济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2022年第06期

• 基于烟花算法优化k均值聚类的教学质量评估模型

  巨金香,张福泉,黄锐

  针对当前质量评估模型精度低、可靠性差和效率不高的问题，提出一种基于烟花算法优化k均值聚类的教学质量评估模型；利用具有平衡全局和局部搜索能力的烟花算法对k均值聚类算法进行优化，将获得的数据结果作为k均值聚类算法的初始聚类中心点，解决k均值聚类算法容易陷入局部最优问题，分别从精度和建模时间2个方面验证所提出模型的评估性能。结果表明，所提出的模型对不同课程的评估精度均大于92%,评估结果可靠性较高，建模平均时间小于32.1 ms,效率较高。

• 航空发动机运输车设计与模态分析

  李臣,聂慧阳,段铖,王希

  为了保障航空发动机的安全运输，对航空发动机运输车整车及局部结构进行设计，采用有限元仿真，对车辆结构在空载、载货约束条件下的刚度、强度和振动特性进行分析。结果表明，该运输车结构的变形程度及应力水平均在允许范围内，车辆共振频率均能避开货物和地面的激振频率，运输过程中不会发生谐振，车辆设计具有较高的安全性和可靠性。

• 喷嘴组的雾化特性及液滴直径分布影响因素研究

  吴正人,吴启东,肖华,杨小娜,李艳彤

  以喷嘴组的雾化过程为研究对象，通过构建基于离散相模型离散态方法的数值模型，开展不同工况下的喷嘴组雾化过程的数值模拟，研究不同喷嘴压力、倾角与喷嘴间距对喷嘴雾化的空气动力特性的影响规律。结果表明：喷嘴压力越大，不同喷嘴组的计算域内液滴直径越小，液滴停留时间和液滴数量呈减少趋势；随着倾角的增大，喷嘴干涉区域的液滴数量比未干涉区域的多，内侧液滴在计算域中停留时间比外侧的更长，当倾角为15°时液滴直径分布最均匀；随着喷嘴间距的增加，液滴直径分布向中间峰值方向聚集，数量分数增大，喷嘴间干涉作用减弱，喷嘴锥面交接处液滴数量较多。

• X射线荧光光谱法检测用聚合物基标准物质的制备

  鲁毅,陈建,郭国建,柳洪超,董俊伟,由欣然,宗传永

  以热塑性树脂为熔剂，金属氧化物为金属元素载体，采用双螺杆熔融共混结合注塑挤出成型工艺，制备X射线荧光光谱法检测用聚合物基标准物质；采用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、同步热重分析等手段对标准物质进行表征。结果表明，聚乙烯基标准物质金属元素分布最均匀，高温烧蚀测试样品中金属氧化物含量与理论添加量误差小于0.6%,最大拉伸强度达12 MPa,初始热分解温度高于290℃,样品表面最大水接触角为91°,具有优异的力学性能、耐热性和疏水性。

• 六旋风分离器循环流化床内气固流动特性数值模拟

  马继伟,张亚新

  以六旋风分离器循环流化床为研究对象，基于计算颗粒流体力学方法，建立全循环数值模型；在通过模拟与实验对比确定最优曳力模型的基础上，探究物料量、入口气速对炉膛内气固流动特性及出口物料分配均匀性的影响，得到不同物料量、入口气速时炉膛颗粒速度、体积分数、质量流率与循环流率分布。结果表明：当炉膛内物料稳定运行时，颗粒体积分数沿轴向呈下大上小的S型分布，沿径向呈中间小两边壁面处大的U型分布；炉膛6个出口存在明显气固流动不均匀现象，炉膛左、右两侧对应出口截面颗粒水平速度、体积分数及旋风分离器入口段颗粒水平质量流率、循环流率相差不大，呈现对称分布，在同侧3个回路间呈现中间回路的小两角回路的大的分布规律，并且中间回路出口的明显小于两角回路出口的，气固流动不均匀性主要发生在同侧3个回路出口端。

