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关键词： 急性弛缓性麻痹   非脊髓灰质炎肠道病毒   环境监测   分子流行病学  

摘要： 背景非脊髓灰质炎肠道病毒(Non-polio enterovirus,NPEV)是人肠道感染最常见的病原体之一,与脊髓灰质炎病毒(Polio-virus,PV)类似,可引起急性弛缓性麻痹(Acute Flaccid Paralysis,AFP),还可引起手足口病、新生儿感染或无菌性脑膜炎等严重疾病暴发或流行,对人们的生产生活造成严重影响。2000年WHO证实中国进入无脊灰状态,NPEV逐渐成为AFP病例样本中分离出的主要病原体。但是我国目前没有NPEV特定的监测系统,尚未有系统全面的研究报道广东省消灭脊灰后AFP病例中NPEV检出变化情况。研究目的与意义本文旨在探究2000-2021年广东省AFP病例的病原学及流行病学特征,结合环境污水监测,探讨人群和环境中NPEV流行的优势血清型,了解消灭脊灰以来AFP病例及环境中NPEV的长期循环动态变化情况,以期发现疾病的暴发或流行趋势与优势血清型变化间的联系,为制定有效预防控制肠道病毒所致相关疾病的措施提供科学理论依据,对监测工作开展具有十分重要意义。此外,在缺乏完善的肠道病毒监测系统的情况下,环境监测是调查人群中肠道病毒隐匿传播强大而有效的工具,可能为肠道病毒传播预警或疫情暴发判断提供数据支撑。研究内容及方法通过收集广东省AFP病例网络监测系统中2000年1月至2021年12月所有病例信息,其中共有572例NPEV 阳性病例,对其进行流行病学分析,并将NPEV阳性病例样本分离到的572株NPEV进行毒株复传、复核鉴定、VP1分型及全基因组扩增测序。结合2009年1月至2021年12月在环境污水中分离到的2195株NPEV进行分析,获得AFP监测及环境污水监测中NPEV长期循环动态变化情况,并对引起暴发的优势血清型EV-A71和E11进行分析,对获得的基因序列进行核苷酸与氨基酸同源性分析。此外,与在GenBank中选取的代表株基因序列构建系统进化树,进行基因亚型分析及重组分析。研究结果1.2000-2021年广东省AFP病例中NPEV阳性患者占所有AFP病例的7.63%(572/7492),NPEV 阳性病例检出数量在夏秋季出现高峰,以5～6月为主,年龄主要集中在1～<3岁,男女性别检出差异不具有统计学意义。2.572株NPEV共有45种血清型,其中EV-B组检出数量最多,占58.74%(336/572),有33种血清型,其次是EV-A组9种血清型和EV-C组3种血清型。检出最多的血清型是EV-A71、其次是 CVA4、CVB3、E11。2008-2013 和 2016-2017 年以 EV-A71 为主,2019 年则主要为E11,2020-2021年分离到较多的是CVB3。3.2009-2021年环境污水中NPEV检出数在夏秋季出现高峰,以5～7月为主。污水中共分离到2195株NPEV,共有21种血清型,其中EV-B组检出数量最多,占99.13%(2176/2195),有18种血清型,其次是EV-A组有1种血清型和EV-C组有2种血清型,分离到最多的血清型是E11,其次是E6、CVB5、E7和CVB3。2017年以前以E6检出为主,2018-2019年E11显著增长,2020-2021年主要分离到的则是CVB3。***-A71是AFP病例中检出的优势血清型,均为C4基因型,以C4a基因亚型为主,但2000-2001年和2005年有C4b基因亚型。2016年EV-A71疫苗上市后,EV-A71检出数显著下降。2018年后AFP病例样本未检出EV-A71。5.E11是环境污水监测中的优势血清型。2019年E11在广东省引起了两起新生儿感染事件,两起新生儿感染与散发病例以及同年污水中检出的E11均为D5基因型,而2018年污水中早已检出大量E11且均为D5基因型,但2017年及以前则以A1基因型为主。研究结论1.广东省AFP病例中NEPV检出季节主要集中在夏秋季,检出年龄以1～<3岁为主。***病例和环境污水中检出的NPEV血清型分别为45种和24种,呈现多样性特点。EV-A71是AFP病例监测中相对优势的血清型,在2008年检出显著增加,而2016年EV-A71疫苗上市后,EV-A71检出显著减少;E11是环境污水监测中相对优势的血清型,2018-2019年E11检出数量显著增加,2020年以后基本未检出。3.不同血清型的出现频率随季节、时空因素的不同而有差异,优势血清型随时间变化也在发生改变,需持续监测和探索NPEV分子流行病学和分布规律。

