第一篇：太阳屏热变形研究的论文

摘要：地球同步轨道辐射制冷器中大口径太阳屏常采用圆锥型和方锥型。运用有限元方法就这两种形状的大口径太阳屏对由温差而产生的热变形进行了分析。给出了圆锥型和六面体方锥型太阳屏的有限元模型和热变形图，同时描绘出与圆锥外径相同时不同边数的方锥型太阳屏的最大热变形量的关系对比曲线，得出相应的结论。就热变形而言，在工艺允许的条件下，最好采用圆锥型太阳屏；如果采用方锥型，则方锥型的边数越多热变形越小。

关键词：大口径太阳屏有限元方法热变形

1前言

辐射制冷器具有重量轻、无运动部件、寿命长、无振动、极少消耗航天器宝贵能源等突出优点，特别适合空间飞行器红外遥感探测的使用要求。目前，辐射制冷技术是空间长寿命飞行器制冷手段的首选【1】。地球同步轨道卫星运行的角速度与地球自转角速度相同，相对地球是静止的，可以实现全天的对地观测。由于赤道平面与阳光所在的黄道平面有23.50的夹角，阳光能照射到卫星的各个表面。当辐射制冷器开口指向地球的北极或南极时，阳光照射到辐射制冷器的时间一年当中只有六个月，在夏至（或冬至）时入射角最大为23.50。

为避免直射阳光对辐射制冷器性能的影响，一般采用两种方法来解决。一种方法是卫星在春秋分点调头，辐射制冷器永远见不到太阳光。采用这种方法，辐射制冷器的结构简单，制冷性能易达到，但对卫星总体技术的要求高；另一种方法是卫星在春秋分点不调头，阳光入射角随季节变化，辐射制冷器可采用太阳屏来屏蔽太阳光，但这种方法加大了辐射制冷器的研制难度。目前我国常采用第二种方法来解决直射阳光对辐射制冷器性能的影响【2】。随着空间制冷技术的不断发展，要求提供更大的制冷量和更低的制冷温度，这无疑将增大辐射制冷器的尺寸，因此使得研究大口径的太阳屏由温差而引起的热变形显得更为重要。考虑到工艺等因素，常采用的大口径太阳屏的形状有圆锥型和方锥型两种。

2大口径太阳屏的热变形分析

有限元方法是20世纪中叶在电子计算机诞生

后，在计算数学、计算力学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。有限元方法的基本思想是将连续的求解域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。由于单元能按不同联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同的形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。经过40年的发展不仅使各种不同的有限元方法形态相当丰富，理论基础相当完善，而且依据开发了一批实用有效的通用和专用有限元软件，使用这些软件已经成功地解决了机械、力学、物理和热学等领域众多的大型科学和工程计算难题【3】。其中ANSYS是众多通用有限元软件中应用较广的软件之一。

计算过程中，大口径太阳屏选用航空航天中常用的硬铝材料,太阳屏的厚度取为3mm，高度取为600mm。太阳屏的温度假定从无阳光照射时的-80℃变化到有阳光照射时的20℃，为简化计算忽略了材料的属性随温度的变化影响，取材料属性在这一温度范围内的平均值来代替，其中材料的热膨胀系数取为21.4×10-6，弹性模量取为72GPa【4】。表一给出计算时的圆锥型太阳屏的半径和与圆锥外径相同时不同边数的方锥型太阳屏的边长。

表一圆锥型太阳屏的半径和方锥型太阳屏的边长形状大口径端半径或边长（mm）小口径端半径或边长（mm）

圆锥型750450

四面体1060.7636.4

六面体750450

八面体574344.4

十面体463.5278.1

十二面体388.2232.9

依据以上模型信息，在有限元ANSYS软件中进行大口径太阳屏的热变形分析。首先通过对太阳屏的形状和所受到的载荷及边界条件的初步判定，决定采用shell四面体单元来模拟太阳屏的受力情况。选好单元后，设定单元的实常数即厚度为3mm，并依据查到的资料对材料的属性赋予了相应的值。在此基础上采用实体建模方法建立了大口径太阳屏的实体模型，划分网格并对网格进行检查得到了与实体模型相对应的有限元模型。设定温度载荷从-80℃变为20℃，约束锥型的小口径端为固定端，设置求解类型为静态分析，再对建好的有限元模型进行检查后进行求解分析，得到最终的分析结果。

3结果和讨论

图一和图二分别给出了圆锥型太阳屏和六面体方锥型太阳屏的有限元模型。其中圆锥型太阳屏共划分622个节点，578个单元；六面体太阳屏共划分575个节点，524个单元。为验证有限元网格密度是否足够，又分别细化太阳屏的有限元模型，计算后的结果与上述网格密度时的结果基本一致，表明以上网格的精度可以满足计算的精度要求。

