜开阔。燕山期以来，特别是喜山期右行压扭应力作用下，中、新生代地层沿侏罗系煤层和古近系高塑性泥岩层发生滑脱并弯曲形成了5个断裂背斜构造带。综合前人研究成果，我们认为准噶尔盆地南缘西部构造模式属于后缘挤压、前缘双层滑脱模型（图2）。

图1 准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带纲要图（据于福生等，2009）[2]

（1）-逆断层； （2）-平移断层； （3）-褶皱及编号； （4）-剖面位置及编号； （5）-分带界线； （6）-分带编号：Ⅰ—第一排背斜—冲断带； Ⅱ—第二排背斜—冲断带； Ⅲ—第三排背斜—冲断带； Ⅳ—第四排背斜—冲断带

图2 准噶尔盆地南缘西部后缘挤压、前缘双层滑脱变形模式

2. 物理模拟实验

前人对准噶尔盆地南缘的野外考察认为，沉积盖层中的两个滑脱层分别为：侏罗系的煤层和白垩系-古近系的泥岩层。地层下部，侏罗系煤层影响着较深部位地层的构造发育，而地层上部的泥岩层影响着较浅部位地层的构造发育。本实验以后缘挤压、前缘双层滑脱模式为理论依据，设计了四组挤压变形模拟实验。

2.1 实验设备与材料

模型设计：砂箱规格为78cm（长） 30cm（宽），模型砂层高度因不同组实验所设计的滑脱层厚度和盖层厚度不同而异，模型的横向比例尺约为1：8.4万。实验底部为刚性基底，单侧马达驱动挤压，设定挤压速率为3mm/min（图3），实验没有设定固定的挤压量，砂层收缩至产生6-7条前展式逆冲断层时停止。

实验选用模拟地层的材料为干燥松散的黄色石英砂（粒径0.2～0.5mm），从力学性质上讲，它是国内外通用的模拟地壳浅层次脆性构造变形的材料。滑脱层则选取玻璃粉、食盐等物理形态上与石英砂差距不大的材料。设计了四组实验，其中第一组实验为砂层与玻璃粉互层，单砂层厚度为0.6cm，玻璃粉单层厚度为0.3cm，从下至上依次为石英砂（2层）—玻璃粉（1层）—石英砂（3层）—玻璃粉（1层）—石英砂（2层）；第二组实验为为砂层与玻璃粉互层，单砂层厚度为0.6cm，玻璃粉单层厚度为0.5cm，从下至上依次为玻璃粉（1层）—石英砂（2层）—玻璃粉（1层）—石英砂（3层）—玻璃粉（1层）—石英砂（2层）；第三组实验为食盐与砂层互层，单砂层厚度为0.6cm，食盐层单层厚度为0.5cm，从下至上依次为食盐（1层）—石英砂（2层）—食盐（1层）—石英砂（3层）—食盐（1层）—石英砂（2层）；第四组实验为食盐与砂层互层，单砂层厚度为0.6cm，食盐层单层厚度为0.5cm，从下至上依次为石英砂（2层）—食盐（1层）—石英砂（3层）—食盐（1层）—石英砂（2层）。

图3 挤压变形砂箱剖面物理模拟实验设计示意图

2.2 实验过程与结果

各组实验在以上设计条件下都具有可重复性，能得到相同的实验数据。在此，笔者仅对第四组实验结果进行对比阐述。

马达启动后砂层首先弯曲形成褶皱，当收缩率（SR）为1.3%时，开始形成第一条逆冲断层F1，由于离推覆体近、应力集中而且大，断层F1切穿整个模型（图4A）。当收缩率（SR）为5.1%时在F1前方形成逆冲断层F2，同时在F1上盘形成与F1倾向相反的断层F3，上盘构成一楔状体（图4B）。当收缩率（SR）为6.7%时，在F2前方形成逆冲断层F4（图4C），该断层倾角比F1小并收敛于F1。可见两滑脱层已断开，力从下部滑脱层往上传递，而下部滑脱层以下地层平直。继续挤压，当收缩率（SR）为11.5%时，可见上下两滑脱层均有滑脱形成逆冲断层F5和F6的现象，而滑脱层之间的砂层仅出现弯曲而未错断（图4D）。再进一步，当收缩率（SR）为20%时，之前形成的断层F5和F6已经合二为一，并在更远的前端形成滑脱断层F7和F8（图4E），F7 的断距大于F8，F8之下砂层平直说明应力在两滑脱层传播。持续的挤压至收缩率（SR）为24.1%时，F7和F8逆冲于同一断层面之上，在大断层上盘形成了一个反向的冲断层F9（图4F）。

图4 挤压变形模拟实验过程

3 实验结果数据分析

不同的模型设计控制因素不同，其实验结果也有所差异，但是在相似模型条件下产生的实验数据存在一定相关性[3]。将这些蕴含信息的数据进行分析，能得到这些控制变量与实验结果之间定量或半定量的关系。

3.1 理论准备

因子分析法是指从研究指标相关矩阵内部的依赖关系出发，把一些信息重叠、具有错综复杂关系的变量归结为少数几个不相关的综合因子的一种多元统计分析方法[3]。笔者将其应用到构造地质学中，探讨控制断层发育的各种因素之间的关系，试图将这些因素归类，为构造物理模拟实验设计定量分析研究提供理论依据。

因子分析的理论依据读者可以查阅相关文献[3，4]，在此主要涉及以下几个主要公式：

① 各变量之间的相关矩阵R= 及其特征值；

② 正交变换矩阵T，因子载荷矩阵；

③ 因子得分矩阵；

3.2 因子分析

由于四组实验设计的盖层（滑脱层之上地层）厚度、滑脱层厚度、滑脱层性质（两种不同属性的滑脱层材料）以及模型底部是否存在滑脱基底等控制因素不同，将盖层厚度、滑脱层厚度、滑脱层性质和先存基底作为变量。实验1—以滑脱层厚度与上覆盖层厚度的比例与其他实验相区别，设上覆盖层厚度为实验变量x1；实验2—其滑脱层厚度与实验1相区别，以滑脱层的厚度为实验变量x2；实验3—模型下部设计有基底与实验1和实验4相区别，以基底的存在作为实验变量x3；实验4—滑脱层所用的材料属性与实验1、实验2相区别，并以材料属性（或滑脱层的性质）作为实验变量x4。实验中从推覆方向起，由近及远产生的前展式断层（表1中的，相当于图4中朝挤压方向逆冲的断层）作为样品断层，以断层发育时的实验收缩率和实验解释剖面与地震解释剖面相似度最高时的实验收缩率作为观察数据点，将四组实验数据建立一个数据表（表1）。从数据表趋势线（表1右）不难发现，数据点与变量之间存在着一些关系。笔者是希望通过因子分析根据相关性大小将变量分组，每组变量就共同代表了对相关数据的影响。