• 氯离子通道膜蛋白内部离子输运的动力学模拟

  于涛,胡雄飞,王哲,向泽雨,王鑫

  为了方便、直观地研究氯离子通道膜蛋白内部氯离子输运过程的动力学性质，利用全原子分子动力学模拟方法对大肠杆菌氯离子通道膜蛋白的蛋白质-膜-水溶液系统进行能量最小化和平衡模拟，并对氯离子在通道中输运过程的受力进行拉伸分子动力学模拟计算。结果表明：平衡模拟约40 ns后，膜蛋白结构逐步达到热力学平衡态；通道内部中间结合位点氯离子与周围氨基酸相互作用最强，稳定性最好；氯离子输运过程中主要受到通道尺寸影响，通道宽处受力小，通道窄处受力大，其中靠近外部结合位点处通道最窄，氯离子所受拉力最大，约为300 pN。

• 乌红天麻风味发酵酒的酿造

  以高粱为主要原料及适量的乌红天麻为辅料，酿造乌红天麻风味发酵酒；通过对高粱和天麻进行高效预处理实验，确定高粱和天麻的最佳处理条件；采用单因素实验和正交实验相结合，优化天麻风味发酵酒的最佳工艺参数。结果表明：高粱的最佳处理工艺是浸泡温度为80℃,浸泡时间为6 h,酶解时间为90 min,酶用量对应的比活性为600 U/g,酶解温度为60℃;天麻的最佳处理条件是酶用量对应的比活性为400 U/g,酶解温度为60℃,酶解时间为2 h;在预处理天麻汁与高粱汁体积比为40∶260的条件下，活化后的干酵母接种量为原料质量的0.8%, 30℃恒温发酵6 d,得到乌红天麻风味发酵酒的酒精度为10.4%(体积分数),天麻素质量浓度为38.6 mg/L。

• 钙质砂孔隙特征的表征方法研究

  孙广,王志兵,徐一峻,翁峻择,邹永胜

  为了精确表征钙质砂的内孔隙结构，联合使用氮气吸附法、压汞法、计算机断层扫描对3种不同形状钙质砂颗粒的内孔隙结构进行定量分析，同时对比3种方法表征钙质砂内孔隙结构特征的优、缺点。结果表明：通过压汞法及计算机断层扫描综合分析3种形状钙质砂的连通孔隙度为25%～40%,封闭孔隙度小于1%;压汞法检测所得的孔径范围大于计算机断层扫描检测所得的孔径范围，但是2种方法测得孔隙度相差不到5%,结合2种方法可以较全面分析钙质砂的孔隙结构；氮气吸附法和压汞法测定钙质砂的孔径分布曲线在重合孔径范围内有所差异，但是趋势基本相同，并且氮气吸附法测得的钙质砂的孔体积大于压汞法测得的。

• 高吸水性树脂对水泥土力学性能的影响

  王延磊,刘飞,何国顺,朱翔宇,李成海

  针对我国北方地区水资源短缺等问题，将常用于混凝土材料中的高吸水性树脂应用于水泥土材料，利用高吸水性树脂特殊的吸水、保水性能，提高水泥土的保水能力，并研究高吸水性树脂对水泥土力学性能的影响；采用保水率试验、无侧限抗压试验、不固结不排水三轴剪切试验分析不同高吸水性树脂掺量、养护龄期时水泥土的保水性能、无侧限抗压强度及应力-应变特性。结果表明：随着高吸水性树脂掺量的增大，水泥土保水性能改善，当掺入质量分数大于0.4%后，保水性能改善不明显；掺入质量分数为0.2%的高吸水性树脂对水泥土的无侧限抗压强度及变形能力有一定的提高，并且随着养护龄期的增加，无侧限抗压强度提高更明显；掺入质量分数分别为0.4%、 0.6%的过多高吸水性树脂使水泥土内部产生大量孔洞，影响水泥土自身的连续性，从而降低水泥土的无侧限抗压强度。