图1圆锥型太阳屏有限元模型

图2六面体方锥型太阳屏有限元模型

依据以上的有限元模型，经分析得到了圆锥型

太阳屏在温度载荷从-80℃变为20℃，圆锥型的小口径端为固定端时的变形分布情况如图三所示。由图三可知太阳屏的变形沿圆锥的母线方向从小口径端到大口径端呈均匀性变化，变形量逐渐增大，小口径端为约束端无变形，大口径端的变形量最大为1.963mm。

图3圆锥型太阳屏的热变形分布图

为了对比圆锥型太阳屏和方锥型太阳屏的热变形情况，对六面体方锥型太阳屏在同样载荷和边界条件下的热变形进行了分析。六面体方锥型太阳屏的变形分布情况如图四所示，由图四可知太阳屏的变形规律与圆锥型太阳屏的相一致，即太阳屏的变形沿多面体小口径端到大口径端呈均匀性变化，变形量逐渐增大，小口径端为约束端无变形，大口径端的变形量最大为2.019mm。由这两个变形分布图对比可知，在距小口径端相同的距离处，多面体太阳屏的变形量均大于圆锥型太阳屏的变形量。

图四六面体方锥型太阳屏的热变形分布图

同时，为了比较不同边数的方锥型在相同的载荷和边界条件下的热变形情况，又分别对四面体、八面体、十面体和十二面体方锥型太阳屏进行了分析，得到了多面体的边数和最大变形量之间的关系曲线如图五所示。由图五可知随着多面体边数的增多大口径太阳屏的最大变形量逐渐减小，如果多面体的边数增加为无穷多，太阳屏的最大变形量将趋近圆锥型的变形值达到最小。

图五多面体的边数与最大变形量的关系曲线

4结论

采用有限元方法对地球同步轨道辐射制冷器中常采用的圆锥型和方锥型的大口径太阳屏，对由季节变化而引起的温差而产生的热变形进行了分析。就热变形而言，太阳屏的小口径端为约束端无变形，沿着母线方向随着口径增大变形量逐渐增加，大口径端变形量达到最大值。同时，多面体的边数越多大口径端的变形量越小。因此在工艺允许的条件下，最好采用圆锥型太阳屏，如果采用方锥型，则应选用尽可能多的边数。

参考文献

[1]王维扬，董德平.中科院上海技术物理研究所空间制冷技术的发展与展望.空间制冷技术专题研讨会论文集.202_，13-17

[2]陆燕，张玉林.地球同步静止轨道大冷量辐射制冷技术.空间制冷技术专题研讨会论文集.202_，145-151

[3]王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践.西安：西北工业大学出版社，202_

[4]陈国邦.低温工程材料.杭州：浙江大学出

第二篇：隧道工程施工地表变形研究论文

隧道在施工过程中，将不可避免地会产生地表变形，当地表变形达到一定程度时，则会对地表既有建筑物产生一定程度的损害。因此，为了研究和掌握东海隧道施工引起的地表变形是否会对地表既有建筑物发生损害或发生损害程度，应对施工地表变形对既有建筑物安全性的影响进行科学分析和评价。本文以东海隧道为例，从建筑物沉降、倾斜、结构应力三个方面探讨隧道工程施工地表变形对既有建筑物影响。

1工程概况

东海隧道工程属典型的城市隧道工程，线路起点位于云山村北侧，下穿国公爷山，从黎明大学北侧操场、宝珊花园下穿过，通过宝秀小区，终点止于既有东海大街。项目全长约4.2km，其中隧道全长约2.2km，设计采用双洞方案，按双向四车道城市I级主干道标准进行建设，设计行车速度为60km/h。东海隧道作为一个典型的城市隧道工程，应具有城市隧道工程修建的共性要求，即与山岭隧道相比，城市隧道修建更要注重对周围环境的影响问题，也就是说周围环境将会对城市隧道修建起到一定程度的制约作用。

2既有建筑物影响对工程施工影响分析

在东海隧道工程修建过程中，主要存在着如下工程难点问题:隧道沿线地表既有建筑物分布密集，对施工引起的爆破振动、地表沉降等控制要求高，施工难度大。东海隧道沿线地表既有建筑物主要包括宝珊花园别墅区、宝秀小区、厂房及办公楼等，据现场实地调查统计结果可知，处于隧道施工影响范围内的主要既有建筑物数量多达29座，既有建筑物距隧道距离最小在10m以内，因此，隧道施工所引起的爆破振动、地表沉降等必将会对建筑物结构安全及其建筑物内人员的正常生活造成一定程度的影响，为确保建筑物结构安全，尽量减少对建筑物内人员正常生活的干扰，施工中必须对爆破振动、地表沉降等进行严格控制，从而增加了施工难度。