表1 挤压变形模拟实验数据表及数据趋势线

x1

x2

x3

x4

f1

4.5

1.7

1.2

1.3

f2

7.8

5.2

4.6

5.1

f3

11.9

9.6

5.4

6.7

f4

20.9

16.3

9.4

11.5

f5

26.8

24.5

21.4

20.0

f6

39.7

30.7

27.5

24.1

将表1中的数据整理建立变量与样品的原始矩阵X：；

矩阵X标准化得到矩阵X1：；

从而依据相关矩阵公式①得出矩阵X1的相关矩阵R，相关矩阵R的特征向量矩阵A及其特征值向量b。

，，

，；

令，，A*即为因子载荷矩阵。A*的列对应于四个变量（x1，x2 ，x3 ，x4），行对应于四个公因子（Y1 ，Y2 ，Y3 ，Y4）。矩阵A*中的每一列分别与b中的元素对应。将A*按照特征值从大到小排列得到矩阵A**，矩阵A**中变量x在因子Y上的得分集中在x1处，因此需要对矩阵A**进行旋转。

将因子载荷矩阵A**正交变换后得到旋转后的因子载荷矩阵B0（其中正交变换矩阵T是通过矩阵分析软件得到）。又有，根据公式③得到因子得分矩阵F，将F归一化得到新的因子得分矩阵E，这样我们就可以结合物理实验和实际地质情况对矩阵ET进行分析。

， ；

旋转后的因子载荷矩阵B0中，变量x1和x2在因子Y1上的得分较高（），变量x3和x4在因子Y2上得分较高（），因此研究区控制断层发育的因素分为两大类（即Y1和Y2）。第一大类：断层发育受盖层厚度和滑脱层厚度的综合控制；第二大类：断层发育受软弱基底的存在和滑脱层性质的综合控制。矩阵ET的列对应于公因子Y1 、Y2 、Y3 、Y4，行对应于表1中的f1、f2、f3、f4、f5、f6，矩阵中的数值即断层f在公因子Y上的得分。因为研究区控制断层发育的因素已经分为Y1和Y2两类，所以我们只需要对矩阵ET的前两列进行分析。

4 物理模拟与数值分析结果讨论

将实验结果与构造变形模式图对比，断层F1、F2（表1中的f1、f2）大至与第一排背斜带（NO.1）对应，断层F4（表1中的f3）大至与第二排背斜带（NO.2）对应，断层F5、F6（表1中的f4）大至与第三排背斜带（NO. 3）对应，断层F7、F8（表1中的f5）大至与第四排背斜带（NO.4）对应（图5）。

实验数据分析得到的矩阵ET中，Y1和Y2列是控制断层发育的公因子，在行方向断层f1、f2、f3、f4在Y1上的得分较高（>0.5），断层f4、f5、f6在Y2上的得分较高（>0.5）。由此可见，第一、二、三排背斜带主要受第一类因素控制，即断层发育样式受盖层厚度和滑脱层厚度控制；第四排背斜带主要受第二类因素控制，即断层发育主要受上部滑脱层控制。第三排背斜带在两个因素上的得分相当，说明第三排背斜带在两种控制因素下处于过渡带，在局部地区受到了上部滑脱层的控制。

以上分析结合主波长理论证明了滑脱层越厚越容易滑脱，即褶皱发育及断层的产生所需要的收缩量就越小；滑脱层以上的地层越厚，滑脱层越显塑性，越容易滑脱。侏罗系煤层的存在为上覆地层提供了滑脱基底。侏罗系以上地层内部存在的滑脱层为离盆地边界较远的第四、五排背斜带的形成创造了条件。

图5 挤压变形模拟实验结果

5 结论

（1）准噶尔盆地南缘西部多排断褶带发育主要受两类因素控制：第一类：盖层厚度和滑脱层厚度，第二类：软弱基底的存在和滑脱层性质；（2）滑脱层以上的地层越厚，滑脱层越显塑性越容易滑脱，滑脱层越厚越容易滑脱；（3）第一、二排背斜带发育受第一类因素控制，第三排背斜带处于两类因素控制的过渡带，第四排背斜带发育受第二类因素控制；（4）侏罗系煤层的存在为第四、第五排背斜的形成创造了条件。

参考文献

[1] 王伟锋，，陆诗阔， 等. 准噶尔盆地构造分区和变形样式[J]. 地震地质， 1999， 21（4）：

篇6

物理是一门理论学科，更是应用型较强的学科，初中物理教学不仅要让学生掌握基本的物理知识，还需要引导学生多媒体的应用来提高理解、迁移能力，因此，教师要通过多媒体创设真实的情境，将学生原有的知识经验与新的教学内容相结合，促使学生在原有知识经验的基础上生长出新的知识经验，引发学生的物理学习兴趣，以此提高学生的学习效果与质量。如在学习“气体性质”这部分内容时，教师可利用生活中的真实情境，导入本节课的学习内容。上课之初，教师通过多媒体设备，演示生活中的实际情境。课堂中，教师可引导学生按照多媒体教学中呈现的演示进行操作，让学生将保温瓶中装满热水，然后去打开保温瓶的瓶盖，这时学生会发现保温瓶的瓶盖很难打开，教师可问学生“为什么保温瓶的盖子不容易打开？”、“如何才能省时省力的打开盖子？”这样的问题，引导学生通过问题思考进入气体性质的学习内容。另外，教师还可以列举其它事例，如夏天自行车容易爆胎现象，密封袋子会出现膨胀等现象来为学生创设真实的教学情境，促进学生认知结构中新旧知识之间的联接。 

二、合作探究学习，激发学生动机 

合作探究方式是新课程改革中提出的重要学习方式，这种学习方式主要采用发现的教学方法，引导学生通过师生之间、生生之间的合作，利用多媒体技术开展物理模拟实验，促进学生探究、发现物理教学中的相关知识与原理，加强教师指导与学生自主学习的相互结合，激发学生的学习动机。如在学习“大气压”这部分内容时，教师可以通过物理模拟实验引导学生在合作探究过程中理解大气压的相关内容。上课之初，教师可以让学生将准备的水杯中装满水，用硬纸片将水杯的杯口盖住，然后将水杯倒立，让学生观察会产生何种现象，学生会发现水杯中的水不会流出来，这时教师可通过提问“水杯中的水为什么不会流出来？”的问题，引导学生思考问题现象出现的原因；课堂中教师可利用教材中提供的马德保半球试验，通过多媒体技术制作相关内容的课件，运用课件中图片、视频、声音等形象生动的表现手法，让学生再次感知、体验大气压的巨大作用，激发学生的学习动机，提高学生主动参与学习的积极性，促进学生从被动学习转化为主动学习。 

三、利用电子黑板，适应学生发展 

电子黑板是多媒体技术的一项重要方式，它主要是应用计算机的功能与作用，将物理教材中绘制、使用的各类图形转化为多媒体课件中的内容，通过多媒体的形、声、色等优势将物理教学内容淋漓尽致的呈现出来，促使静态的物理教学向动态、开放逐步转化，避免传统教学中板书、绘制图等方式浪费的时间，为教师与学生之间的互动与交流留出更多的时间与空间，促进学生学习的有效性。如在学习“晶体的熔点”这部分内容时，教师可以利用电子黑板呈现晶体与非晶体融化内容的相关演示，让学生通过晶体与非晶体融合具体过程的展示，理解晶体的融化过程，掌握融化与凝固的相关内容，利用形象、鲜明、生动的图像，满足学生形象思维发展占优势的特点，促进学生更快、更好地学习教学内容。 

