基于部件间容积法的自然循环蒸发器动态仿真
基于Simulink的燃气轮机动态仿真模型
段及燃烧室内的气体容
积惯性、高压涡轮后容
积惯性和动力涡轮后的
容积惯性。
3.2 转子动力学模块
在忽略发动机转子 的功率提取及机械损失
图 5 压气机特性图插值模块
情况下，压气机和涡轮转子的动力 3.4 其他模块
学方程为
为简化计算，忽略了燃烧室
dω dt
=1 J·ω
(Pt - Pc )，
ω＝
2πn 60
=
为了验证本文所建模型的动 态计算特性，将该模型的计算结 果同实际试车数据进行了对比。 图 7 为试验得到的燃油流量随时 间的变化曲线，将上述燃油流量 变化关系输入该计算模型，其计 算结果与试验数据的对比如图 8～11 所示。
图 8 核心机转速随时间变化关系
图 9 排气温度随时间变化关系
图 11 压气机压比随时间变化关系
5 结论
（1）通 过 引 入“ 容 腔 ”的 气 容 效应方程使部件级模型的非线性 方程组自我闭合，而无须采用迭 代解法；在 Matlab/Smulink 仿真环 境下，建立了燃气轮机各部件模 型；由各已封装的部件模型构成 了燃气轮机专业模型库，按照一 定的方式，可以建立其它形式的 燃气轮机模型，具有良好的通用 性和扩展性。
πn 30
（2）
! " dn
dt
=
1
J·n·
πn 30
2 (Pt -Pc )
（3）
式中：ω 为转子的角速度；J 为转
内热惯性，燃烧室模块按常规方 法计算。此外，对模型还需要进行 进气道、尾喷管和大气条件等计 算 模 块 以 及 负 载 耗 功 的 计 算 ，在 此不作阐述。 3.5 求解过程
计算时，先输入模型的初始
（d）试样 2 断裂前缺口形态
R134a-DMF吸收式制冷系统仿真分析
VVV=T+1W3+X=Y4
魏浩展等)&*%+$,-.吸收式制冷系统仿真分析
第 %* 卷!第 A 期
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的选择前人做了大量研究 回晓洋&& 通过 01234 5671软件采用 589:$);< 5)Z0 5)$<- 这 * 种物性方法计算得到温度压力浓度数据并且与 实验数据进行对比发现采用 589:$);<物性方 法计算得到 的 数 据 相 对 误 差 最 小 计 算 精 度 最 高 [3WGS7+等人&" 对 )&*%+$,-.二元溶液相平衡实 验数据进行了拟合拟合结果表明 589:$);<物 性方法与合适的混合规则及 9)BF模型联立时能 够更好地描述相平衡实验数据 陈鑫A 根据热力 学决策树选择了 * 种物性方法基于 01234 5671软 件的回归功能对实验数据进行回归拟合将拟合数 据与实验数据进行对比得到平均相对误差结果表 明 589:$);< 物 性 方 法 相 对 误 差 最 小 适 用 于
CFD技术应用论文
CFD技术在内燃机中的应用汽车学院14班鲁瑛琦44120208摘要：进入二十一世纪以来，科学技术的高速发展让内燃机实验变得更加简便。
尤其是仿真模拟软件的应用大大节省了内燃机实验的成本，提高了可操作性。
其中CFD技术运用广泛,在内燃机设计中发挥的作用也越来越重要。
本文简要介绍了内燃机工作过程数值模拟和内燃机CFD的发展历程,并介绍了内燃机CFD 的各个组成部分和缸内紊流流场的基本算法,最后指出了内燃机CFD的发展趋势。
1.CFD技术简介CFD(Computational Fluid Dynamics)是基于计算机技术的一种数值计算工具,用于求解流体的流动和传热问题。
由于CFD可以准确的给出流体流动的细节,因而可以从对流场的定量分析中发现产品设计中存在的问题,据此优化设计方案,达到改变传统产品设计过程的目的。
本文对CFD技术在内燃机设计中的应用进行了讨论。
1.1紊流运动的CFD简介内燃机的缸内气体流动是典型的紊流运动,对紊流运动的计算属于计算流体力学(CFD)的范畴。
内燃机工作过程CFD即是在紊流流动CFD的基础上,增加了对内燃机工作过程所特有的喷雾、蒸发、混合及燃烧等子模型的建立。
紊流运动的CFD是目前CFD领域困难最多但研究最活跃的领域之一。
目前关于此类的计算方法大致可分为:(1).直接数值模拟(DNS)。
运用非稳态的N-S方程对紊流进行直接计算,包括大尺度涡旋和小尺度涡旋,对高度复杂的紊流运动必须采用很小的时间和空间步长。
(2).大涡模拟(LES)。
运用非稳态N-S方程直接模拟大尺度涡旋,小涡对大涡的影响通过近似的模型来考虑。
以上两种计算方法都要求计算机有很高的处理速度和存储容量。
(3).Reynolds时均方程法。
将非稳态方程对时间作平均,在所得出的关于时均物理量非控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等物理量,于是所得出的方程个数小于未知量的个数。
为使方程组封闭,就建立模型把未知的更高阶的时间平均值表示成较低阶的在计算中可以确定的量的函数。
基于mworks软件的表面式蒸发器仿真与研究