3建筑物结构安全地表变形控制指标

建立建筑物结构安全地表变形控制基准，其前提必须建立合适的地表变形控制指标。实际上，隧道施工引起的地表沉降和变形对建筑物的影响因素有很多。除地层特征以外，建筑物遭受损害的程度与建筑物的基础与结构型式、建筑物所处的位置，以及地表的变形性质和大小有关，若全部将其作为地表变形控制指标，现场操作十分不便，研究也不易实现。因此，研究中重点以地表变形中对建筑物损害程度最大的因素作为其变形控制指标。隧道开挖施工引起的对于地表以及建筑设施的损害可以分为直接开挖损害和间接开挖损害两种情况。位于主要影响范围内的对象(建筑物、管线、道路等)所受的损害称为直接开挖损害;但是在个别情况下，在主要影响范围以外比较远的地方，也可发现开挖影响的存在，这种影响也与隧道开挖施工有关，称为间接开挖损害，如开挖引起的大范围的地下水的变化对环境的影响等。因此，本文主要选用地表沉降损害、地表倾斜损害、结构应力三个控制指标。

4施工地表变形对既有建筑物结构安全影响数值模拟分析

为了进一步了解和掌握东海隧道整个施工过程引起的地表变形对既有建筑物结构安全性影响，采用数值模拟方法进行了细致研究和分析。计算过程中，以静力分析为主，未考虑爆破开挖的动力效应影响。

4.1建筑物沉降及倾斜计算结果及分析

为了掌握整个施工过程地表建筑物沉降及倾斜情况，计算中共选取了10个阶段工况进行详细说明。东海隧道施工引起的最大建筑物沉降值约为0.377mm，最大建筑物倾斜率约为0.0054×10－3，由东海隧道建筑物结构安全变形控制标准可知，上述数值均远小于相应控制标准值，说明施工地表变形不会对建筑物结构产生破坏，建筑物结构是安全的。

4.2建筑物结构应力计算结果及分析

为了掌握整个施工过程地表建筑物结构应力变化情况，计算中还对各施工阶段建筑物结构内力结果进行了分析和评价，将各计算工况结果进行汇总。

5小结

综上，本文以东海隧道为例，通过理论分析、数值模拟、现场实测等综合研究手段，确定了隧道地表建筑物结构安全控制标准，并给出了相应的建筑物结构安全控制措施，其成果可直接用于指导施工作业，有效地确保隧道地表建筑物结构安全，避免了工程经济赔偿纠纷现象发生。当然，由于能力有限，一些问题需要在以后的工作中深入完善。

第三篇：桥梁工程结构施工变形控制质量的研究论文

摘要：在阐述大跨度桥梁变形控制重要性的基础上，详细分析了大跨度桥梁变形控制方法，其中包含前进分析法、倒退分析法、结构分析法，总结了大跨度桥梁变形的主要计算模式，并探讨了预防桥梁结构变形的相关措施，可为相关施工提供参考。

关键词：桥梁结构；工程施工；变形；质量控制

桥梁是我国非常重要的基础设施之一，桥梁施工质量水平直接影响着交通运行安全性，如果桥梁在施工过程中存在缺陷，将直接诱发严重的交通事故，甚至还会导致人员的伤亡。由于桥梁施工工序复杂，并且受到诸多外界因素的影响，故而其工程质量很难控制。而桥梁工程最大的质量问题则是上部结构发生严重的变形现象。施工中，必须要选取科学的设计方案，最大程度上保证大跨度桥梁工程的质量，预防病害以及变形的发生，一旦出现严重的质量问题，需要及时采取措施进行处理，进而更好地提升桥梁工程的质量。

1控制桥梁变形的重要性

通过大量的调查之后可以了解到，目前我国的桥梁结构设计主要运用的是自架设体系法，这种方法能够更好地处理桥梁结构部分的搭接问题，但是却很容易出现变形。因此，要想全面提升桥梁工程的质量，则需加强管理与控制，从而切实提升工程的安全性与稳定性。因此，在桥梁施工中要选择合理的施工技术，从而使得桥梁工程更具稳定性[1]。

2控制桥梁变形的主要方法

（1）前进分析法

该种方法就目前来说是一种使用范围比较广泛的方法，可以综合分析、判断并且进行强度计算，从而保证桥梁的各项性能，也为设计提供更好的数据支持，全面提升桥梁工程的质量。上述的数据非常准确，能够保证设计方案更加科学和合理，确保工程的质量符合工程的具体要求。