四、初中物理教学中多媒体应用的几点建议 

多媒体应用是初中物理教学的一种手段，而不是目的，教师不能为了多媒体的应用而应用。在初中物理教学中，多媒体的应用要依据三方面的特点来开展。首先，依据学生的认知发展特点与身心发展规律，初中生的认知发展仍处于形象思维占优势的状态，教师要采取清晰、形象、鲜明、生动的教学方式，满足学生学习的多样化需求；其次，依据初中物理教学的内容与目标，教师要结合初中物理教学的目标与内容，选择合适的教学方法，提高教学内容与教学方法之间的适切性；最后，依据教师的教学风格，每一位教师都具有自身的教学风格，教师要依据教学风格采用合适的教学手段与方法，合理开发多媒体的作用，深入挖掘教学内容，促进教学风格、教学内容与教学方法三者之间形成统一体，以此提高学生的学习效率与质量。 

结语 

篇7

依据学校人才培养定位，实验教学中心（以下简称“中心”）以教育教学思想和观念转变为先导，强化“工程-理论-实践-工程”的教育教学理念，积极推进实验实践教学改革；建设以学生为本、培养学生实践能力、创新意识、创业精神为核心的实验实践教学新体系；建立优质资源共享和现代化高效运行的管理体制；建设理论教学、实验实践教学与科学研究紧密结合的高素质实验教学队伍；建立了全方位的实践教学平台，将课程设计贯穿课程理论教学过程，开展了丰富多彩的课外培养活动，使其成为培养电气工程领域高素质应用型人才的重要基地。

1.实验教学中心改革思路

1.1 突出一个目标

以“一实两创”特色人才培养为目标，着力培养具有突出实践能力、创新意识和创业精神的高素质应用型人才，强化学生的实践能力和工程素质的培养和训练，以适应21世纪电气信息技术快速发展的电工技术领域、尤其是电力工程领域的人才需求。实践能力是主体，是基础；创新意识和创业精神是两翼，是升华。通过实施突出实两创”特色的高素质应用型人才培养模式，培养学生能干事的知能基础、敢干事的无谓胆识和干成事的坚韧品格。

1.2 建设一支队伍

建设一支结构合理、专兼职相结合的高水平实验教学队伍是“中心”持续稳步发展的关键“中心”采用课程负责人制和实验助理制，打通学科建设与实验实践教学的人才通道。

（1）课程负责人制。理论教学与实验教学一人负责，有助于理论教学与实践教学的深入结合。

（2）实验助理制。从博士和硕士研究生中遴选实验助理，兼职参与实验实践教学、实验室建设和管理。

1.3 构建两个平台

（1）物理模拟、数字仿真和工程实训三位一体。①物理模拟：“中心”开设电工、电子、电机、电磁场、单片机、自动控制、电力系统综合、继电保护、高电压、自动远动、电力系统动态模拟等物理模拟实验。②数字仿真“中心”开设电路仿真EWB、电子设计、多级电网数字仿真、电力系统高级应用、电力设备仿真系统等数字仿真实验。③工程实训：“中心”建有电工电子实习基地、输变电工程实训基地和多个校外实习基地，为学生工程实训提供了平台。

通过物理模拟、数字仿真和工程实训三位一体的培养，极大地提高了学生应用课堂所学知识解决实际工程问题和实际动手操作能力。如对于电力系统运行操作，首先在电力系统动态模拟实验室进行实验，使学生利用所学的理论知识分析电力系统运行操作中的物理现象，强化基本概念和基本分析方法；然后针对相同内容通过以实际电网为背景的多级电网仿真培训系统进行数字仿真，使学生掌握大规模电网操作中的现场实际问题以及解决实际问题的能力；最后在实验变电所进行实际操作训练。

（2）基于网络技术的现代化实验实践教学管理与监督保障平台。

1.4 面向二维服务

根据“中心”的人才培养目标，建立面向“横向覆盖，纵向贯通”的实践教学。

（1）横向覆盖。“中心”面向全校34个电气信息类、工科非电类和文经管类本、专科专业5000余名学生，承担了电力生产工程认知教育，相关课程的实验教学、工程训练、课程设计、毕业设计和大学生科技创新任务，以及电气工程及其相关领域的研究生培养工作，具有很大的横向覆盖面。

（2）纵向贯通。“中心”对电气信息类的专科、本科、硕士、博士研究生在实验实践教学环节上贯通。

1.5 覆盖五个层次

（1）工程认知层。针对文、经、管类学生了解电气工程领域的相关知识，主要以模型演示、观看多媒体教程等方式进行。

（2）基础实验层。针对电气工程领域基础课程，强调学生熟悉仪器设备、软硬件工具的使用方法、验证实验内容，掌握基础理论与基本方法。

（3）工程实训层。针对电气工程领域专业，强调学生了解电力生产的实际过程、具体操作方法和步骤，交互推动理论课程的学习，培养电气工程专业素养。

（4）综合设计层。针对某一系统，综合应用相关知识，具体完成实验方案、测试和论文，培养工程素质。

（5）研究创新层。针对某一系统，强调实施过程中的创新思维和创新手段的应用、以及团队合作精神的培养，实现自主选题、自主设计、自主完成实验，独立撰写项目验收报告。

1.6 坚持六个结合

坚持：实践教学和理论教学相结合；设计型实验与工程实训相结合；研究创新型实验与课外科技活动、竞赛、科研课题相结合；实验实践教学与电力行业实际相结合；实际物理实验与虚拟仿真实验相结合；研究生培养与实验实践教学相结合。

2.实验教学示范中心改革方案

“中心”设有学术委员会和管理委员会，学术委员会主要负责“中心”的发展规划、建设项目立项审批，管理委员会主要负责“中心”的具体软硬件建设的具体实施。

2.1 建设高水平的实验教学队伍

学校优势学科-电气工程学科的高水平教师是“中心”教师队伍的组成部分，同时聘任电气工程相关学科的优秀教师为中心的兼职教师，确实保证实验实践教师队伍的高质量。为了提高实验教学的指导和管理力度“中心”建立了实验助理制度，即从博士和硕士研究生中遴选实验助理，兼职参与实验实践教学、实验室建设和管理工作。

2.2 扎实开展实践平台建设

近几年“中心”新增DSP、ARM/EDA、数字仿真实验室、电工电子实训基地、电力运行仿真中心、电力生产动态模型演示实验室、真实的66~220kV变电站的输变电实训中心等。同时为了跟踪电气工程领域的新技术“中心”又新增加了风力发电系统、太阳能发电系统、蓄能系统等一系列实验平台。自行研制了电工实验台、数字和模拟电子实验箱、单片机实验箱、PLC、DSP实验平台、便携式电子实验包、电工电子实训实验台、继电保护实验台等800余台套。

2.3 建立基于网络技术的实验管理体系

建立了网上预约管理信息系统；建立了实验室网上预习系统，可实现学生网上学习仪器设备使用、基础实验预习演示；建立了网上实验实践答疑系统，及时与学生实现交互。

中心在完成计划内本科实验教学任务的基础上，还为本科生毕业设计、研究生科研提供了实验场所。本着为全校师生提供全方位、多层次的服务宗旨，中心建立了开放运行机制，并建立了实验室开放的各项规章制度和管理办法。