关键词： 水污染控制   教学改革   教学实践  

摘要： “水污染治理技术”是当前高等教育环境治理相关专业当中的一门重要课程，在现实水资源污染控制管理方面具有重要的实践和理论意义。文章将阐述“水污染治理技术”课程的地位及性质，从课程内容、教学模式以及考核方法等方面探索教学改革方案，以期为课程教学提供参考。

关键词： 西瓜温室   温度控制策略   变论域模糊控制   鲸群算法   无线传感器网络   环境监测  

摘要： 随着乡村经济振兴的大力推进,传统的农业生产模式已经无法满足生产需求,将信息技术与传统产业相结合已成必然趋势,以温室大棚为代表的设施农业迎来了新的发展机遇。在温室大棚系统中对温度的控制十分重要,本文结合温室西瓜种植的实际情况,设计了西瓜温室控温方法,开发了一套基于变论域模糊控制的西瓜温室监测系统。首先,本文对现有温室大棚存在的问题进行了分析,针对现有温室环境信息交互能力差、环境因子控制精度低的现状,提出了使用无线传感器网络结合变论域模糊控制的方法来设计温室环境监测系统。其次,以西瓜为研究对象,根据前人的研究成果和经验总结出了温室西瓜各生长期的适宜生长温度,选择了多项式曲线拟合的方法作为控温模型,选取了合适的温度控制阈值,基于此,本文制定了西瓜温室温度控制策略。在对核心控制算法研究中,针对现有变论域模糊控制优化算法存在的问题,提出了基于WOA(Whale Optimization Algorithm)的自适应变论域模糊控制算法,并进行了算法的性能测试,实验结果表明本文提出的算法在整体的性能上有显著的提升。最后,对系统进行了软硬件设计,先根据系统硬件结构对无线传感器网络、物联网网关和调控电路进行了设计。再根据系统软件结构,对系统中的无线传感器网络协调器节点和终端节点、物联网网关、服务器接口以及控温算法分别进行了设计。完成系统软硬件设计之后,对系统的各个模块进行了测试,其中包括硬件测试,无线传感器网络通信测试,物联网网关数据上传测试,上位机界面通讯测试,测试结果显示系统能达到预期设计要求。

关键词： 课程思政   一流课程   环境监测   隐性育人  

摘要： 环境监测作为环境科学和环境工程的专业核心必修课之一，充分发挥其承载的思想政治教育功能对引领学生的价值观具有重要作用。针对课程思政建设中教师意识不够素养不足、课堂目标标准整合不深、学生兴致不高接受不佳、成效评价不全反馈不良等问题，应从教师、课程、课堂、评价等多方面探索建立有效的专业课程隐性育人路径，以助力一流本科课程建设，培养学生的家国情怀、职业使命、科学精神、创新思维和职业伦理。