（2）倒退分析法

这种方法较之前进分析法存在很大的不同，是正好相反的两种分析法。应用前进分析法进行计算主要是与施工的进度联系起来综合进行分析，为工程的正常实施提供各种准确的数据，这样才能更好地促进工程顺利进行。倒退分析法在使用中却容易受到很多因素的限制，比如没有充分考虑到时间效应等方面的因素，导致分析结果非常不准确。所以在实际施工中，可以将这两种方法联合起来使用，从而保证桥梁结构的设计更加合理，提升工程质量[2]。

（3）结构分析法

在施工过程中，桥梁的施工应该以模型作为主要的参考，并且保证桥梁的质量完全满足要求。结构分析法在使用的过程中主要是以桥梁模型为出发点，通过不同的计算模型可以更好地了解到桥梁在各个阶段中的性能，根据结构体系的变化然后使用有限元分析方法来进行复杂运算，从而可以得出准确的桥梁设计方案数据，保证所有的计算数据都非常准确，为工程的设计提供可靠的依据，从而确保桥梁工程施工过程更加顺利[3]。

3桥梁变形相关数据主要计算模式

（1）理论计算

桥梁结构设计中，工程的正确实施是分成若干时间段来进行的。此时为了全面提升工程的质量，要对每一个施工阶段中所存在的质量问题及时进行计算和分析，从而了解各部分的受力状况等等。为了全面提升桥梁工程的质量，就要严格检查各个部分的变形情况，针对性地进行分析和计算，从而将可能存在的问题及时消除。

（2）结构计算

由于桥梁结构在正常使用的过程中，非常容易受到外在自然因素的影响，从而造成了整个结构形式发生改变，最终造成了实际工程与模型存在很大的差异。为了防止这种情况的出现，在进行桥梁结构分析和计算的过程中，应尽量使用有限元分析法来进行，并且保证所有的计算数据都非常准确。但是为了有效防止由于外在因素的影响，要合理控制以免工程受到影响。结构分析法主要是使用统计分析方法来进行综合比较，从而获取更加准确的计算数据，进而总结出桥梁结构的主要特性以及结构伴随着时间而变化的具体情况，从而可以根据实际情况采取更加切实可行的措施[4]。

4预防桥梁结构变形的相关措施

（1）合理控制桥梁关键结构点

桥梁施工工序较多，结构点的数量也比较多，所以其整个工程都是非常系统化的。如果要保证桥梁施工规范及合理，则需对桥梁工程中的关键点进行有效控制及管理，从而有效控制桥梁变形程度。

（2）科学进行自适应控制

该方法是有效避免桥梁出现变形的主要方式。根据桥梁的标高以及所有的结构尺寸，并且以实际测量的数据作为基础来进行整个工程的参数分析、计算，及时发现数据存在的问题，然后对出现问题的数据进行完善，从而保证所有的数据更加准确，充分保证实际数据与设计方案保持一致。

（3）严格观测桥梁沉降量

首先需根据工程的实际情况设置观测点与观测网，本次工程中根据工程的实际情况确定了沉降观测点，同时还要对部分损坏的观测点进行修复或者重新更换，进而保证数据的准确性。观测点在设计时应该按照四等精度要求进行确定，观测网主要是按照三等水准来设置。而具体沉降量应该使用高精度的水准仪进行测量，根据本次工程的实际需要选择使用DINI12高精度数字水准仪，测量之前应该进行检定和校准。沉降量的检测应该保证其数据准确性符合要求，并且规定人员、设备以及路线。在检测之前要进行基点部分的检测，保证可靠及稳定，进而可以准确测量沉降数据[5]。

（4）承台水平位移观测

工程中进行承台观测则主要采用的是TCA2003全站仪。由于控制网并没有选择使用强制对中装置，所以在检测的过程中，很难保证数据的精度。因此，必须要埋设观测墩。对于其他方位的观测数据则一般使用的是方向观测方法。观测之后可以确定各个点坐标的数据，并且与第一期的数据进行比较确定。

（5）对观测数据分析处理

在施工中往往受到观测条件的影响而造成数据出现一定的偏差，因此，在观测之后要进行数据校准，从而将数据偏差控制在合理的范围内，如有必要可以选择野外粗检与室内细检相结合的方式来进行。

（6）建立施工控制网

在对结构变形进行控制时，应该要根据要求设计控制网，进而确保整个施工过程满足要求。控制网通常包含了如下两种形式：高程与平面控制网。平面结构形式比较特殊，在工程中可以达到三等工程的要求，要结合相应的施工方法，并且综合地分析和比较，进而对各个施工阶段都要进行观测和计算，并且全面提升数据的精度和准确性。