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of EngineeringSimulation and research on surface evaporator based on MWorks plateformCandidate : Luo SixuanMajor : Refrigeration and Cryogenic EngineeringSupervisor: Prof. He GuogengHuazhong University of Science and TechnologyWuhan, Hubei 430074, P. R. ChinaDecember,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打―√‖）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要MWorks软件是基于Modelica语言的多领域建模平台，目前国内对此平台的开发涉及电子、电气、机械等多个领域，然而在空调制冷领域则是一片空白；另一方面，作为空调制冷装置最为重要的设备之一的蒸发器，一直以来也是众多学者研究的重要部分，利用计算机仿真技术对其运行状况进行模拟也是目前研究的主流趋势，从而能够为蒸发器的设计与优化提供可靠依据以及指明方向。
制冷系统通用仿真平台GREATLAB的构建
图2
GREATLAB 专业版软件界面
图 2 单级压缩风冷冷风系统模型(GREATLAB 标准版全界面)
图3
单级压缩水冷冷水系统模型
图4
带中间补气的风冷冷水系统模型
GREATLAB 中包含多种常见的换热器仿真软件。 以翅片管换热器为例， GREATLAB 提供 了 CoilLab 仿真软件，图 5 至图 8 是该软件的几个截图。CoilLab 具有以下主要特点： (1) 采用逐管(tube-by-tube)建模技术，每根换热管又可划分多个换热单元； (2) 可以进行灵活的管排布置，包括非矩形布置、前后排不同尺寸等； (3) 可以进行任意的合理的管路连接，包括分流、合流、空管等；
(4) 可以在任意制冷剂流路上设置毛细管，实现制冷剂在换热器内的合理分配； (5) 空气侧可以输入任意 2 维的速度分布，方便与 CFD 流场模拟结果对接； (6) 内置多种常用的换热管类型（包括椭圆管） 、翅片类型、和制冷剂/载冷剂类型； (7) 提供不同输入输出参数组合的计算模型，计算快速、稳定； (8) 提供丰富的仿真结果，包括换热器整体性能、每一流路的信息、3D 云图； (9) 批量计算功能； (10) 输出计算结果到 MS Word/Excel 功能； (11) 提供与通用系统仿真平台 GREATLAB 的接口。
制冷系统通用仿真平台 GREATLAB 的构建
张春路
（同济大学 机械与能源工程学院 制冷与热工程研究所，上海 201804） 摘 要：为满足不同用途和节能减排的要求，制冷系统日趋多样化。为了实现不同制冷系统
的快速仿真设计，需要构建通用的制冷系统仿真平台。本文先探讨了制冷系统通用仿真平台 的关键技术，然后介绍了制冷系统通用仿真平台 GREATLAB 的构建思路，最后探讨了制冷系统 通用仿真技术进一步的发展方向。 关键词：制冷系统 仿真 模型 算法 GREATLAB
蒸发器动态特性及详细介绍
蒸发器动态特性及详细介绍蒸发器动态特性及详细介绍摘要：蒸发器是制冷和热泵系统中最重要的组成部分之一，其动态特性的模拟预测和研究无论对蒸发器本身的设计、运行还是对整个制冷热泵系统的优化和控制都具有十分重要的意义。
本文以逆流套管式蒸发器为研究对象，从其结构特点出发，经适当假定，运用质量、动量和能量守恒方程建立蒸发器的动态分布参数模型。
用数值方法对模型方程进行离散求解。
得到并分析了动态过程中蒸发器制冷剂侧及水侧各主要参数的沿程分布及其随时间的变化情况。
关键词：蒸发器动态模拟动态分布参数0 引言制冷与热泵技术与人们日常生活的关系越来越密切，尤其是近年来随着国民经济和人民生活水平的提高，制冷和热泵行业发展迅速，与此同时也造成电耗、燃料消耗的大幅度增加，缺电、缺油、缺煤等信息见诸报端的频率不断升级。
据统计，暖通空调能耗约占我国总能耗的22.75%，并有逐渐上升的趋势。
在我国经济保持快速增长的同时，重要能源的紧缺正逐步成为制约我国经济发展的瓶颈，因此，开发和研制高性能、低能耗的制冷、热泵系统是该技术领域的重要课题之一，也是“可持续发展”国策的迫切要求。
而蒸发器是制冷、热泵装置中最重要的组成部分之一，它的运行状况直接关系到整个系统性能的优劣，因此，蒸发器的研究一直受到国内外学者的密切关注。
蒸发器动态分布参数模型的建立实际上，整个制冷、热泵装置均是在动态下工作，纯粹的稳态工况是不存在的。
到目前为止，对制冷系统所建立的理论模型中大部分是基于稳态工况下做出的。
为对整个制冷、热泵系统的实际运行过程机理有充分的理解，提高系统各部件及系统的效率，实现制冷、热泵系统的最佳匹配及最优控制等，必须建立能描述整个系统的动态数学模型。