关键词： 有源噪声控制   差分麦克风阵列   数字孪生   次级通路在线建模  

摘要： 在有源噪声控制(Active Noise Control,ANC)系统中,常常会使用全指向性的麦克风为控制器提供信号。由于麦克风是全指向性的,某些不希望采集到的信号也会被麦克风拾取到,进而影响ANC系统的性能。对依赖误差信号的反馈ANC系统来说,若误差麦克风拾取到了空间中的干扰声波,系统可能无法正常工作。为了解决上述的问题,本文对基于差分麦克风阵列(Differential Microphone Array,DMA)的反馈ANC系统进行了研究。提出的差分误差反馈ANC系统使用差分麦克风阵列来提供误差信号,可以实现对干扰的抑制。但当误差信号由差分麦克风阵列提供时,差分麦克风阵列的位置不能指示系统的控制点的位置。为了解决这一问题,提出了基于辅助滤波器的映射方法。仿真实验表明,差分误差反馈ANC系统相比于常规的反馈ANC系统在干扰下具有更强的鲁棒性,而辅助滤波器映射方法能够提升差分误差反馈ANC系统的降噪效果。当ANC系统中引入了差分麦克风阵列相关的运算的时候,本地控制器的计算量会增加。对ANC系统来说,引入无线网络通信,将一部分运算任务分离到云端的方式可以减少本地控制器的运算负担。因此,本文还对无线网络自适应在线建模ANC展开了研究。本文提出了数字孪生在线建模(Digital Twin Online Secondary Path Modeling,DT-OSPM)算法,这种算法可以在线地对次级通路进行建模。在这种算法中,抗噪声信号的生成和控制滤波器的自适应迭代运算分别由本地控制器和云端负责,从而在本地控制器上节省了自适应运算的部分。仿真和实验的结果都表明,DT-OPSM算法能够实现对噪声的控制,对次级通路的建模,并应对初级噪声和次级通路在控制过程中的改变。

关键词： 多孔材料   加筋夹层圆柱壳   有限元分析   辐射噪声   噪声控制  

摘要： 加筋夹层圆柱壳结构是飞行器、潜艇以及深水推进器等结构的普遍构造形式,随着科技的发展,航天设备、深水装备、发射装置内部振动以及周围流体介质摩擦产生的噪声对系统隐蔽性、可靠性、稳定性的影响日趋严峻。为降低航行器辐射噪声,通常在加筋双层圆柱壳中敷设声学覆盖层,以提高其声隐身性能,但泡沫填充物的引入加剧了夹层复合架构力学性能与声辐射特性的复杂程度,尤其是中低频段内的噪声控制问题成为腔内降噪的关键。本文以多孔材料填充加筋夹层复合结构圆柱壳为研究对象,采取实验测试与有限元仿真相结合的方法,研究中低频段内几何结构参数、多孔材料声学参数以及多孔材料填充方式对圆柱壳降噪的影响规律,为今后多孔材料结构一体化降噪设计提供有益借鉴。本文的主要研究工作和取得研究成果如下:(1)以加筋夹层板为研究对象,建立加筋夹层板有限元分析模型,并搭建相关实验装置进行验证。通过结构模态有限元仿真与实验测试数据的对比可知,前8阶模态振型及固有频率,误差均在10%以内,验证了有限元建模的正确性。通过辐射噪声有限元仿真与实验测试数据的对比可知,在150-1000Hz频段内声功率级曲线走势基本一致,峰值基本吻合,结果一致性较好,再次验证了有限元建模的正确性,说明本文有限元建模的方法可靠,可运用于夹层圆柱壳有限元模型的建立。(2)建立加筋夹层结构圆柱壳有限元模型,开展圆柱壳结构模态及辐射噪声的研究。采用有限元仿真分析的方法,获得了不同加筋方式、加筋几何参数、壳体材料性能、内外壳厚度、激励位置和方向对加筋夹层结构圆柱壳辐射噪声的影响规律。研究结果表明:在加筋数量均为12条时,环肋加筋壳相较于纵向加筋壳,总声功率级降低了16.19d B;增大加强筋数量与厚度均使结构辐射噪声降低,而加筋长度增大至一定值时,结构辐射噪声增大;在1-400Hz频段内,壳体密度、杨氏模量的增大可以有效降低结构辐射噪声,在400-1000Hz频段内,壳体杨氏模量、泊松比的增大以及密度减小可以有效降低结构辐射噪声;激励位置越远离壳体中心、激励位置越靠近环肋或激励方向入射角度越小,圆柱壳体结构辐射越低。(3)开展了填充不同多孔材料对加筋夹层圆柱壳辐射噪声影响规律的研究。通过填充5种不同多孔材料并对比降噪结果可知,在1-1000Hz频段内,填充相同厚度不同质量的多孔材料时,聚氨酯泡沫的降噪效果最佳,总降噪量可达13.06d B,而填充相同质量不同厚度的多孔材料时,虽然聚氨酯泡沫单位质量降噪量达3.72d B,降噪性能最佳,但相应的填充比重也最高;填充相同厚度的聚氨酯泡沫,材料的流阻、曲折因子越大,结构降噪量越大,同时适当减小孔隙率可以有效降低结构辐射噪声,材料粘性特征长度和热特征长度对结构辐射噪声影响较小。(4)开展了多孔材料填充方式对加筋夹层圆柱壳辐射噪声影响规律的研究。在1-1000频段内,材料填充厚度及填充率越大,结构降噪量增大但增幅减小,在不同填充率及填充位置下,随着填充率增加,越靠近圆柱壳两端进行填充对结构降噪效果越好;在填充多孔材料质量需低于总质量1%的限制条件下,对比不同填充方式,夹层圆柱壳内填充厚度为20mm,填充率为75%的聚氨酯泡沫材料,结构辐射噪声最小,总降噪量可进一步提高3.09d B。