（7）建立工作基点

工作基点在工程中属于基础性工程，重点是为了全面提升工程的质量，并且根据要求改善浇筑方式，一般都是采用挂篮浇筑的方法进行固定，对于不同的浇筑部分进行编号记录。各个桥墩顶部箱梁、箱梁顶板平面以及高程都作为工作基点，确定了具体位置之后，应该对控制网内部所有的基点进行检查，保证其位置非常准确，可以满足工程的施工要求，并且每个高程基点要经过多次测量才能充分保证最终的数据非常准确。

5结语

综上所述，桥梁结构对工程质量的影响非常直接。要想全面提升工程的质量，则需在设计与施工中防止出现缺陷的情况，并且采取措施控制桥梁发生变形，保证整个工程更具安全与稳定性。

参考文献：

[1]范均良，曾娉.道路与桥梁连接段的施工技术要点[J].交通世界，202_（32）：61-62.[2]罗振华.隧道下穿既有桥梁施工量测与变形控制[J].广东公路交通，202_（4）：63-65.[3]徐文，徐丛.预应力混凝土连续刚构桥施工质量控制[J].交通世界，202_（32）：109-110.[4]苏洁，张顶立，牛晓凯.地铁浅埋暗挖法穿越既有桥梁施工变形控制[J].北京工业大学学报，202_，35（5）：611-620.[5]乔居龙.隧道下穿既有桥梁施工量测与变形控制问题研究[J].山西建筑，202_，42（36）：193-194.

第四篇：反应堆热工课程设计研究论文

摘要：任务驱动法是一种以任务为主线，以学生为主体的教学方法。本文结合反应堆热工课程设计的教学实践，探讨任务驱动法在课程设计中的应用。并以“压水堆堆芯单通道稳态热工分析”为例，通过科学设计课程任务、合理设置实施方案和有效优化评价体系三个过程，阐述任务驱动法在反应堆热工课程设计中的应用。结果表明不仅有利于提高学生的实践能力，还能培养学生分析问题和解决问题的能力，充分发掘学生的创造潜能。

关键词：任务驱动法；反应堆热工；课程设计

引言

近年来，核电技术的迅速拓展及深入对高校核电技术人才培养提出了更高的要求。培养学生实践创新能力已成高校人才培养的主要目标。课程设计是提高学生实践创新能力的重要途径。我校针对核工程与核技术专业反应堆工程方向开设反应堆热工课程设计，该课程以我校核能与核技术工程国家级虚拟仿真实验教学中心为依托，是我校培养核专业学生实践能力和创新精神的重要手段。传统反应堆课程设计教学是以教师为主的手把手式的教学模式，不能充分激发学生的创造潜能。采用任务驱动教学法，明确“任务”的目标性和教学情境的创建，使学生带着真实任务在探索中学习，从而培养出独立探索、勇于开拓进取的自学能力。

一、反应堆热工课程设计的任务

“反应堆热工课程设计”是我校在《反应堆热工》理论课程学习后开展的一门独立课程。该课程的任务主要包含以下几点：其一，以反应堆相关理论知识为基础，建立符合课程设计任务要求的热工模型；其二，强调利用数学思维解决问题，引导学生学习先进数值模拟方法，其三，以我校国家级核能与核技术虚拟仿真实验教学中心为依托，利用各种编程语言开发求解程序，完成题目内容、分析对比、撰写报告。以“压水堆堆芯单通道稳态热工分析”为例，其主要任务包含：利用压水堆堆芯单通道相关理论知识，建立堆芯单通道稳态模型，采用数值计算方法如四阶龙格库塔方法求解模型方程组，最后开展计算分析并撰写报告。目的是培养学生综合运用反应堆热工相关知识，提高学生解决实际问题的能力，培养研究性思维和创新能力，获取新的知识和经验。

二、任务驱动法的实践

“任务驱动法”教学是“以任务为主线，以学生为主体，教师为辅，全程参与”的教学模式，改变了以往以教师为主的手把手式的教学模式，创造以任务定目标，学生主动参与，自主学习的新型教学模式。

（一）科学设计任务

要科学建立课程设计任务，就必须彻底打破学科“各自为政”的课程设计思路，增强课程设计内容与能力要求的相关性。要求在设计任务时必须考虑如下几点：

1.任务目的的科学性。反应堆热工课程设计的教学目标包含认知目标和操作目标两个层面。认知目标主要是要求学生理解掌握反应堆热工的基础知识；操作目标主要是要求学生学会利用计算机技术和先进数值计算方法，熟练开展反应堆热工设计，能够发现自己的错误并予以改正。

2.任务的实践性和可操作性。课程设计的实践性和可操作性是完成设计任务的必要前提。教师在进行任务设计时，一定要注重任务的实践性和任务的可操作性，尽可能设计一些通过设计操作完成的教学任务的案例。比如“压水堆堆芯单通道稳态热工分析”这一任务，先通过分组，开展单通道建模及模型求解，然后开展小组内讨论，及时纠正问题，然后进行小组比赛，最后通过小组互评和教师评价得出最后的名次，这样的任务具有可操作性、趣味性、激励作用。