作为制冷系统的关键设备——换热器仍是研究者们历来研究的重点，其动态性能对整个制冷、热泵系统性能起至关重要的作用。
因此，换热器的动态模型已成为整个制冷、热泵系统动态模拟水平高低的一个重要标志。
在制冷、热泵装置中，换热器包括蒸发器和冷凝器，二者的研究有相似之处，但也有很大不同。
基于ANSYS的LNG储罐稳态蒸发率仿真实验_管官
易燃、易 爆 的 危 险 化 学 品。 随 着 ＬＮＧ 船 舶 数 量 的 增 加，ＬＮＧ 运输 安 全 问 题 备 受 关 注。 为 保 证 船 舶 ＬＮＧ 储 罐 的 安 全 使 用 ，其 绝 热 性 至 关 重 要 ，而 蒸 发 率 是 评 价 ＬＮＧ 储罐绝热性 的 重 要 指 标。 因 此，关 于 ＬＮＧ 蒸 发 率 的 研 究 ，无 论 对 于 工 程 应 用 ，还 是 科 研 、教 学 ，都 具 有 重 要的意义 。 ［４－５］
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ＬＮＧ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ
Ｇｕａｎ Ｇｕａｎ１，Ｌｉｎ Ｙａｎ１，２，Ｙａｎｇ Ｑｕ１，Ｚｈｏｕ Ｓｈｕａｉ １
（１．Ｓｈｉｐ ＣＡＤ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ）
????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????上接第131页可见随着保温层导热系数以倍数增加漏热量和蒸发率几乎也以倍数增加
制冷原理及设备循环思考题及练习题
制冷原理与设备循环思考题与练习题1. 蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？2. 蒸发器制冷剂的汽化过程是蒸发吗？3. 制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？4. 制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过程，则制冷剂降温时的热量传给了谁？5. 制冷剂在制冷循环中扮演了什么角色？6. 单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？7. 试画出单级蒸气压缩式制冷理论循环的lg p-h图，并说明图中各过程线的含义。
8. R22的压力为0.1MPa，温度为10℃。
求该状态下R22的比焓、比熵和比体积。
分别采用R22和R717为制冷剂，试求其工作时理论循环的性能指标。
11. 一台单级蒸气压缩式制冷机，工作在高温热源温度为40℃，低温热源温度为-20℃下，试求分别用R134a和R22工作时，理论循环的性能指标。
12. 有一单级蒸气压缩式制冷循环用于空调，假定为理论制冷循环，工作条件如下：蒸发温度t0=5℃，冷凝温度t k=40℃，制冷剂为R134a。
空调房间需要的制冷量是3kW，试求：该理论制冷循环的单位质量制冷量q0、制冷剂质量流量q m、理论比功w0、压缩机消耗的理论功率P0、制冷系数e0和冷凝器热负荷Q k。
13. 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环有何区别？14. 什么叫有效过热？什么叫有害过热？有效过热对哪些制冷剂有利，对哪些制冷剂有利？15. 什么是回热循环？它对制冷循环有何影响？16. 压缩机吸气管道中的热交换和压力损失对制冷循环有何影响？17. 试分析蒸发温度升高、冷凝温度降低时，对制冷循环的影响。
18. 制冷工况指的是什么？为什么说一台制冷机如果不说明工况，其制冷量是没有意义的？制冷剂与载冷剂思考题1. 制冷剂的作用是什么？2. 按ASHRAE的规定制冷剂是怎样分类的？3. 什么是共沸制冷剂？4. 无机化合物制冷剂的命名是怎样的？5. 选择制冷剂时有哪些要求？6. 家用的冰箱、空调用什么制冷剂？7. 常用制冷剂有哪些？它们的工作温度、工作压力怎样？8. 为什么国际上提出对R11、R12、Rll3等制冷剂限制使用？9. 试述R12、R22、R717、R123、R134a的主要性质。
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通流面积 。
图 3 管壁蓄热模型原理图
上升管内汽水混合物干度为
Xr
=ρρrrv(ρ(ρrwrw
- ρr ) - ρrv )
=
hr hrv -
hrw hrw
(7)
式中 : Xr ———上升管内汽水混合物干度 ; ρrw 、ρrv ———分 别 为 上 升 管 内 饱 和 水 、蒸 汽 的
密度 ;
第 39 卷第 1 期 2008 年 1 月
锅 炉 技 术 BO IL ER TEC HNOL O GY
Vol . 39 , No . 1 Jan. ,2008
文章编号 : CN31 - 1508 (2008) 01 - 0007 - 03
基于部件间容积法的自然循环蒸发器动态仿真
