复杂性机理（精选五篇）
复杂性机理 篇1
关键词：钢铁工业,锅炉,冶炼,复杂性机理,预测
自工业革命后, 钢铁在社会发展中一直都发挥着主导作用, 是社会各行各业生产都不可缺少的结构材料之一。可以说在目前的社会发展中, 人类文明的每步进步都与钢铁工业紧密相连。从某种意义分析而言, 钢铁的生产能力和消费水平直接关系着一个国家的综合能力与人民的程度。近年来, 随着科学技术的发展, 各种先进的炼钢技术不断涌现, 促使了钢铁工业高速发展的同时也带来了能源补给问题的严峻现象。面对着目前日益严峻的全球化能源危机, 钢铁工业作为主要的耗能领域, 逐步受到人们的关注与重视, 尤其是过去高炉炼铁工作中的耗能要求更是备受人们关注。在社会发展中对其结合科学发展规律进行分析与统计, 从而降低高炉炼铁的较比, 提高系数的利用是目前迫切需要解决的问题。
1 高炉冶炼工作概述
高炉冶铁是通过对炉温预测数学模型的研究, 既是炼铁的自动化难题也是实际生产工作中存在的首要难题和核心问题。在目前的工作中, 分析炉温波动对于炉温的准确控制与预报有着重要作用意义与作用, 将有助于提高冶炼技术水平, 从而达到最大限度的发挥能量要求。
在目前的炼铁工业发展中, 主体设备都是以高炉为主, 而高炉作为竖炉的一种, 其必须要具备高强的耐火性要求。一般在建设与构成中是采用具备良好耐火性能的竖立圆筒形, 并在其外部设置相关的钢板进行加固和密封, 并且要在结构内部设置一定的内嵌冷设备进行相关保护。就一般工作下, 除了对本体进行加固处理之外, 还需要对锅炉的炼铁工艺进行全面的处理与分析, 确保其各道工序和设备在工作中能够良好、系统的运行, 以此作为主要的炼钢模式[1]。
在通常情况下, 炼钢工程都是内部物理化学反应为主的, 一般在反应的过程中可以简要的概括为炉料的放入, 其中炉料是矿石、溶剂以及焦炭等基础性能源按照一定的比例放置在高炉上料系统之中, 然后从炉顶进入炉膛之内;在采用高炉热风系统进行加热和提高燃烧力度, 一般都是从下部鼓风口采用吹风来进行风力输送, 从而提高焦炭与高温还原反应, 形成一种还原性煤气;炉料在下降过程中受到上升煤气流的加热, 经过还原、熔化、造渣等一系列的物理一化学反应, 最后生成液态的渣、铁聚积于炉缸, 周期性地从高炉渣铁出口排出;煤气流在上升过程中, 温度不断降低, 成分逐渐变化, 最后形成高炉煤气从炉顶排出。高炉炼铁是连续的过程, 从炉顶周期性地装入固体炉料, 从炉缸连续或定时地放出液态产品, 通过风口连续喷入带有某些碳氢化合物的热风, 并从炉顶排除高炉煤气及炉尘。
对于在工作中的人员控制要求一般都是不同的岗位设置不同专业的技术人员来进行严格的掌控, 这些掌控工作中并不是彼此独立的模式, 而是一种通过炉膛与主控室相互交流、相互协调的管理控制模式。一般在工作中, 需要对达成工序控制和高炉控制管理的配合与协调, 并对其中存在的任一环节所发生的故障能够及时的处理, 将影响到炉膛冶炼进程的问题进行全面处理。