3.任务层次感分明。由于学生学习能力存在差异，因此设计任务时应注重层次，即把一个大“任务”转换成一个个小“任务”，同时考虑这些“任务”之间是循序渐进、层层深入的，只有这样，学生才能更好、更快地掌握这项技能，才能用已经掌握的“任务”作铺垫，学习其他更深层次的“任务”。例如“压水堆堆芯单通道稳态热工分析”这一任务，需要计算堆芯单通道内的温度场，包括燃料芯块温度、包壳温度及冷却剂温度。在已知稳态轴向功率分布的情况下，通过建立堆芯稳态单通道模型，依次求解得到冷却剂温度、包壳温度、燃料芯块温度。

（二）合理设置实施方案

确定好设计任务后，需要明确实施方案。在反应堆热工课程设计教学中，通过以下几个步骤开展实施方案：第一步，查阅资料。学生可以利用学校图书馆及互联网数据库查阅收集与课程设计相关的资料，抓住课程设计任务的本质，从而可以为下一步作准备，便于能够独立地进行每一个工作步骤。同时，也可以将收集到的信息以个人或小组的形式准备对课程设计任务的分析。在这一教学环节结束时，教师将每人准备的答案贴在黑板上，引导学生展开讨论和交流各自的依据，明确设计任务的本质。第二步，制定计划。围绕课程设计任务制定完成设计任务的计划，包括具体工作的日程安排。通常以书面的形式拟定工作计划。第三步，决策实施。采用师生相互交流的方式开展讨论，就所拟定的计划是否适合学生的实际水平、提出的解决方案是否可行以及所选择的工具是否合适等问题交换意见，作出较为合理的决策。在执行决策中，工作与检验互相交替，不断反馈，调整进度和修订方案。以小组的形式工作，要求学生既要学会独立思考，又要有较好的团队合作精神。第四步，检查分析。从两个大的方面开展检查分析，一是在整个实施过程中需要建立正确的数学模型，并制定可行的计算流程，在编制程序中要确保程序中结构逻辑的正确性；二是在实施终结时，将最后的计算结果进行组内互查，及时发现自己的错误，再在小组之间进行互查和老师检查。

（三）有效优化评价体系

以最终的分析报告作为学生评分的最终依据的传统评分方式，评价过程简单、评价方法单一，这种评价方式无法全面考察被评价者在动态的、真实的背景中的综合能力。因此，优化课程设计评价体系意义重大。可以通过采用发展性课程评价方式，提倡评价方法多样化和融合性的方式完善评价体系。评价内容主要包括对前几个步骤的评价、任务完成的成果的评价和学生行为的评价，如工作态度、责任心等评价。通过评价学生学到必要的技术规范，学会对自己行为做出公正的评价，同时激发他们的学习热情。最后教师要通过学生完成任务的情况、本节应用到的知识、技能进行总结和点评，让学生理清思路，让层次较低的学生得到提高。比如：根据规定的评价指标，采用小组互评和教师评价两种方式评定小组成绩和学生个人成绩，并由教师综合小组互评和教师评价的结果给出“小组最终成绩”和“学生最终成绩”肯定优点，作为宝贵的经验。发现问题，查找原因，提出预防措施和改正方案。不同的评价方法相互结合、取长补短，优势互补，使评价结果更加客观、公正、准确。

三、结束语

以我校核能与核技术工程国家级虚拟仿真实验教学中心为依托，采用任务驱动法开展对“反应堆热工课程设计”课程教学方法的实践探索，取得了良好的教学效果，但在采用任务驱动法开展其他专业内容的教学时，还需必须结合实际情况灵活选择，以达到教学质量和教学效果的最优化。

参考文献

[1]付山明.任务驱动法在《建筑工程测量》课程中的应用探讨[J].科技信息，202_.[2]熊淑慧.任务驱动主体参与教学法探讨[J].中国职业技术教育，202_.[3]唐占红.竞赛任务驱动法在高职高专计算机专业课程教学中的应用研究[J].高教学刊，202_.