关键词： 齿轮箱箱体   振动响应   辐射噪声   局域共振声子晶体   减振降噪  

摘要： 齿轮箱的振动与噪声一直以来是工程中待解决的关键问题之一。一方面,齿轮箱的振动影响着其所处设备整体的运作性能,长期的振动会引起结构发生故障或损坏,从而降低装备的安全性与可靠性;另一方面,由齿轮箱振动产生的声辐射会使工作环境的噪声增高,影响工作人员的舒适性与身体健康。有效抑制齿轮箱的振动与噪声,是提高产品质量、增强可靠性和延长使用寿命的重要手段,有助于推动现代装备的应用和发展进步。目前针对齿轮箱的常用减振降噪技术可以分为两大类:对齿轮箱自身进行改进优化以及添加辅助结构如隔振器、阻尼材料等。齿轮箱生产成型之后不易进行结构改变,外加隔振降噪结构受到附加质量及安装空间的限制,往往无法用有限尺寸对中低频范围的振动与噪声实现较好的抑制。本文将局域共振型声子晶体运用于齿轮箱的减振降噪,利用声子晶体的带隙特性对齿轮箱中的振动与噪声波的传播进行抑制,为解决齿轮箱1000 Hz以下的中低频振动与噪声问题提供新的思路与方法。论文主要研究工作和结论如下:(1)以船用行星减速器为研究对象,对该齿轮箱箱体进行振动特性分析。首先对箱体进行约束状态下的模态求解,得到箱体前1000 Hz内的固有频率及模态振型;基于模态叠加法对简谐激励作用下箱体的振动响应进行计算与分析,提取箱体表面不同区域的关键测点的振动加速度级曲线,得到箱体振动较为剧烈的频率。(2)基于声学有限元法对箱体进行辐射噪声分析。建立集箱体结构网格、声学网格及场点网格为一体的齿轮箱辐射噪声仿真模型,得到箱体的辐射声功率曲线及声场中关键监测点的声压级频域曲线,在声传递向量法的基础上对箱体进行面板声学贡献量分析,以确定后续降噪板块与降噪频率。(3)结合齿轮箱箱体的表面结构,提出两种形式的局域共振型声子晶体板,根据弹性波动方程,结合Bloch定理对声子晶体开展能带结构求解与带隙产生机理探讨,分析几何参数、材料参数对声子晶体结构的局域共振带隙的影响规律,采取对声子晶体结构施加等轴预拉伸变形的方法对带隙进行主动调控,对有限周期排列的声子晶体结构开展振动与声辐射特性仿真研究,分析将其用于齿轮箱箱体减振降噪的可行性。(4)对施加声子晶体结构后的齿轮箱箱体进行振动与辐射噪声特性仿真分析。建立声子晶体与齿轮箱复合结构模型,通过对比箱体关键测点在施加声子晶体前后的振动频域曲线与辐射声压级曲线,对声子晶体的减振降噪效果进行分析。