与直接还原、熔融还原等非高炉炼铁相比, 高炉炼铁的优点是:通过下降固体炉料与上升还原性煤气的对流功能可进行充分的热交换, 热效率较高;可以大量地处理原料, 生产效率高, 易于形成大规模的生产;冶炼使用的原料成分范围缀广;同时冶炼的主体设备高炉的寿命也比较长 (15~20年) , 铁产量相对稳定。其主要缺点是:由于高炉炉体的封闭性, 许多参量都无法满足能观性、能控性等要求, 铁水成分难以精确控制。鉴于高炉冶炼过程的复杂性, 要实现冶炼过程的整体闭环自动控制, 特别是炉温的准确预测控制, 依然还存很长的路要走[2]。
2 炉温概念与高炉冶炼过程对炉温预测的要求
20世纪下半叶以来, 随着电子计算机技术、信息技术、先进控制技术等的迅猛发展, 为钢铁工业提供了先进的技术手段, 高炉冶炼的许多子工序, 如配料、布料、送风等都逐步实现了自动化。然而人们围绕高炉炉温控制的数学模型开发, 试图实现高炉冶炼过程的自动化控制, 却至今没有获得成功。因此在高炉炼铁闭环自动控制的实现中, 炉温控制是最为棘手的高炉炉温指的是炉缸中铁水及炉渣温度。
高炉炉温的平稳发展是实现高炉冶炼自动控制的关键环节。众所周知, 高炉下部是炉芯死焦层, 当高温煤气充分流过死焦层时, 死焦层处于活跃状态, 于是使炉缸温度升高;反之当操作条件变化使死焦层透气性变差时, 高温煤气不能充分通过时, 死焦层处于呆滞状态, 于是使炉缸温度下降。将炉温控制在正常范围内, 高炉就平稳顺行。如果炉温发生大的波动, 炉缸就会过热或过凉, 不但增加无谓的热损耗, 甚至容易诱发高炉故障。高炉操作条件发生变化时, 高炉炉温也要进行相应的调整。如何把握高炉炉温的变化发展趋势, 从而稳定炉况, 这是高炉操作的核心技术, 也是衡量“高炉炼铁自动化数学模型”水平高低的一项主要指标[3]。
3 国际国内的研究情况和进展
高炉冶炼过程中, 铁水含硅量[Si]不仅是评定铁水质量的重要指标, 更表征了高炉内部热状态。为了有效地控制高炉冶炼过程, 把握其炉温发展动向, 对铁水[Si]预测方法的研究一直是炼铁生产中的重要课题。但由于高炉过程的复杂性, 这类模型的困难在于: (1) 高炉冶炼过程是在密闭状态下进行, 许多参数不能直接观测, 只能间接测定过程的输入输出变量, 模型输入参数的数值依靠许多操作人员的知识与经验整合并参杂噪声的影响; (2) 高炉冶炼过程并非平稳过程, 炉况变化往往是多个参数的综合影响, 在运行平稳时, 模型效果好, 炉况波动时, 模型难以体现这类影响, 效果迅速下降。
结束语
在我国钢铁工业是国民经济发展的支柱产业, 因此做好钢铁冶炼过程的复杂机理以及预测研究对于提高钢铁产业发展而言十分重要, 同时对于实现钢铁工业的现代化进展也有着极为重要的意义。
参考文献
[1]战红仁, 王晓东, 王伟.自动控制在冶金工业中应用的新动向——IFAC第10届MMM2001国际会议综述[J].冶金自动化, 2002 (5) .[1]战红仁, 王晓东, 王伟.自动控制在冶金工业中应用的新动向——IFAC第10届MMM2001国际会议综述[J].冶金自动化, 2002 (5) .
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复杂性机理 篇2
大型工程决策机制复杂要素及复杂性机理研究
大型工程的复杂性研究成为国内外相关学者的研究热点.本文以大型工程的决策机制为切入点,研究大型工程决策机制中所存在的.复杂要素,并在此基础上探讨大型工程决策机制的复杂性机理.