2.4 构建较为完善的学生课外培养体系

“中心”通过设立学生课外科技活动学分、“电气工程实践教学中心大学生创新基金”、科研课题组招聘，各类竞赛等方式激发学生参与课外创新性研究的热情。

2.5 探索理论教学与实践教学相结合的新模式

在高水平软硬件平台的支撑上，探索“全程设计”的教学新模式，即将某一系统的设计贯穿于某门课程的全程，或贯穿于多门课程的全程。

（1）电子信息类课程的“全程设计”。在数字电子技术课程授课之初就将智能交通灯、电子时钟等综合设计性题目布置给学生，随着教学内容的逐步展开，要求学生进行阶段性设计，学习结束后完成项目的整体研制，并撰写实践报告。在单片机、DSP和EDA等课程中继续沿用相同的题目进行设计，要求学生注意比较不同方法的优劣。这种模式大大提升了学生的学习兴趣，多方位培养了学生的实践技能，同时也使学生认识到新技术的优势。

（2）电力工程类课程的“全程设计”。在电力系统分析之初，将一电网的规划设计布置给学生，在课程学习的不同阶段完成网络参数计算、潮流计算、短路计算、调压计算、稳定性分析计算等内容的设计。在后续的继电保护课程、发电厂电气部分和高电压技术等课程中，仍针对该系统进行相应子模块的设计。这种模式采用递进式工程训练，将分散的课程通过某一电网设计的实践环节贯穿起来，使学生在专业课学习之初就树立大工程概念，明确所学课程在电力系统中的任务和地位，取得了良好的学习效果。

2.6 探索与企业联合开展实践教学的新模式

近年来，与广东核电集团、中国大唐集团等企业开展订单式人才培养，利用企业的实训基地，培养高素质应用型人才。

3.电气工程实验教学中心未来建设规划

中心坚持与时俱进的科学发展观，在“十二五”规划中，明确提出了继续按照“国家级实验教学示范中心”标准进行建设的奋斗目标，中心可持续发展的建设规划为：

（1）瞄准社会和电力行业对人才培养的需求，不断探索实验实践教学改革，进一步充实、完善和落实教学建设方案。

（2）不断探索和实践实验室管理和队伍建设方面的改革措施，为实验室建设和人才培养提供保障和持续发展的动力。

（3）加强数字化、网络化实验平台建设，加强实际物理实验与虚拟仿真实验的结合，有效地促进学生课内、课外实验教学活动的开展。

（4）结合学校人才培养定位，对实验教学五层次进行更为深入的改革研究，使各层次内容有机联系，加强对工程实训和创新层的教改研究与实践，提高学生的工程素质和创新能力。

（5）进一步探索“中心”的管理模式，对相对独立的人、财、物等管理权限和机构设置进行探索，进一步改进和落实中心的管理职责，建立一套高效合理、资源优化、可持续发展的管理模式。

（6）加强学科建设与实验室建设的紧密结合，在实验助理的基础上，将开展实验研究助理工作，将科研成果尽快转化为学生的创新实验内容。

4.结语

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【关键词】窑炉设计计算机制图模型制作流体模拟创新平台卓越能力

“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》和《国家中长期人才发展纲要（2010-2020）》的重点改革项目，是建设创新型国家、促进工程教育的重大举措。目的在于培养造就一大批具有理论紧密结合实际、创新能力强、适应经济发展需要的高质量各类型工程技术人才。本科生的工程能力培养是工科类大学高等教育的重要教改内容，也是难点之一。窑炉设计是无机非金属材料与工程专业本科生核心工程能力之一，与毕业课程设计和毕业设计密切相关，有助于培养学生树立工程观点、实践能力和创新能力。“大学生创新实验”项目是我校培养本科生卓越能力的重要实践平台。做该类项目的学生可以来自不同专业，如材料科学与工程专业同计算机科学与工程专业的学生等，他们可以发挥各自的特长，组成一个高效的研究团队。另外还有一年半的研究时间、经费和实验设备以改进和完成工程项目的全过程实验内容，同时师生间、团队组员间也有了更多的讨论交流时间。围绕提升学生卓越能力，借助大学生创新平台，我们开展了窑炉设计、模型制作与流体模拟的全工程过程探索性实验。

1.窑炉模型的三维设计与动画制作

由于高温窑炉结构的复杂性，仅靠课堂PPT讲解和公式计算，加之学生缺乏实际经验，即使有限时间内去企业生产现场参观，实际的高温生产线导致学生仅能从窑炉外部结构进行观察，不能深入理解窑炉内部结构和窑内流体流动的全过程，难以提高教学效果，学生的学习兴趣和主动性也就激发不起来，更难培养创造性和工程能力。

指导教师首先向学生介绍相关项目的国内外研究背景、目前本行业的需求和设计的主要专业知识等，启发学生从环保和产品质量等方面考虑课题内容的出发点。学生们利用已学的文献检索知识和专业知识，查阅了多篇国内外专业文献并去企业现场调研，了解到许多高性能光学玻璃和水晶玻璃会用到铅玻璃和硼硅酸盐玻璃。由于这类玻璃所用原料有高挥发的缺点，现有的传统火焰窑炉用于生产这种玻璃会产生严重的空气污染，产品质量也不稳定。全电熔窑是解决这种污染主要窑型的窑炉，但无论在理论研究和生产实际使用上同国外相比，国内目前还有不小的差距。以此为课题进行研究，学生们先以玻璃生产实际窑炉为参考，找出体积熔化率、电极材料和布置方式、电源功率等关键参数，简化后进行结构设计计算。考虑到窑炉结构较复杂，利用计算结果先运用AutoCAD和3dxsMAX等软件，绘成二维平面图。然后根据平面图再绘制了其结构的三维彩色立体结构图，如图1所示。最后以实际生产流体流动的过程为依据，设计了流体流动的动画，如图2所示（黑点表示粉料固体，白点表示粉料分解出的气体上升成气泡，白色细短线表示粉料熔融为液体）。学生们在设计和制作窑炉三维立体结构图过程中，对工程课程学习的主动性、积极性和兴趣明显提高，对窑炉整体结构有了很深的印象，在工程设计中必须的运用计算机设计和制图能力也有了很大提升，有效地培养了学生工程学习的综合能力，拓展和活跃了工程过程思维。

图1窑炉彩色立体结构图

图2窑炉内粉体到熔融体流动过程图

2.物理模型制作

物理模型模拟研究是高温窑炉研究的重要方法之一。 在窑炉立体结构和动画显示的基础上选出重点结构，学生们再对设计的模型进行物理实物模型制作，其过程中并不能全部照搬 计算机设计的结果，如模型材料需考虑力学强度和热学性能等；设计尺寸与加工尺寸的公差及实际加工精度、难度；配套的控制设备功率以及测量仪器精量与量程的选择等。在制作过程中学生们主动发现问题，动手动脑解决问题。如模型出现了液体渗漏的问题，经过师生多次研讨，对窑炉结构细节和密封材料进行反复改进，最后完成了仿真物理实物模型的制作，如图3所示。

图3具有固液转变模拟液的全电熔窑模拟物理模型

在此过程中学生们对窑炉的内在结构和细节间连接关系有了深刻的印象和理解，也体会到结构细节决定工程过程成败的含义。每一个结构细节来不得半点马虎，都要学生全身心投入，实验结果是在不足与完善的多次改进过程取得的。对培养学生独立思考能力、归纳分析能力、理论联系实际的工程能力都起着不可替代的作用。看到自己完成的实验成果，学生的成功快乐感油然而生，也提高了学生对工程研究的实践能力。