• 基于灰色组合模型预测隧道围岩收敛变形

  卢彬,冯现大,鲁瑞

  为了在隧道施工过程中对隧道围岩收敛变形进行精准、有效预测，从而及时对施工方法和加固措施作出调整，保证隧道施工安全，以Frejus公路隧道所测得的监测数据为参考序列，利用Python软件分别建立预测隧道围岩收敛变形的灰色系统模型GM(1,1)、 Verhulst模型、线性回归模型以及分别采用熵值法和方差倒数法对以上模型加权所得的灰色组合模型，并采用平均绝对误差、均方误差和平均绝对百分比误差为标准对建立的所有模型预测值进行对比分析。结果表明，近期预测中采用方差倒数法加权得到的灰色组合模型的精度优于其他模型的精度，而且这种优势会在一定范围内随着时间的推移更加明显。

• 拱形抗滑结构模型试验研究

  邓友生,杨彪,王一雄,彭程谱,李龙,孟丽青,王栋

  针对拱形抗滑结构治理黄土地区滑坡的适用性，通过3组室内物理模型试验，对比分析拱形抗滑结构的桩后土压力、桩顶位移、桩身弯矩及连梁受力变形特征。结果表明：3种工况下抗滑桩桩后土压力基本一致，呈三角形分布；桩身弯矩的变化规律基本相同，呈先增大后减小再增大的趋势；直线形布置的抗滑桩桩顶切向位移几乎为0,桩顶法向位移最大值为13.56 mm;当采用钢管混凝土桩拱形布置时，桩顶切向位移为1.41 mm,桩顶法向位移为2.65 mm;当采用竹管混凝土拱形布置作为临时救灾抗滑支护结构时，桩顶切向位移为1.55 mm,桩顶法向位移为2.81 mm;采用拱形抗滑结构对桩顶水平位移有较好的约束作用，同时还可改善桩身受力状态。

• 基于遗传算法的单级泵站机组流量优化分配模型

  薛萍,卢龙彬,雷晓辉,张召,景象

  针对泵站机组的流量优化分配问题，建立基于遗传算法的单级泵站机组流量优化分配模型，并将模型应用于引江济淮工程中江淮沟通段的派河口泵站，计算不同流量分配时泵站的运行效率。结果表明：设计工况下泵站流量平均分配时泵站效率最高，非设计工况下因干扰因素较多而流量接近平均分配时泵站效率最高；在大流量、大扬程条件下，机组运行数量偏多；泵站可行域分析时发现泵站特征曲面存在谷峰交替现象，在实际调度过程应避开出现泵站效率为0的工况。

• 位山灌区冬小麦水肥方案优化

  李倩,徐立荣,魏帅,高海威,徐晶

  以位山灌区监测的冬小麦品种泰农18号为例，采用农业技术转移决策支持系统模型进行参数校正和精度验证，模拟不同灌水量、施肥量组合的一系列水肥方案，计算分析不同水肥方案时冬小麦产量、氮肥偏生产力和水利用效率的变化特征，优化水肥方案。结果表明：水、肥之间存在明显的耦合效应；在不同施肥水平下，冬小麦产量和氮肥偏生产力随灌水量的增加呈先增后减的趋势，在灌水量为80 mm时达到最大值；在不同灌溉水平下，冬小麦产量和水利用效率随施肥量的增加而增大，当施肥量达到220 kg/hm~2后产量增幅变缓；综合考虑产量和水、肥利用效率，确定总灌水量240 mm、施肥量220 kg/hm~2为研究区最优水肥方案。