马文通1 , 王岳人2 , 余南华3
pr -
pv +ρr g lr -
f
r
W
2 r
ρr
A
2 r
(3)
式中 :ρd 、ρr ———分别为下降管 、上升管水密度 ;
pr ———上升管压力 (上升管入口处) ;
pv ———汽包压力 ;
f d 、f r ———分别为下降管 、上升管阻力系数 ;
ld 、lr 、Ad 、Ar ———分别为下降管与上升管的长度和
[ 1 ] 苏明. 热力系统仿真中处理小容积环节的新方法[J ] . 上海 : 上海交通大学学报 ,1998 ,32 (4) :11 - 13.
[ 2 ] 韩璞 ,刘长良 ,李长青. 火电站仿真机原理及应用 [ M ] . 天 津 :天津科学技术出版社 ,1991.
[ 3 ] M. E. Flynn , M. J . O. Malley. A drum boiler model for long ter m power system dynamic simulation [ J ] . IEEE Transactions on Power System , 1999 ,14 :209 - 217.
-
Wr
=Vr
dρr dt
(1)
式中 :V r ———蒸发器容积 ;
ρr ———汽水混合物平均密度 ;
W d 、W r ———分别为下降管入口、上升管出口流量。
由下降管与上升管动量平衡 ,有
ld
dW d dt
=
Ad
pv -
pr +ρd g ld -
f
d
W
2 d
ρd
A
2 d
(2)
lr
dW r dt
=
Ar
第1期
马文通 ,等 :基于部件间容积法的自然循环蒸发器动态仿真
9
3 动态仿真算例
蒸发器是汽包热量来源的主要部件之一 ,蒸 发器内工质焓值和流量的变化直接影响到汽包 运行工况的稳定性和安全性 。在以上机理模型 的基础上建立数字仿真模型 ,对蒸发器吸热量加 入 10 %阶跃扰动 ,其仿真结果如图 4 所示 。
热容应单独考虑 。上升管金属能量平衡方程
Qy -
Q
=
Mrt
Crt
d Trt dt
(5)
式中 : Q ———金属管道对上升管内工质放热量 ;
Qy ———烟气对上升管金属管道放热量 ; Mrt 、Crt 、Trt ———分别为上升管金属管道的质量 、
比热 、温度 。
汽水混合物吸热量采用两相流传热量简化
8
锅 炉 技 术
第 39 卷
成单独的阻力环节 ,将上升管抽象成容积环节和 阻力环节 。由于蒸发器管壁金属具有一定的热 惯性 ,金属管壁的蓄热作用需要单独考虑[2] 。
蒸发器仿真原理如图 2 所示 ,其中箭头方向 为参数传递方向 。并作如下假设 :
(1) 考虑上升管的容积惯性 ,并将上升管抽 象成一个容积模块和一个阻性模块 ;
Ke y w ords : digital mo deling ; dynamic simulatio n ; evapo rato r ; nat ural circulatio n Abs t ra c t : Evapo rato r is a critical co mpo nent of nat ural circulatio n drum boiler wit h a co nsideratio n of heat t ransfer . A n interesting challenge for researcher is to develop a co ncrete evaporator simulatio n model for t he exploratio n of boiler characteristics. Based o n t he p revio us effort s in open literat ure , t his paper begin to refine t he inner st ruct ure divisio n , t hen implement s mo dularizatio n modeling met ho d to develop a dynamic evapo rator simulatio n model . Specifically inter2co mpo nent volume met hodology is used. Finally , co ncrete simulatio ns are co nducted and result s show t hat t he p ropo sed model can satisf y wit h an optimistic operating range of drum boiler. Moreover , t he iteratio n p ro blem of t raditio nal met hod is resolved. It is believed t hat t he effort s in t his work are valuable inp ropo sing a reference for similar research.