作 者：洪巍 周晶 吴孝灵 作者单位：南京大学,工程管理学院,江苏,南京,210093刊 名：理论界英文刊名：THEORY HORIZON年，卷(期)：“”(9)分类号：C93关键词：决策机制 复杂要素 复杂性机理 复杂系统 耦合性
复杂性机理 篇3
城市配送系统是保障城市经济运行和生产生活正常秩序不可或缺的物流基础平台。随着城市经济的不断发展和社会环境的不断变化, 城市配送系统从社会物流系统中分离出来, 并表现出越来越明显的独立性。
城市配送系统的形成机理
城市的发展过程是对资金、技术、人才和其他资源不断积累的过程, 原有投向单一产业的资源被不断转移到新兴产业中, 形成充分的市场竞争环境和全新产业群。城市配送系统形成的最根本动力来源于随着工业管理模式、商业业态、消费方式的不断变革而产生的对城市配送旺盛的市场需求。
一方面, 外包、准时制以及敏捷制造等生产模式被认为是企业规避风险和提升核心竞争能力的有效手段在各领域中广泛应用, 配送需求社会化程度越来越高。另一方面, 连锁经营、电子商务等新型商业业态的日趋成熟强化了商业企业对商品流通渠道的控制能力, 在改变消费者消费习惯和消费方式的同时, 也催生了时效性更强、范围更广、产品种类更丰富的城市末端配送需求。
为满足以上需求, 作为产业链接续和末端配送服务提供者的专业配送企业不断发展壮大, 成为整合城市配送相关设施、设备、技术、人才资源的主体, 并不断在配送模式、配送能力、配送技术等方面取得创新。但是, 由于企业自身的逐利性, 城市发展初级阶段的配送系统不可避免的具有分散性、局部性和无序性。因此, 高效稳定的城市配送系统的形成还必须依赖政府参与。
中心城市配送系统的复杂性及其表现
中心城市是指在一定区域内的社会经济活动中处于重要地位、具有综合功能或多种主导功能、起着枢纽作用的大型城市和特大型城市。与中小型城市相比, 中心城市的配送系统表现出明显的复杂性, 主要体现在:
配送需求主体的多样性。从类别上划分, 配送需求主体可以分为政府、企业和消费者三个大类, 由于中心城市往往是区域的政治、经济和文化的中心, 因此三大类配送需求主体较一般城市更为复杂。政府及相关事业单位除维持日常运行所产生的对商品的常规配送需求外, 在特定情况下会产生对应急物资、储备物资的应急配送需求;企业是城市配送能力的最主要需求者, 中心城市的企业涵盖了生产性企业、商贸流通企业和其他各类型的服务性企业。这些企业对物流配送的需求具有明显的导向性特征, 配送需求的专业化程度高, 需求量大且比较稳定, 同时也是引发配送需求模式变革的最主要力量;终端消费者的分散性特征是城市配送系统构建的最大难题, 特别是随着经济社会的发展, 消费者消费理念的变革和消费方式的多样化直接形成了对城市配送系统辐射广度和深度的挑战。
配送功能需求的复合性。作为物流七大功能之一的配送本身就有明显的功能复合性, 这一点在中心城市的背景下尤为突出。首次, 由于需求主体的多样性, 中心城市配送系统的功能必须能够覆盖并满足几乎所有类型的需求, 配送对仓储、运输、包装、流通加工等其他物流功能的兼容性决定了配送系统作为城市物流系统的基础性复合功能平台地位;其次, 中心城市通常集聚和催生了各种先进生产方式和商业模式, 城市配送作为支撑这些现代化生产方式和商业模式的基础平台, 不但需要提供更加一体化的物流服务, 而且也形成了融合商流、资金流、信息流的综合服务体系, 在这一层面上, 城市配送系统的建设被赋予了引导和创造需求的色彩。