关键词： 燃煤电站   固体废物   厌氧发酵   等离子气化   系统集成优化  

摘要： 自改革开放以来,中国经济以持续的高水平、高速度和高质量的发展,取得了举世瞩目的成就。随着我国人民对美好生活的需要与要求逐年增加,在国内能源消费方面的需求也在逐年增加,目前来说,我国已成为全球最大的能源生产、能源消费、碳排放的超级大国。随着我国城市化的进程脚步逐年加快,人们在城市中的生活固废也日益增加,我国已经关注到了这个巨大挑战,在国内中做出了积极的回应。长期以来,由于我国能源结构以煤炭为主,并且在未来的一段时间也会占据主导地位,油气对外依赖度较高,我国的能源清洁低碳的转型迫在眉睫。基于此种状态以及当局局势,国家对于能源节约以及能源高效利用更加看重,总书记在大会上提出“碳达峰、碳中和”的总方针,因此我国电力行业的协同集成能源系统受到了全所未有的重视,提高能源的利用效率,同时总书记提出“绿水青山,就是金山银山”,我们要对自己亲人一样对待自己所处的生态环境,随着城市垃圾日益增加,我们更需要探索如何“变废为宝”更好的解决城市垃圾堆积污染环境的问题,提高可再生能源和固废的发电比例与利用效率,推进社会责任与节能环保的进程。依据以上研究背景,本文提出了两种与燃煤发电机组耦合的新型利用城市固废的新型发电体系,分别是与燃煤机组耦合的城市固废厌氧发酵系统,将厌氧发酵产生的沼气在沼气燃烧器内高品质燃烧,后将燃烧产生的高能量烟气输入燃煤机组的汽水循环;与燃煤机组耦合的等离子气化系统,将城市固废在等离子气化炉中进行等离子气体,等离子气化后的可燃性气体通过特殊装置送进炉膛内燃烧;两种系统均采用建模软件建立参数变化模型和热力学依据,辅以能量分析、经济学分析、环境分析等,对集成方案的协同机理与经济性可行性进行系统的研究。首先提出了与燃煤机组耦合的厌氧发酵产生沼气的热电联产系统:收集到的城市固废在发酵池中进行适温发酵,发酵后产生的沼气进入沼气罐中备用,后等流速输入至沼气燃烧器进行高温燃烧;系统集成后,尽然输入燃煤机组中的能量保持不变,均为1460MW的能量,但是机组的净发电量增加了 19.85MW,该新系统中的平均度电成本为0.71元/(kW·h),在25年的循环周期内,燃煤机组与厌氧发酵产生沼气的集合系统可达到61593.64万元。其次,提出了与燃煤机组耦合的城市固体废弃物等离子气化产生可燃性合成气体的热电联产系统:收集到的城市固废在等离子气化炉中进行等离子气化,气化后的合成气体通过净化装置对合成气体进行提纯,使得合成气体中的可燃性气体的比例提高、杂质气体减小,后输入燃煤机组的锅炉炉膛中,采用与等离子气化炉集合的系统后,系统中的净发电量增加了 20.58MW,等离子气化耦合的系统中的净发电效率高达42.38%,垃圾发电净发电效率高达42.98%,系统中的平均度电成本仅为0.68元/(kW·h),在该项目在其25.36年的生命周期内,可以为燃煤电站带来64599.87万元的净收益。基于“能量对口、梯级利用”的准则,我们可以通过更灵活高效的方式实现城市固废和燃煤电站能量之间的协同作用,从而减少固废处理不当所造成的环境污染问题。这种协同方案不仅能够提高固废的利用效率,实现固废的无害化处置和资源稳定化利用,还能够增加发电量,节能减排,保护环境,并提高燃煤机组的经济性。这种协同方案具有灵活的运行方式和高效的能量利用效率、具有长期稳定收入等诸多优势;此文章中所提出的两种耦合热电联产形式既负荷我国大力发展燃煤机组改造并降低其投资运行成本的预期,也为解决城市固体废弃物的日益增多,造成“垃圾围城”的环境问题提供了新的思路。