第五篇：食品工业热成像的研究现状论文

微型辐射热测量器是敏感的红外探测器，当受到被测物的红外辐射时，摄像系统能够将被测物体发射的8～12μm波段的红外射线转化为电子信号、进而转化为图像。热电电压、电阻、热释电电压等机械装置可以探测短波到长波范围的红外射线［4］，在室温下可灵敏检测出长波红外射线、高温时(如400℃)对中波红外线的检测灵敏度较高，这些性质都可以应用于食品工业。图像模型中用不同色彩代表不同的温度，能够准确体现被测物体的空间温度分布。与热电偶、温度计等单一点接触式的测温方法相比，热成像技术具有较高的瞬时性和空间分辨率，并且可以量化表达表面温度的变化，能够提供被测物的相关性质，如结构组成、尺寸、理化性质、动力学特性等［5］，与计算机软件的连用可以加强其分析强度。高空间分辨率的热成像技术可以根据温差直观分析被测物体，分析过程中图像采集速度高达50～60图/s，非常适于测定热性质变化迅速的物体［6］。

1热成像技术在热处理中的应用

温度的控制、监测不仅是预煮、热烫、消毒等食品加工前处理过程中的重要控制因素，也影响着食品贮藏运销过程中的其他方面。食品工业中传统的温度控制采用热电偶、温度计、热电阻等接触式的方法，近年来，包括热成像技术在内的一些无触点式测量方法和成像技术也以其高频率和高分辨率的优点得到广泛应用［7］。热处理有助于多种食品风味物质的形成，增加食品的安全性，延长货架期［8］。过度地加热会引起食品组织损伤，而热量不足会导致受热不均或杀菌不彻底。与传统热处理方式相比，热成像技术对于杀菌处理中的热量迁移和受热均衡意义重大，并且有高速、无损和防止交叉感染的优点。Samuel等［9］研发了一种高温恒热蒸汽杀菌系统，采用表面热杀菌的方式有效减少了物料内部受热、损伤程度。该系统基于热成像技术，结合蒸汽喷射、电力蒸汽干燥等原理，使用温度监控器实时、独立、分段、精确地控制加工过程中各个阶段的温度。结果表明该系统能够有效降低胡萝卜贮藏期间核盘菌引发的软腐病发病率，减少其60%～80%具有植物毒性的颜色变化。热成像技术有助于加强控制食品表面的冷热循环［10－11］，可以用于即食食品质量安全控制以及食品表面温度的在线检测［12－13］。Ibarra等［14］依据鸡胸肉的表面温度和加热时间构建统计学模型，借助热成像技术测温后进一步估算出鸡肉蒸煮后的内部温度。此外，该技术可以用于微波加热过程的设计［15］以及不同种类食品微波加热模式的区分［16］。在另一项相似的研究里，该技术被用于确定黑麦、燕麦微波加热时的过冷点和过热点［17］。热成像技术还可以改善水果热消耗、提升其质量品质。Fito等［18］通过测定柑橘在失水过程中的温度分布研究其脱水动力学，继而确定水果的最终干燥点，建立其在线质量控制系统。此外，热成像技术可以检测食品的加热效率、通风情况、空气条件和制冷效果，追踪食品生产中的潜在空气污染源等［19］。

2热成像技术在果蔬采后质量控制方面的应用

机械损伤引起的表观受损、微生物侵染和加速成熟往往会影响采后果蔬的品质，造成较大的经济损失。传统方法中的目测法等人工评价方法耗时长、易受到人体疲劳的影响，而光谱成像、热成像等无损检测技术在采后果蔬质量控制方面发展快速［20－22］。目前，热成像技术在机械伤的客观量化方面崭露头角，该方法借助样品之间热扩散系数的差异，利用不同损伤程度的样品对于温度的差异性响应进行检测。自然对流的方式在1980年已经被用于苹果机械伤随温度变化的研究［23］。在一项最近的研究中，Varith等［24］将有机械伤的苹果藏于26℃、空气湿度50%的环境下48h，然后用热成像技术分别观察热处理和冷却过程中苹果的温度变化，判定具有机械伤的个体，该技术与高光谱技术联用可有效检测果实的早期机械伤［25］。结果表明受损组织与正常组织在30～180s内至少存在1～2℃的温差，机械伤检出率为100%，该方法可广泛应用于果蔬的机械分选。贮藏前后的冷却速率、表面温度可以用于评价苹果的表面质量和蜡质层结构，研究发现不同品种的冷却速率有显著区别，这与其蜡质层结构相关，但是该指标在贮藏期间却并无显著差异［26］。热成像技术不仅可以用于检测采后果蔬的机械伤，还可以用于其生理病害的检测。“水心病”是苹果生理病害中的一种，病果内部组织呈水渍状，果肉为半透明，轻病果的外表不易识别，必须剖开后才见到病变。Baranowski等［27］将1.5℃下贮藏的水果样品移至20℃环境中(温差18.5℃)，升温20min，通过升温速率的差异判定果实是否感染水心病。研究发现，预处理时增加温差可以缩短水心病害的观察时间。一项西红柿轻微组织软化的研究分别比较了1℃冷却90min、70℃烘箱加热1～2min、微波加热7～15s三种不同方式在检测机械伤时的处理效果;结果表明微波加热15s后可以有效区分出被检测物体细微的机械伤［28］。果蔬成熟度的评估在采摘前后都是很关键的步骤，Bulanon等［29］研究了柑橘树冠、果实的热量瞬时变化，将热成像技术用于柑橘成熟度的检测。该研究使用红外照相机24h循环监测树冠，测定其表面温度、环境温度和相对湿度，再以上述测定数据结合果实的热辐射系数(估值0.9)来补偿热力图像。分析结果表明树冠和果实的温差在下午四点至午夜时间段内较大，可通过测量果实在该时段的温差而区分其成熟度。此外，利用热成像技术可以非倾入、无损伤地观测植株各个器官的生长状况及水分含量［30－31］，为研究大型苗木种群提供一个全新的视角。