3.流体动态模拟

在静态的物理模型构成后，需模拟实际高温流体在窑炉中的液流过程，其中合适模拟液的选择是重要的前提。传统的窑炉流体全过程模拟液只用甘油与淀粉糖浆混合物这一种液态，与实际玻璃熔制过程不同：即从固态粉体熔融为液态，再由液态凝固成型为固态。指导教师启发学生去寻找熔点在40℃～80℃的不挥发的有机物，且在室温固态的无毒混合物。学生们分工协作，查找了十余种相关有机物的理化性能，经过多次熔融和凝固实验，比较了它们熔点、凝固点和凝固速度快慢，终于从中挑选出较理想混合物。然后采用正交设计法，研究混合物各物质含量因子对其熔融温度、电导率和粘度这些指标的影响以寻找最佳配方。经过反复试验测试，得到了符合相似条件、具有液固转换的新型物理仿真用模拟液。另外为了加快这种新型模拟液的凝固速度，缩短实验时间提高效率，学生们还自创了成型用冰块冷冻快速降温新方法。在寻找合适模拟液的过程中，不少想法超出原有课堂讲授的专业知识范围，学生们的创造力被大大激发起来，也增强了团队协作能力。同时他们可以直观地看到窑炉物理模型内液体的流动全过程，从而更易理解高温熔体的流动规律。

借助大学生创新平台，学生们通过对窑炉工程实验全过程的研究，对抽象复杂的窑炉结构和设计的理解有了显著地加深，有效地激发了学生学习兴趣和主动性，增强了团队合作攻关的精神，培养了实践能力、创新能力和工程能力。将学生们的研究成果反哺教学，活跃了课堂学习气氛，教学效果受到学生的好评。学生在实习现场也能更快理解企业指导人员讲解的内容和熟悉生产流程，为毕业设计和在相关企业从事生产和设计研究工作打下了良好基础。

参考文献

[1]黄婕，齐鸣斋，刘田.强化工程观点 培育卓越能力.化工高等教育， 2012， 2： 1-3， 33

[2]万胜男，盛欣，万锋. 运用现代信息技术 提高学生工程能力培养质量.化工高等教育， 2004， 4， 69-71

篇9

极端X射线探测极端物质——

内布拉斯加-林肯大学物理与天文学教授唐纳德·乌姆斯塔德说，要在实验室造出稠密等离子体，一般方法是迅速加热一个固体密度物质，如一薄层金属箔。如果加热速度足够快，就能达到使密度保持相对恒定，接近于通常固体密度值。超短脉冲激光是能将固体快速加热到稠密等离子体的首选。

最近，一个由牛津大学奥兰多·希瑞克斯塔和英、美、德、澳等国科学家组成的国际研究小组利用目前世界最强的X射线激光源斯坦福大学的直线加速相干光源（LCLS）将铝箔在约80飞秒（1飞秒=10-15秒）内加热到70到180eV（约80到200万开氏度）。由于这么短时间内加热，压力达到几千万大气压，铝箔来不及膨胀，还几乎保持着原来固体密度，生成了温稠密等离子体，研究小组对其内部的电离情况进行了直接检测，并将相关结果以论文形式发表在《物理评论快报》上。

在以往实验中，所用激光只有近红外到紫外波长的激光，新实验用了完全不同的激光：X射线自由电子激光（XFEL）。相干X射线能量很高，达到千电子伏特以上，能将铝核K壳层电子直接击出原子，而红外光基本上只能激发外壳层电子。X射线还能更深地穿透材料，均匀照射整个目标，将其加热到100eV（百万开氏度以上），生成固体密度等离子体。

正如研究小组领导、牛津大学的贾斯廷·瓦克所说：“X射线激光非常关键，我们无法在别的地方进行这种实验。”LCLS为实验提供了特需条件：用于检测极端现象的严格受控的环境，相干X射线能量极高而且能精确调整，精确检测特殊固体密度等离子体属性的方法。

希瑞克斯塔等人检测了铝箔系统内高电荷离子的K壳层电离电子的荧光，反推内部压力电离下有效电离势连续降低的变化，发现实验结果和广泛使用的Stewart-Pyatt模型（1965年提出，简称SP模型）所预测的结果不符，却和更早的Ecker-Krll模型（1963年提出，简称EK模型）吻合的较好。研究人员指出，从研究核聚变能源到理解恒星内部的运行机制，这一结果将对许多领域产生重要影响。

两种模型的含义——

沿用半个世纪的模型意味着什么？理论的改换将会对哪些研究产生影响？为此科技日报记者还专门采访了中国科学院院士、北京大学应用物理与技术研究中心主任贺贤土。

贺贤土解释说，温稠密物质中存在复杂的电离效应，精确了解不同粒子的电离程度，可以很好了解强耦合下温稠密物质内各种粒子和束团的状态和成分，这对研究温稠密物质特性，如局部热动力学下状态方程和输运系数十分重要。

目前还没有一种满意的理论能很好描述温稠密物质性质。虽有好几种压力电离模型，但很难判断它们准确性，如何实验诊断难度很大。目前国际上很多数值模拟程序中都采用SP模型，它是用离子间距作为考虑有效屏蔽的平均离子模型的参量；而EK模型是用离子和自由电子密度之和表示粒子间距，作为考虑有效屏蔽的平均离子模型的参量。

希瑞克斯塔等人用两种模型预言温稠密物质的有效电离势发生连续下降的特性，表明了EK模型给出更大的下降，这对精确研究温稠密物质状态方程、电导系数和热导率、离子辐射等性质都有重要意义。

实验的重要性还在于他们筛选出了更好的模型。实验数据与EK模型吻合的更好，表明在计算等离子体密度时不能忽略电子的影响，考虑电子数量的模拟效果更好。但EK模型仍有不符合实验的地方，还需要更多实验和细节上的修正。这也体现了等离子体内部电离的复杂性。

贺贤土说，我国目前还没有像可调谐的千电子伏特以上能量相干的X射线自由电子激光器，上述实验由于条件的限制还无法开展。我们主要利用我国神光Ⅱ和神光Ⅲ原型激光器从整体上进行温稠密物质的状态方程等研究；理论上研究温稠密物质主要从量子统计出发研究它们的电离度、等离子体相变（PPT）、化学势、自能等物理量，并在密度泛函和Green函数等框架下理论研究它们的粒子数密度，进而获得了状态方程和输运系数，精确了解通常要从第一性原理出发进行数值模拟研究。

篇10

（一）论证方法

人文社科类学术论文写作的论证研究方法是指研究者以说理的方式，综合运用所学专业的基础理论、知识和技能，对研究问题进行层层梳理，提出明确的论点，并逐一予以阐释、 论证的研究方式。运用论证方法撰写的人文社科类学术论文属于论证型论文。论证型论文通常由论点、论据、论证三个部分组成。常见的论证方法有归纳法、演绎法、类比法、因果法、反证法、引申法等。