关键词： 气动噪声   流量阀   噪声控制   孔板设计   几何特征  

摘要： 天然气管道常处于大流量、大压降工况,调压支路管道会产生强噪声。强噪声不仅会引起管道及构件的振动,危害管道内部结构,也会污染环境,危害站内工作人员健康。因此,设计调压支路管道的噪声控制方案具有重要研究价值和工程意义。本文以某地天然气场站调压支路噪声问题为研究背景,结合该场站某调压支路实际运行工况,基于该管道及其内部构件的几何特征,建立了管道初始模型以及安装不同孔板的对比组模型,采用大涡模拟和FW-H声学模型,对流量阀出口至管道扩散段亚音速多孔射流的气动噪声进行仿真分析,对管道初始模型进行了数值计算,通过流量阀出口处主流区面积确定孔板的过流面积,设计了孔径对比组的初始孔板。通过单因素控制变量法对孔板的孔径、厚度和孔距三个参数进行几何尺寸设计和优化,分析孔板的几何特征对流场和声场的影响。主要结论如下:(1)孔板孔径的减小会使得流经孔板的天然气流速增大,大流速容易引起孔板位置的振动使得孔板壁面偶极子源声功率级增大。同时由于孔径的减小使得管内气体流经孔板后产生压缩,导致进口压力的增大。当孔板孔数大于1时,由于初始孔距较小容易出现“康达效应”,在过流面积一定的情况下,孔径的减小意味着流经孔板的单股“小射流”能量小且流速大,加速了多股“小射流”汇合,汇合的“大射流”边界能量降低,下游监测面上噪声最大声压级得到抑制。安装9mm孔径的孔板在下游远场监测面上声压级降低了4.84dB。(2)对于9mm孔径的孔板对比组,孔板厚度的增加有利于使流场趋于稳定;对于14.4mm孔径的孔板对比组,当孔板厚度增加至20mm时,才能起到明显的噪声抑制效果;对于20mm孔径的对比组,孔板厚度的改变并不能起到理想的噪声控制作用。对于较小孔径的孔板对比组,孔板厚度的增加有利于降低中、低频段噪声强度,也有利于使高频段噪声变化趋于稳定。当选择孔径为9mm厚度为20mm的孔板时,下游远场噪声监测面上声压级降低了 2.55 dB。孔板厚度的改变对安装孔板附近位置噪声控制有利,但不利于远场噪声控制,总体上,本文工况下孔板厚度的变化对管内天然气噪声的影响较小。(3)孔距的改变会对管道噪声的控制产生重要作用。在保证相同过流面积的情况下,三种孔径厚度组合的孔距对比组计算结果说明,随着孔距的增大,流经孔板的天然气多股“小射流”汇合在管道下游更远处,汇合后单股“大射流”流速更低。这个过程消耗了湍流能量,减小了气体间的扰动,减小了中、低频段的噪声强度,但对高频段噪声,扩大孔距没有明显作用。由于多股射流的延迟汇合,调节了孔板下游的流场,孔板靠近圆心附近的偶极子源声功率级低于外侧孔。当选择孔径为9mm厚度为20mm孔距为2倍孔径的孔板时,下游远场噪声检测面上声压级降低了 12.28dB。总体上,孔距的增加对管道噪声的抑制效果最佳。

关键词： 清洁能源产业   新兴固体废物   固体废物管理   国际经验   绿色发展  

摘要： 在碳达峰碳中和目标的引领下，我国清洁能源等新兴产业得到了快速全面发展。与此同时，退役风电机组和光伏组件等新兴固体废物产量也在逐年递增。本文对我国清洁能源产业新兴固体废物基本情况做了简要概述，指出了退役风光发电设备在回收处理环节的突出问题，梳理了国家和地方层面出台的退役风光发电设备环境综合管理有关政策文件。总结分析了清洁能源产业新兴固体废物环境管理领域的国际经验，并从完善回收处理体系、凝聚环境监管合力、加强跨行业创新协作等方面提出了未来我国开展清洁能源产业新兴固体废物综合管理的工作要点，以期为促进我国清洁能源产业高质量发展和相关新兴固体废物高水平环境管理提供参考。