图 4 蒸发器吸热量阶跃 10 %动态响应仿真结果
从图 4 可以看出 ,蒸发器吸热量阶跃 10 % , 蒸发器金属管壁温度逐渐上升 ,进而蒸发器内工 质吸热量增大 ,出口焓值增加 。响应初期 ,蒸发 器底部压力随着吸热量的增大而增大 ,下降管流 动压差减小 ,造成下降管流量变小 。随着蒸发器 吸热量的不断增加 ,下降管内工质与上升管内工
hrw 、hrv ———分 别 为 上 升 管 内 饱 和 水 、蒸 汽 的
焓值 。
在饱和状态 ,状态参数ρrw 、ρ源自v 、hrw 、hrv 都是上升管入口压力 pr 的函数 ,因而上升管入口压力
pr 可由式 (7) 结合质量 、能量平衡方程解出 。
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(2) 对蒸发器模块进行合理参数选取 ,并将 蒸发器抽象成阻力模型和容积模型的组合 ,避免 了求取蒸发器底部压力的迭代计算 。
(3) 基于部件间容积法所建模型适合于变 工况动态仿真系统 ,对于不同用途的各式自然循 环锅炉蒸发器 ,均可采用此蒸发器模块来装配其 整体的数学模型 ,并进行数字仿真 。
参考文献 :
-
pr )
(4)
式中 : Qr ———汽水混合物吸热量 ; hd 、hr ———分别为下降管内工质 、上升管汽水
混合物平均焓值 。
在热力系统中 ,由于对管道强度等方面的要
求 ,通常管壁热容量很大 ,管壁温度变化相对于
管内及管外工况变化具有一定的热惯性 ,影响到
管内工质的温度变化比较慢 ,因而上升管管壁的
计算公式[3 ]
Q = Kr A rt ( Trt - Tr ) 3
(6)
式中 : Tr ———上升管内工质平均温度 ;
Kr ———有效传热系数 ;
A rt ———有效传热面积 。
采用管壁集总温度作为状态变量 ,建立管路
模型如图 3 所示 。
图 2 蒸发器仿真原理图
由蒸发器内质量平衡 ,有
Wd
Dy na mi c Si mul a t i on of Evap ora t or of Na t ural Cir c ul a t i on
Evap ora t or B a s e d on In t e r2c omp one n t V ol ume Me t hodol og y
MA Wen2to ng1 , WAN G Yue2ren2 , YU Nan2hua3
(1. School of Mechanical and Power Engineering , Shanghai Jiaoto ng U niversity , Shanghai 200030 , China ; 2. School of Municipal and Environmental Engineering , Shenyang Architect ural U niversity , Shenyang 110015 , China ; 3. Guangdo ng Elect ric Power Research Instit ute , Guangzhou 510600 , China)
(1. 上海交通大学 机械与动力工程学院 , 上海 200030 ; 2. 沈阳建筑大学 市政与环境工程学院 , 辽宁 沈阳 110015 ;
3. 广东省电力科学研究院 , 广东 广州 510600)
关键词 : 数字建模 ; 动态仿真 ; 蒸发器 ; 自然循环 摘 要 : 蒸发器是锅炉吸收热量的关键部件之一 ,建立自然循环汽包锅炉蒸发器的动态模型并进行仿真 , 对研究汽包锅炉的动态特性有重要意义 。在分析已有文献对自然循环蒸发器建模和仿真方法的基础上 ,从 模块化建模的角度出发 ,通过对蒸发器内部结构进行更为合理的假设和划分 ,建立了基于部件间容积法的自 然循环汽包锅炉蒸发器动态数字仿真模型 。利用所建模型对汽包锅炉蒸发器的动态特性进行了仿真研究 , 结果不但证实了模型的有效性 ,并且避免了传统方法的迭代问题 ,能够满足更大范围的动态和实时仿真要 求 ,可以为各类自然循环蒸发器建模仿真作参考 。 中图分类号 : T K229. 92 文献标识码 : A