（二）评述方法

人文社科类学术论文写作的评述研究方法是指研究者对其研究领域的某一成果或具体观点进行褒贬不一的综合性评述的研究方法。根据评述对象的不同，评述通常分为文献评述和会议评述两种不同类别。运用评述研究方法所撰写的。论文通常具有较强的思辨性，并钚- -味对已有观点或成果进行正面论证或反面驳斥，而是综合各方面观点以客观的态度对其进行评述。评述型论文通常包括前言、主题和总结三个部分，与运用论证方法撰写的论证型论文相比有明显区别。在评述型论文的撰写中应特别注意对评述对象资料的搜集要尽完整，使用的文献资源也应忠于事实，最大程度保证评述的客观性。

（三）调研方法

调研方法是人文社科类学术论文特别是社会科学类论文研究方法中较为重要的研究方法。运用调研方法撰写的论文就是通常所说的"调研报告".根据调研报告撰写的论文就是"调研型论文".调研方法是基于真实的社会实践调研，对搜集的信息进行综合整理后，再开展客观分析的一种综合性学术研究方法。调研方法最常用于经济学、社会学、政治学、法学、管理学等社会实践性较强的学科，也是人文社科类学术论文开展实证研究的基础性方法。调研型论文通常包括调查和研究两个阶段，通过调查去研究某些社会现象，得出有关数据，归纳相关规律，为解决某些存在的问题提供依据或参考。

（四）考证方法

人文社科类学术论文写作的考证研究方法是指研究者对学科领域或社会实践中的某- -问题 ,以直接或间接的材料为基础进行深入研究、辨明是非的研究方法。通常意义上的"考证"多指对古籍、古证的考察或修订。现在的考证含义已有所延伸，不再仅局限于对古籍的考察，而是指对事实的考核和例证。

考证方法常用于历史学、语言学、文学等学科。考证型论文-般包括引论、本论和结论三部分。与其他研究方式不同的是，考证型论文的研究方式需提出新的考证观点，否则只是延续前人的考证结论，考证的意义就大大削弱了。

二、适用社科论文的研究方法介绍

1、调查法

调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。调查方法是科学研究中常用的基本研究方法，它综合运用历史法、观察法等方法以及谈话、问卷、个案研究、测验等科学方式，对教育现象进行有计划的、 周密的和系统的了解， 并对调查搜集到的大量资料进行分析、 综合、比较、归纳，从而为人们提供规律性的知识。 调查法中最常用的是 问卷调查法 ,它是以书面提出问题的方式搜集资料的一种研究方法， 即调查者就调查项目编制成表式， 分发或邮寄给有关人员， 请示填写答案，然后回收整理、统计和研究。

2、观察法

观察法是指研究者根据一定的研究目的、 研究提纲或观察表， 用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象， 从而获得资料的一种方法。 科学的观察具有目的性和计划性、 系统性和可重复性。 在科学实验和调查研究中，观察法具有如下几个方面的作用：①扩大人们的感性认识。②启发人们的思维。③导致新的发现。 实验法 实验法是通过主支变革、 控制研究对象来发现与确认事物间的因果联系的一种科研方法。其主要特点是：第一、 主动变革性。观察与调查都是在不干预研究对象的前提下去认识研究对象， 发现其中的问题。 而实验却要求主动操纵实验条件， 人为地改变对象的存在方式、变化过程，使它服从于科学认识的需要。第二、控制性。科学实验要求根据研究的需要， 借助各种方法技术， 减少或消除各种可能影响科学的无关因素的干扰， 在简化、纯化的状态下认识研究对象。第三，因果性。实验以发现、确认事物之间的因果联系的有效工具和必要途径。

3、 文献研究法

文献研究法是根据一定的研究目的或课题， 通过调查文献来获得资料， 从而全面地、 正确地了解掌握所要研究问题的一种方法。 文献研究法被子广泛用于各种学科研究中。 其作用有： ①能了解有关问题的历史和现状， 帮助确定研究课题。②能形成关于研究对象的一般印象， 有助于观察和访问。 ③能得到现实资料的比较资料。 ④有助于了解事物的全貌。 实证研究法 实证研究法是科学实践研究的一种特殊形式。 其依据现有的科学理论和实践的需要， 提出设计，利用科学仪器和设备， 在自然条件下， 通过有目的有步骤地操纵， 根据观察、 记录、 测定与此相伴随的现象的变化来确定条件与现象之间的因果关系的活动。 主要目的在于说明各种自变量与某一个因变量的关系。

4、 定量分析法

在科学研究中， 通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识进一步精确化， 以便更加科学地揭示规律，把握本质， 理清关系， 预测事物的发展趋势。 定性分析法 定性分析法就是对研究对象进行"质" 的方面的分析。 具体地说是运用归纳和演绎、 分析与综合以及抽象与概括等方法， 对获得的各种材料进行思维加工， 从而能去粗取精、 去伪存真、 由此及彼、 由表及里，达到认识事物本质、 揭示内在规律。

5、跨学科研究法 运用多学科的理论、 方法和成果从整体上对某一课题进行综合研究的方法，也称"交叉研究法".科学发展运动的规律表明，科学在高度分化中又高度综合，形成一个统一的整体。据有关专家统计，现在世界上有 2000 多种学科，而学科分化的趋势还在加剧，但同时各学科间的联系愈来愈紧密， 在语言、方法和某些概念方面， 有日益统一化的趋势。

6、 个案研究法 个案研究法是认定研究对象中的某一特定对象， 加以调查分析， 弄清其特点及其形成过程的一种研究方法。

个案研究有三种基本类型：

（1） 个人调查，即对组织中的某一个人进行调查研究；

（2） 团体调查，即对某个组织或团体进行调查研究；

（3）问题调查，即对某个现象或问题进行调查研究。

7、功能分析法 功能分析法是社会科学用来分析社会现象的一种方法， 是社会调查常用的分析方法之一。 它通过说明社会现象怎样满足一个社会系统的需要（即具有怎样的功能）来解释社会现象。 数量研究法 数量研究法也称"统计分析法"和"定量分析法",指通过对研究对象的规模、速度、范围、程度等数量关系的分析研究，认识和揭示事物间的相互关系、变化规律和发展趋势，借以达到对事物的正确解释和预测的一种研究方法。

8、模拟法 （模型方法 ）

模拟法是先依照原型的主要特征， 创设一个相似的模型， 然后通过模型来间接研究原型的一种形容方法。 根据模型和原型之间的相似关系， 模拟法可分为物理模拟和数学模拟两种。

9、探索性研究法

探索性研究法是高层次的科学研究活动。它是用已知的信息，探索、 创造新知识，产生出新颖而独特的成果或产品。

10、信息研究方法 信息研究方法是利用信息来研究系统功能的一种科学研究方法。美国数学、通讯工程师、生理学家维纳认为，客观世界有一种普遍的联系，即信息联系。当前，正处在"信息革命"的新时代，有大量的信息资源，可以开发利用。信息方法就是根据信息论、系统论、控制论的原理，通过对信息的收集、传递、加工和整理获得知识，并应用于实践， 以实现新的目标。信息方法是一种新的科研方法， 它以信息来研究系统功能，揭示事物的更深一层次的规律， 帮助人们提高和掌握运用规律的能力。