城市配送系统的单向性。在物流系统运作中, 为提高车辆的满载率, 降低商品的单位运费, 通常的做法是通过货源及车源信息的共享, 实现货物运输的双向运作。城市配送系统与干线物流等其他系统有着本质区别。由于城市配送系统更多的是面向终端需求, 商品到达终端便实现最终消费, 终端产生的废弃物或其他物流需求由于产品性质和发生时间的不匹配, 往往无法借助配送系统实现逆向物流。因此, 城市配送系统的单向性决定了要想降低和压缩配送成本, 就必须在更广的范围和更丰富的商品领域寻求资源的深度整合。
城市配送系统的自组织性。自组织是指系统中许多独立的子系统在没有任何预设情况下进行相互作用、相互影响、自然演化的过程。城市配送系统的各参与主体是理性决策者, 城市配送系统在应对变化的环境过程中通过自我调整能够积极地学习, 通过配送模式、配送工具的创新和配送资源的自发整合形成对城市系统整体经济环境和社会环境的自适应。同时, 系统内的某一种突发事件或系统外部因素对系统的微小扰动都有可能导致系统的巨大变化。
配送系统运行效果的不确定性。受城市配送系统参与主体之间相互作用的非线性关系影响, 城市配送系统是一个多目标、多变量、多层次的综合体, 它决定了配送系统运行过程中的各主体行为具有非常复杂的相互依赖和相互制约的关系, 由产业关联、产品关联、空间关联、时间关联等要素联系起来的城市配送系统表现为不同层级结构。同时, 由于生产信息和需求信息存在明显的时滞效应, 在客观上增加了这种不确定性风险。
城市配送环境的开放性和复杂性。城市配送环境涉及到配送设施建设环境、配送企业的经营环境、配送业务的运作环境等多个方面。受到城市发展规律的影响, 由于各种资源的大量聚集, 土地资源的稀缺成为几乎所有中心城市发展所必须面对的难题。城市配送中心的建设和配送业务的开展必然导致一定程度的城市物流用地需求增加, 更加需要城市规划的合理引导。此外, 由于配送功能的复合性和配送业务的多样性, 对配送企业的税费核算、车辆监管等方面始终存在多头管理的复杂经营环境, 配送业务的开展也更多的受到频繁的城市交通管理限制、严格的环境治理措施和复杂的收发货环境的限制。
中心城市配送系统的动态特性。随着中心城市的扩张, 城市要素集中向城市近郊和城乡结合部地区渗透, 这些原本产业附加值较低的区域往往成为城市化速度最快和城市化水平较高的地区。一方面由于土地成本和商务成本的不断增加, 迫使承担城市配送功能企业不断由城市中心区外迁, 配送资源不断分散和重组, 使中心城市配送系统具有了明显的动态特性, 原有的配送系统格局被不断打破;另一方面, 重组后的配送系统又需要同时满足原有配送需求和新生配送需求, 配送系统的覆盖范围更广, 配送服务的要求更高, 城市配送的环境更加复杂。
复杂性机理 篇4
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摘要：太阳能热发电是太阳能的高品位利用方式, 吸热器是太阳能热发电系统中用于聚光太阳辐射能与热能转换的核心部件。根据聚光器类型、传热介质、运行压力和温度的不同, 吸热器主要有真空管式和腔体式两种类型。该课题针对极端条件 (时空分布随机变化的高温、高热流密度) , 以提高吸热器吸热效率为目的, 研究吸热器内辐射-导热-对流耦合的传热机理, 构建设计各类吸热器需要遵循的理论架构, 设计新型高效稳定的吸热器。该课题的研究对太阳能热发电的规模化进程具有非常重要的意义。实现了基于蒙特卡罗光线追踪法的自编数值模拟程序, 获得了槽式、塔式和碟式吸热器吸热面上的聚焦太阳能流分布, 实现了蒙特卡罗光线追踪法和用于求解流动传热问题的有限容积法的耦合, 研究了太阳辐射由镜场到吸热器的一体化传播过程。研究了槽式太阳能吸热器内的流动换热特性, 建立了槽式DSG集热器的稳态传热计算模型和动态模型, 开发了两类管内强化传热技术;基于DSMC方法建立真空管空气夹层内稀薄气体传热模型;耦合管内对流传热、管壁导热、真空夹层稀薄气体传热及辐射传热、管外对流传热及辐射传热, 可望建立真空管吸热器的跨尺度传热模型的数值预测方法。