3热成像技术在谷物质量安全评估上的应用

病虫害、微生物侵染是影响谷物质量安全的重要因素，食品在货架期和贮藏期内的病虫害检测至关重要，这不仅与食品安全规范相关，也关系着人们谷物消费的健康、满意度。传统用于检查粮食病虫害的方法有手工挑选、筛分等，由于谷物籽粒数量大、体积小、许多特征肉眼难以发觉，人工检测方法操作繁琐、效率低、主观性强、误差较大，难以准确判断侵染昆虫的具体生长时期［32］，热成像技术的出现和发展可以有效解决此类问题。利用热成像技术可以检测出谷物中胚后发育阶段的昆虫，原理是该时期的昆虫呼吸作用生热，与谷物形成温度差异［33－34］。该技术在谷物病虫害侵染鉴别方面效果良好，但在识别昆虫的生长阶段方面效果相对较差［35］。Manickavasagan等［36］研究了受锈赤扁谷盗侵染小麦的温度分布图，观察到小麦的温度曲线与侵染昆虫的呼吸作用相关，该研究结果可进一步应用于谷物的在线连续检测。此外，热成像技术在小麦的分级和品种鉴别中体现出较高的辨别力，这是传统方法中仅凭外观检测手段很难达到的［37－38］。

4热成像技术在异物检测方面的应用

异物检测是食品质量安全检测中的一个重要方面，最常见的手段为目测法，但限制因素较多。常见的物理筛选手段有筛分、沉降、筛选、过滤和重力法等，金属探测器、X－射线、光学传感、超声波法等精密仪器系统也常被用于异物检测［39］，上述方法都无法依据大小、形状检测出所有的异物。热成像技术通过热力性质的差异区分食品和异物，该技术在异物检测方面是一种辅助方法，是光学和机械法的补充检测手段，检测效果与被测食品的物理性质、组成和图像的噪音有关［40］。Ginesu等［41］使用热感摄像机成功检测出食品中的异物，如腐烂的坚果、贝壳、小石子等，证实了热成像技术在该检测领域的有效性。

热成像技术的前景展望

随着高分辨率红外检测器的发展，热成像技术在食品工业领域得到越来越广泛的应用，然而该技术在食品质量在线检测方面的应用还需克服一些局限性。首先，热成像技术在检测前一般通过冷或热处理来形成样品间的温差，该过程有可能引入污染物并且改变某些食品的感官性质［42］。因此，热成像检测系统的设计需要考虑被检测食品对温度的耐受性。此外，热处理或冷处理系统在红外摄像机的拍照范围内要均一分布，否则热分布的变化可能会影响成像效果。其次，环境热干扰会影响热成像传感器的运行，因此在线监测中，各加工过程都须注重环境温度的控制。另外，传输带系统等不均匀的图像背景会影响由检测器引发的背景噪声的去除效果。就检测器本身而言，如像素出现不均一的响应或“死点”、“坏点”，就要加强对所获图像精确性的要求。一般来说，“坏点”约占检测器像素中的1%，该比例随着摄像机的衰老而增加［43］，因此，建议经常检测热成像摄像机的性能。“坏点”的检测表面可能温度分布均匀，通过代替临近像素的平均值或中值来校准此类像素。

作为食品工业中一项新兴的质量安全评估技术，现代热成像技术高效、高速、无损、无辐射源、精密度好、安全性高并且容易使用，在食品工业中将会有广泛的应用前景。就今后的发展方向而言，与高光谱成像系统的联用将加强热成像技术在食品过程控制中的能力，也有助于对所测物体进行更加全面、完整的描述。该项复合技术有可能加强整个食品流程链的监测力度，但仍然在热源、光源、被测物形状描述等方面存在挑战。目前该领域的相关研究尚处在实验阶段，未来的研究应该注重其在工业中的具体应用。（本文作者：王雪莹、罗佳丽、黄明亮、蒋和体 单位：西南大学食品科学学院）