11、 经验总结法 经验总结法是通过对实践活动中的具体情况，进行归纳与分析， 使之系统化、 理论化，上升为经验的一种方法。总结推广先进经验是人类历史上长期运用的较为行之有效的领导方法之一。

12、描述性研究法

描述性研究法是一种简单的研究方法， 它将已有的现象、 规律和理论通过自己的理解和验证， 给予叙述并解释出来。 它是对各种理论的一般叙述， 更多的是解释别人的论证，但在科学研究中是必不可少的。它能定向地提出问题，揭示弊端，描述现象，介绍经验，它有利于普及工作，它的实例很多， 有带揭示性的多种情况的调查；有对实际问题的说明； 也有对某些现状的看法等。

13、数学方法

数学方法就是在撇开研究对象的其他一切特性的情况下， 用数学工具对研究对象进行一系列量的处理， 从而作出正确的说明和判断， 得到以数字形式表述的成果。科学研究的对象是质和量的统一体，它们的质和量是紧密联系 ,质变和量变是互相制约的。 要达到真正的科学认识， 不仅要研究质的规定性， 还必须重视对它们的量进行考察和分析， 以便更准确地认识研究对象的本质特性。

数学方法主要有统计处理和 模糊数学 分析方法。

14、思维方法

思维方法是人们正确进行思维和准确表达思想的重要工具，在科学研究中最常用的科学思维方法包括归纳演绎、类比推理、抽象概括、思辩想象、分析综合等，它对于一切科学研究都具有普遍的指导意义。

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吉林大学地球探测与信息技学科是国家级重点学科，包含有应用地球物理、应用地球化学、数学地质、遥感技术与应用等方向，其中应用地球物理学科于1987年成为首批确定的国家重点学科点；2002年以应用地球物理为核心的地球探测与信息技术学科再次被评选为国家重点学科点，2007年顺利通过国家的评估。学科始终贯彻加强基础研究、注重应用、带动开发的学科建设指导思想，坚持“研、严、妍”的理念，且使该学科成为国家高层次专门人才培养的摇篮，产学研结合的区域研究中心，承担了多项国家基础科学研究、新技术和新方法研制与开发研究任务，为国家培养了大批高素质科技人才，为国家的地质事业和人才培养做出重要贡献。那么“研、严、妍”三个字如何理解呢？

一、研：研究环境育人

建设研究型大学是吉林大学的建设目标。我们认为建设研究型大学不仅体现在科学研究上，同时也体现在研究环境上育人。本学科本着研究环境中培养高素质人才这一宗旨，围绕本科教学如何适应建设研究型大学的需要，开展研究型教学体系的研究；对研究型大学教师的基本要求、教学管理等方面进行了深入的研究和探讨。

1、研究环境的创建与研究型教学

从人才培养模式入手，针对数字地质学发展的需要，提出了多学科交叉是工科学科建设的发展趋势的看法，指出传统的工科学科建设目标、培养模式、知识结构等比较单一，已不能完全适应新形式下社会对人才培养的需要，这就要求我们必须进行专业设置和知识结构等多方面的改革，建立具有培养复合型的、多学科交叉协作功能的人才培养模式。

开展多种方法并存的教学方法研究。在遥感原理的教学中提出了以学生学习为主体，教师讲授为主导的研究型教学理念，总结了应用互动式教学法的效果与体会；地震勘探原理、地震勘探数据处理、地震勘探专题等系列课程的教学，提出了链式教学法模式，系统地设计了整个课程体系的教学内容和衔接方式，使整个地震勘探知识用一个“有机链”连接起来，达到了学生易于整体掌握，教师讲课思路清楚、结构合理等的效果；等等。

2、研究能力培养的重要环节——实践教学

实践教学环节是培养创新型人才的基础和渠道，“实践是创新的源泉”。本学科围绕着课程实验、实践教学、毕业实习与毕业论文（设计）等环节的有限实践教学学时，提出了实验、实习一体化建设的实践教学体系。为充分利用实验室资源提出和逐步实施的“应用地球物理实践教学室内微型化”的实验室建设思路，取得了预期的效果；合理的设计课堂与实验内容的结合，实验室实验内容与野外实习内容的结合等研究；特别注重现代计算机与数值计算的结合、数学模拟与物理模拟的结合等研究，力求达到抽象理论形象化的目的。同时加强对口大型企业实习实践基地的建设，强调先进的企业文化与校园文化结合，实习实践的同时，提高学生社会责任感。

3、提高人才培养质量的关键环节——课程建设

几年来，本学科建设成国家级精品课1门——钻井地球物理勘探，省级精品课2门——应用地球物理—电法勘探和钻井地球物理勘探，校级精品课2门——遥感技术应用和固体地球物理。课程建设是提高本科生教学质量的关键。课程建设中，突出了教材建设、师资队伍建设、教学研究与教学改革、教学管理等几个方面的研究。教材建设要有自己的特色，多年来，我们一直是多部地矿类教材的主编单位，有多部教材列入“十五”、“十一五”国家规划教材。教学强调课程组的组建，力求达到零串课率等，提高课程建设的质量。

二、严：严格教学管理、严谨的教风和严肃的学习态度

教学管理是提高人才培养质量的重要保障。多年来我们制定严格管理制度和管理规范，为我们顺利完成教学工作，监督教学质量，考核教师教学效果等方面起到了保障作用。制定了《地探学院师德规范细则》、《地探学院教学管理暂行条例》、《地探学院关于全面实施领导干部听课制度的决定》、《地探学院教学档案管理制度》、《地探学院学生导师制实施办法》、《地探学院出题考试管理规定》、《地探学院学士学位论文管理细则》、《地探学院督学组工作条例》、《地探学院学生考试管理制度》、《实验教学考核与成绩评定的规定》等等。并将上述管理制度汇编成册，院内印发。

教风集中体现了一个单位的师德建设水平。作为学院的师德建设，我们重点抓三个方面的建设：第一，加强教师职业道德规范建设。教师职业道德规范与一般的道德规范的区别，在于突出可操作性。明确教师的职责和义务。强调教师是一个特殊的职业，教师的服务质量关系到国家、民族和事业的兴衰。第二，促进教师队伍业务水平和能力的不断提高。因为没有教师学术水平与业务素质的提高，就没有教育教学质量的提高。在这方面学院鼓励年青教师出国学习（高访、进修、读学位），在职攻读博士学位。对新上岗的教师进行职业道德规范、讲课、实习、实验的综合训练。鼓励教师承担基础研究和应用基础研究课题。以此促进教师不断的学习，自觉地提高自己的素质与能力。第三，增强教师学术信誉意识。教师职业与其它职业的最大区别，在于所服务对象不同。教师的服务对象是国家、民族未来的建设者。工厂生产的产品不合格影响面很小，学校培养的人才不合格影响的将是一个行业，乃至一个民族、一个国家。教师不但要探索真理，还要将已经发现的真理、规律阐述清楚，培养学生从更高层次去认识真理，发现真理。要作到这一点，教师必须有学术信誉，能够潜心学术，有奉献精神。为此，学院不断要求教师要遵守职业道德规范，不断增强自身的学术信誉。对基础研究成果突出的教师，学院每年都要给予表彰与奖励。