建立了腔式水工质吸热器和腔式熔融盐吸热器吸热性能的数学模型, 获取了吸热器内部热流密度和吸热管道温度的分布规律以及吸热器的热损失。结合腔式吸热器热性能的数学模型, 提出了由吸热器所需净能量推算吸热器开口所需太阳光能量的计算模型, 发展了腔式吸热器启动过程性能模拟的数学模型, 获得了吸热器启动过程开口所需能量数据曲线, 吸热器启动过程的效率曲线和热损失曲线。研究了高温高压下空气吸热器内复杂耦合换热机理, 分析了安装倾角、入口工质温度与质量流量等重要参数对有压腔式吸热器换热性能的影响;运用十四面体模型模拟多孔材料的内部结构, 研究了多孔吸热结构内的对流传热特性。设计了搭建了太阳能空气吸热器实验平台, 采用氙灯阵列模拟太阳辐射, 多孔吸热材料表面可接受的辐射功率范围可达10 k W, 热流密度可达2×106 W/m2;设计搭建了槽式DSG太阳能热发电实验研究系统, 设计压力10 MPa、温度400°C, 利用该实验系统除了对槽式DSG热发电系统进行试验研究外, 还能对槽式热发电的集热器、聚光器的性能进行测试。
关键词：真空管吸热器,腔体式吸热器,耦合传热机理,极端条件
复杂性机理 篇5
广东省大宝山矿业有限公司(以下简称大宝山矿)位于广东省韶关市曲江区沙溪镇,于1997年开始初步设计,经过多年的开采和发展,原铜硫矿体已由地下开采转为露天开采。原铜业分公司井下采用空场法开采,由于民采盗采,在现开采境界18～59线沿走向3 000m范围形成了大量复杂多层采空区,造成井下地压活动频繁,特征明显,如矿柱开裂破坏、冒顶,已经出现大的冒落和地压活动,对地表、露天边坡、露天铜矿开采和生产系统构成破坏和威胁。鉴于大宝山矿面临的严重的采空区稳定性问题,需要对安全状况进行深入分析,以预防为主,加强管理,采用先进监测科技手段对可能发生的危险进行预警,才能在采空区处理前最大限度保障安全生产。经过实地勘察分析,广东省大宝山矿业有限公司与长沙矿山研究院有限责任公司合作开展广东省大宝山矿业有限公司32通道IMS无线微震监测系统安装培训及监测预警技术研究项目的研究工作,力图通过建立一套32通道IMS无线微震监测系统,实现对广东省大宝山矿业有限公司露天采场重点监测区域采空区稳定性的全天候实时、连续监测,实现对微震事件震源的高精度空间定位,实现监测数据的远传输送和可视化显示技术,实现远程在线监测和远程客户支持,以及基于微震参数的采空区稳定性预警技术,确保采区的生产安全[1]。
2 露天采场采空区稳定性问题提出[2]
随着时间的推移,大宝山矿铜矿井下形成了复杂多层采空区,这是露天开采人员及设备不安全因素的根源。现有资料统计出采空区的数量为254个,其形态大多呈不规则状态,体积在400m3到10万m3不等,高度可达100m以上,至2003年6月,采空区总体积约为180万m3,且多为民采形成的未经处理的采空区,其中19～49线存在有相互贯穿的采空区群,构成了大跨度、大高度采空区,成为重大的危险源。民采遗弃的采空区周边已经出现大的冒落和地压活动,局部地段采空区冒落大块重达数十吨,对地表、露天边坡、露天铜硫矿开采、井下和生产系统构成严重的破坏和威胁。
3 露天采场微震监测系统的建立
3.1 微震监测系统传感器布置
32通道IMS全数字型微震监测系统,分别布置在685、673、661m 3个平台和640m平硐内,露天采场设8个孔,其中6个孔口各安装一浅一深两支永久传感器,其余两个孔口各安装一支可回收传感器,并在每个孔口设立一个监测单元;640m平硐安装一东一西两只传感器并设立一个监测单元,共16支传感器,9个监测单元,其中8支单分量传感器,8支3分量传感器,合计32通道。露天采场监测单元通过无线信号发射装置与总站通讯,在853m平台设置无线中继站,640m平硐通过光纤信号与总站通讯[3,4],确保监测数据能顺利传输到监测站并对数据进行处理和分析。图1为微震监测系统示意图,露天采场采用无线信号传输,640m平硐采用有线信号传输。图2为铜采场微震监测系统传感器布置图。