• 山东省聊城市农田区蒸散发量的遥感反演及影响因素分析

  窦祥洲,徐征和,杨金梁,徐晶

  利用地表能量平衡系统模型，并结合中分辨率成像辐射光谱仪遥感数据以及实测气象数据，对山东省聊城市农田区2019年作物生长期3—9月在区域尺度内的蒸散发量进行遥感反演估算，确定农田区蒸散发量及其影响因素，并分析农田区蒸散发量的时空分布规律以及气象因素、归一化植被指数等地表参数对蒸散发量的影响程度。结果表明：遥感反演得到的日蒸散发量与Penman-Monteith公式计算值的误差在合理范围内；按农田区蒸散发量由大到小的季节顺序是春季、夏季、秋季、冬季，空间上呈现自西向东逐渐递减的趋势；日蒸散发量与归一化植被指数具有较强的正相关性，与地表比辐射率相关性较弱，与气温、比湿、风速、日照呈正相关，与气压呈负相关。

• 基于系统动力学模型的山东省农业供需水优化

  赵汝鹏,王昕,李庆国,徐震,张立志,胡玉超,杨文泰,刘丰铭,刘玉玉

  为了探讨农业水资源不同发展模式对山东省农业供需水量变化的综合影响，采用系统动力学模拟软件Vensim建立农业用水供需平衡模型，综合考虑作物灌溉面积、水资源供水量等因素的影响，仿真模拟基于现状年条件下山东省农业缺水率的未来变化趋势。结果表明：在灌溉保证率为50%的条件下，中长期规划发展模式、跨区域调水发展模式、灌溉水高效发展模式、最佳效益比发展模式、综合发展模式5种发展模式中山东省2018—2025年农业缺水率都呈现下降的趋势，其中综合发展模式中2025年农业供水量达到1.556 1×10~(10) m~3,需水量达到2.239 4×10~(10) m~3;农业缺水率为30.1%,与其他4种发展模式相比，分别降低了15.45%、 4.7%、 7.1%、 3.99%;综合发展模式更适合于未来山东省农业优化发展策略。

• 化工厂及其下游地下水中挥发性有机物分布特征和健康风险评价

  鲁栩春,刘本华,黄林显,孙慧中,毛伟健

  采集并测定、分析山东省某化工厂及其下游地下水中14种挥发性有机物含量，运用内梅罗综合指数法对地下水水质进行评价，结合美国环境保护署推荐的风险评价模型，对地下水中挥发性有机物进行人体健康风险评价。结果表明：研究区挥发性有机物的检出率为1.32%～46.61%,主要污染物四氯化碳、1, 1, 2-三氯乙烷、四氯乙烯、氯仿、三氯乙烯的超标率为6.58%～35.53%,其中四氯化碳、 1, 1, 2-三氯乙烷平均浓度分别超过国家标准GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅲ类水标准的142.43、 5.90倍；根据内梅罗综合指数法，将该研究区地下水水质分为4类，其中Ⅳ、Ⅴ类水样占26%,集中于化工厂区域，研究区下游地下水水质均为Ⅰ类，具有明显的空间差异性；通过饮水途径会对成人和儿童造成健康危害的区域面积占研究区面积的14.5%,下游地下水中挥发性有机物对人群不产生健康风险。

• 财政分权和环境规制对中国生态福利绩效的影响

  李莉,魏鹏,王志强,万翼

  基于超效率数据包络分析模型测度2004—2017年中国30个省(自治区、市)的生态福利绩效水平，运用动态空间杜宾模型分析财政分权和环境规制对中国生态福利绩效的影响。结果表明：研究期内中国生态福利绩效整体水平出现下降，呈现较平缓的W型变化，区域按生态福利绩效水平由高到低的顺序是中部、东部、西部地区；生态福利绩效存在明显的正向时间滞后和空间关联效应，滞后一期生态福利绩效存在空间扩散效应；财政分权和收费型环境规制对生态福利绩效具有抑制作用，而投资型环境规制则具有促进作用；产业结构升级、城市化、研发投入和绿化水平的提升有助于提高生态福利绩效水平；财政分权和投资型环境规制对东部地区生态福利绩效具有促进作用，对中部、西部地区生态福利绩效则具有抑制作用；收费型环境规制对东部、中部地区生态福利绩效产生正面影响，而对西部地区生态福利绩效则具有负面影响。