学生的学习态度受学校、社会、家庭多方面的影响。但是作为业务学院，我们始终没有放弃应尽的责任，坚持开展学风建设。重点放在引导学习端正学习态度方面。学生的来源不同，个体差异很大，作为学校的责任，就是最大限度的调动学生学习的积极性和主动性，帮助学生发现自己的特长，挖掘自身的潜力，掌握必备的知识，使学生成为对社会有用的人。我们采取树立各类典型（十佳大学生、自强自立大学生标兵，三好学生、单项奖励等）等方式，引导学生以积极的态度对待学习，发挥自身的优势，体现各自的价值。

三、培养高素质的人才，鼓励学生个性发展，百花齐放

本院教师和学生工作管理人员，围绕大学生的素质教育，大学生的思想品德与德育教育，大学生素质分析与大学生培养的素质体系、高等教育阶段师生关系的定位与合理构造等问题，进行了认真的研究与探讨，对提高大学生综合素质鼓励学生个性发展直到了积极的作用。

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中图分类号：U656 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）33-0102-02

1 概述

气幕式防波堤是一种特殊的防波堤结构，由压气站产生具有一定压强的压缩空气输送至海底排气管，排气管小孔排气，气泡上升的过程中形成气幕，在水中形成了表面水平流，使波浪的波能衰减，导致波高减小。

气幕防波堤的消波作用主要通过两个方面来实现：一方面，在气幕的作用下，在水体表面形成两个方向相反的水平流，迎浪侧的水平流使得波浪所固有的水质点轨迹运动遭到破坏，促使波浪破碎，波能衰减，导致波高减小；另一方面，气泡四周的水表面张力在消减波能方面也起到较大的作用，随着气泡的上升，表面张力加大，部分地削弱了波动流体的能量，此外，原始波浪在气幕前发生部分的反射，也使得越过气幕的透射波高有所减小。试验原理示意图如图1所示：

图1 气幕式防波堤工作原理示意图

气幕式防波堤与固定的防波堤比较，具有移动性、临时性、可重复利用性、不受水流泥沙条件限制的特点，可以很容易通过抛锚固定或通过锚链固定在海底，其造价低、结构简单，有良好的应用前景。

气幕防波堤结构的优点在于：当喷气管安设得足够深时，船舶可以在任何地方进港，畅行无阻，初期投资小，且造价及运转费用与水域中的水深没有多大关系，当水深很大，所需消波的入射波浪周期T较小，而且在短时间的偶然工作时，利用这种消波型式是合理的。

2 数模分析

关于气幕式防波堤的理论依据，本论文引自Bulson给出相关理论，他推导出由于气幕的存在而产生水平流的表面速度气和水平流厚度d的设计公式，同时，给出了入射波浪波长和波高一定的情况下消波所需要的供气量Q大小。推导公式如下：

式中：

――表面水平流速度

――水平流厚度

――重力加速度

――管道埋深

――当地大气压力

――空气压缩机供气量

完全消波所需要的供气量：

式中：

――入射波浪波长

部分消波所需要的供气量：

根据理论研究，可得出结论：气幕式防波堤消浪的效果与供气量、排气管埋设深度、入射周期和波高有关，与排气管的直径、管孔直径均无关。所以气幕式防波堤从理论分析得出应用于实际工程中是可行的。

3 物模分析

针对这一新型的防波堤结构，我国主要以大连理工大学王永学教授带领的团队为主在大工的近岸海洋国家实验室进行了气幕式防波堤的物理模型试验。

本物理模型试验基于重力相似准则关系，分别考虑了不同入射波浪要素、不同供气量Q大小、不同喷气孔口直径、不同模型长度比尺条件下的气幕防波堤消波性能，并对气幕防波堤对波浪的反射作用做了分析，根据整理得到的试验数据并进行分析，给出了气幕防波堤消波性能相关结论。

物理模拟区域水槽高9m，长300m，水深为6m，监测点在130m处，供气量分别为：100m3/h・m、180m3/h・m、260m3/h・m、340m3/h・m、420m3/h・m、500m3/h・m、580m3/h・m，得到供气量与透射系数关系，得出气幕式防波堤实践使用的可行性。

4 应用工程实例背景

某沉管隧道工程的系泊区为半开放形式，三面围堰南侧敞口，出坞口位于图2中AB所示位置，坞内水深-5～-9m。系泊区作为沉管临时存放的场地，在漂浮存放过程中如果受到大的风浪作用，对临时存放的沉管安全会有影响。为了解决这一问题，考虑通过采用气幕式防波堤（BC段）加长原有防波堤，减小临时系泊区坞口（AB段）的方式，将系泊区内的波高控制在允许出现的安全波高（1.0m）以下，保证沉管存放的安全。

图2 气幕式防波堤平面布置图

5 气幕式防波堤设计

气幕式防波堤主要由空压机提供空气至海底，形成气泡帷幕，空压机设在陆域的“D”点，排气管布置从“B”点至“C”，角度与原有码头兼防波堤夹角161°，气幕长度暂定为100m（BC段），气幕作用前后需要有波浪仪观测记录数据，波浪仪放置在气幕式防波堤中轴线两侧各30m的位置，本区域水深约-6m。

5.1 设备选型

5.1.1 排气管选型。排气管选用无缝钢管，长度暂定为100m，直径选定Φ100mm，排气孔直径2mm，排气孔间距30cm，钢管尾端封闭，首端与通气软管连接，设计图如下：

图3 排气管设计图

5.1.2 空压机选型。空压机选型考虑公司实际情况，选用L型复动水冷式空气压缩机，排气量22m3/min（1320m3/h），2m3储气罐。

5.1.3 送风管选型。送风管单层钢丝编织胶管，单根长度20m，内径51mm，总长度需要约380m，连接排气管与空压机，主要为确保试验操作安全。

5.2 设备安装

空压机布置在陆域，离海岸线需一定安全距离，基础需安装稳固，空气储蓄罐必须加固处理。

排气管12m一节，现场加工排气孔和法兰接头，由海上方驳吊机吊入海中，潜水员水下安装，每节之间法兰接头连接，并安装橡胶垫圈，防止漏气，本区域海水深度约-6m。

排气管安装时需要支撑铁架，且排气孔必须朝上，铁架采用50×5角钢焊接，高70cm，长50cm，底部焊接钢板，防止陷入淤泥。

排气管与空压机之间由橡胶软管连接，橡胶管沿原防波堤布置，并需要设置必要的限位装置，防止海浪冲击至海中。如有必要，需在橡胶软管进入海水中之间接头处安装压力计，用于观测送入海中的风压。

5.3 实际操作步骤

将空压机运输安装在陆域安全位置；方驳吊机和潜水配合安装水下排气管；连接排气管和空压机；选择风平浪静的海况进行静水调试；选择适当恶劣海况进行初步调试；根据天气预报进行最终使用。

6 结语

本文结合工程的实际环境，参考国类外相关研究成果，从数模分析、物模分析和实际使用设计三个方面进行研究，说明气幕式防波堤在实际工程中使用的可能性，为后续的实际使用提供一定的依据，也为类似气幕式防波堤使用工况提供参考。

参考文献

[1] 王国玉.特种防波堤结构形式及水动力学特性研究

[D].大连理工大学，2005.

[2] 王国玉，王永学，李广伟，等.气幕防波堤消波性能试验研究[J].中国造船，2004，45（增刊）.