3.2 精度分析
(1)大宝山矿IMS微震监测系统精度分析位置选择。浅层传感器覆盖区(标高+644～664m),网格选取+633m。深层传感器覆盖区(标高+560～597m),网格选取+561m。
(2)最小可测震级精度分析。其分析见图3。
(3)震源3D定位误差精度分析。其分析见图4。
(4)精度分析结论。对其定位效果进行理论分析,即通过传感器空间布阵相对关系及定位原理进行仿真计算,反演出在该布阵设计方案条件下监测精度(或误差)范围云图,据此来评估该设计布置传感器方案的合理性。最小可测震级在浅层与深层基本重合,精度最高区域出现在1-7-8-2台站中心和3-8-6-9台站中心,达到-2.6震级;离监测区域中心越远,可测震级范围越小。震源3D定位误差分析精度最高区域出现在各个台站周围,可达到10m以内;离监测区域中心越远,误差越大。
4 初期微震监测数据预警机理与分析[5,6,7]
系统投入使用至今,运行效果一直处于良好的状态,在长期的实时全天候在线监测过程中,通过对采场、采空区情况的结合分析,监测到的数据真实、灵敏,能客观反映采场实际情况,对安全生产有一定的指导性,能一定程度保障采场内的人身财产安全。并能监测到井下非大宝山矿的井下作业爆破,为矿方提供该类爆破发生的时间、大致的位置及其动态的相关依据。
图5a为微震事件月转移示意图,图5b为爆破事件月转移示意图,不同深浅的灰色圈圈出的区域代表定位事件覆盖的区域,圆圈的深浅颜色代表事件的密集度高低(颜色越深,事件密集度越高),圈边的数字代表事件所发生的月份。
根据图5a微震定位事件的月转移示意图分析,三号台站区域经2014年10月1日大塌方后,应力已经得到了一定程度的释放,相对较稳定。而640m平硐102号传感器区域及其北侧,从图中可看到,自7月以来,几乎每月微震事件圈都重叠在该区域,在小范围内移动,且微震事件区域越来越集中,密集度也越来越高,是目前大宝山铜矿露天采场最为重要的监测区域。9月开始,采场东南部出现了一片新的微震事件聚集区,矿方需要通过多种手段来确定该区域的稳定性问题。
据图5b爆破定位事件的月转移示意图分析,采场北部井下一直有较大面积分散的爆破事件,造成该区域事件定位得比较分散的原因可能是由于事件处于微震监测网阵列之外,定位精度不理想,而导致定位误差较大。三号台站区域大塌方后,井下仍定位到爆破事件,且逐步在向东移,虽然该区域应力得到了释放,部分空区顶板已自然冒落,但不排除有新的空区或原空区扩大的可能,仍为较危险区域。围绕着102号传感器区域,自监测以来,有大量的爆破定位事件,且密集度逐月增高,同微震定位事件月转移示意图分析相吻合,这都意味着该区域是目前采场监测区域范围内最为重要、采空区稳定性形势最为严峻的区域,在未来将有失稳的可能。
5 结语
广东省大宝山矿业有限公司与长沙矿山研究院有限责任公司共同开展建立了32通道IMS有线、无线传输微震监测系统,对采场实现实时全天候远程在线监测,并对微震监测系统进行定位精度分析,调校了系统定位精度,仿真定位精度在不同区域误差的大小;根据监测数据,统计微震事件与爆破事件范围、密集度和空间转移的变化,运用微震监测预警机理分析复杂多层采空区稳定性并圈定危险区域。该项技术的应用与研究为矿山提前采取安全预案措施,保障正常生产起到了非常重要的作用,产生了良好的社会效应和经济效应。
参考文献
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