基于贝叶斯参数优化的无模型自适应硅单晶直径控制

直拉硅单晶的生长过程涉及多场多相耦合与复杂的物理化学变化,其中工艺参数的波动是导致晶体直径不均匀的重要原因,如何实现工艺参数的控制以获得理想的、均匀的晶体直径具有重要的研究意义。本文分析现有控制方法存在不稳定以及控制效果不佳的问题后,提出基于贝叶斯参数优化的无模型自适应控制模型来控制硅单晶生长过程中的晶体直径。首先以坩埚上升速度与加热器的功率作为控制输入参数,晶体直径作为输出,搭建无模型自适应控制模型,并分析算法的稳定性。其次将控制模型进行仿真实验,发现硅单晶直径控制模型中不同的超参数设定会影响控制过程的迭代次数以及控制效果。最后,利用贝叶斯优化超参数的取值范围,并进行最终的仿真实验,结果表明,经贝叶斯参数优化后的控制模型计算快、迭代次数少,输出的晶体直径稳定,同时将生长工艺参数控制在实际生产要求范围内。因此,基于贝叶斯参数优化的无模型自适应控制实现了硅单晶直径均匀稳定的有效控制,具有结合工程背景的实际应用前景。     

瞳孔直径估算模型

在对已有瞳孔直径估算模型研究分析的基础上,测量了不同光环境下受试者瞳孔直径的变化,利用实测数据对现有模型进行了对比分析。利用角膜通量密度建立了亮度、视角与瞳孔直径的关系,并以Stanley-Davies模型为基础对原有计算关系式进行了修正与优化,提高了模型的计算精度。通过实验拓展了Stanley-Davies计算方法的适用视场范围,将最大适用视场拓展到40°。     

压电式微滴按需喷射的过程控制和规律

微滴喷射增材制造技术中沉积微滴的大小与均匀性是影响成型件质量的关键因素.本文设计了一种用于生成均匀微滴的压电驱动式微滴喷射装置,通过压电材料带动柔性膜片振动,将液体从喷嘴中喷出生成微滴,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了不同控制参数下膜片振幅及其对生成微滴尺寸和均匀性的影响.研究结果表明:膜片振幅大小受到驱动电压和压电频率的共同影响,压电频率是导致膜片中心点振幅实验测量值小于理论计算值的主要原因,膜片振动会导致喷嘴内部压力发生变化从而影响微滴生成尺寸.在相同驱动电压条件下,压电频率为10 Hz时存在压电膜片振幅最大值.随着膜片振幅的增大,喷孔处液体速度和液柱长度增大到临界值时可以生成微滴,当喷孔处的液柱长度超过临界值时,会形成卫星液滴. 当膜片振幅区间在30 $\mu$m$\sim $42 $\mu $m可以稳定生成微滴,生成最小微滴尺寸为339.8$\mu$m,直径最大变化率为0.29%,相邻两微滴间距最大变化率为2.67%,生成微滴的尺寸及均匀性较好.研究结果有助于提高压电式微滴喷射装置的液滴生成质量.      

变直径串联喷嘴内流特性研究

喷嘴在分层注入过程中起到调节聚合物分子量和压力损失的作用,而多级喷嘴的结构,由于分子链的逐级剪切作用,可在保证注入粘度的同时,更大的减小压力的损失.在此基础上提出变直径多级喷嘴的几何结构,利用Fluent数值模拟软件,对单级喷嘴、等直径多级喷嘴进行数值模拟,分析不同结构喷嘴对三元复合溶液速度、压力、湍动能以及平均应变速率的影响,结果表明随着流量的增大,三种结构喷嘴的压力损失和平均应变速率均增大,合理的变直径串联喷嘴可以达到与等直径串联喷嘴相同的注入效果,同时尺寸较小,方便工程应用.     

木质素热解生物油组成成分与分子尺寸分布特性分析

选用脱碱木质素作为原料,以热裂解气质联用技术(Py-GC/MS)研究木质素在350～600℃下热解产物成分和含量,并利用Joback法、 Lijie法和Tahami法3种基团贡献法计算了生物油各组成成分的临界参数和动力学直径,对木质素热解油产物的分子动力学直径分布特性进行计算.结果显示,愈创木基结构、紫丁香基结构、苯酚类、邻苯二酚类和芳烃类等5种芳香族化合物是350～600℃下木质素热解生物油的主要组成成分,其中愈创木基结构化合物的平均峰面积百分比达到70.7%.随着反应温度从350提高到600℃,分子动力学直径在0.560～0.610 nm区间内的木质素热解油组分含量从14.6%增加至31.3%.木质素热解生物油主要产物的动力学直径在0.560～0.710nm,表明一些孔径尺寸在此范围内的分子筛如SSZ-20、 ZSM-5和Beta可作为木质素裂解制备高品质芳烃燃料的催化剂.     

微型燃料电池制备及其微通道摩擦性能的研究

阐述了微型燃料电池的制备过程,结合传统燃料电池数学理论和微流体力学,建立了微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)的数学模型,分析了微通道特性(如摩擦系数和水力直径等)对微型燃料电池性能的影响.结果表明:运用Fluent软件对模型进行计算的仿真结果与公开实验数据基本符合,验证了模型正确性;而传统模型的仿真结果小于真实值;当气道的水力直径Dh从348降至100时,电池性能有所上升;而当Dh值降至61.1时,其性能有所下降.     

水煤浆喷嘴热冲蚀磨损机理研究

采用1Crl8Ni9Ti不锈钢、YG8硬质合金和Al2O3／(W，Ti)C陶瓷3种材料制备了水煤浆喷嘴，考察了其在水煤浆雾化和燃烧过程中的热冲蚀磨损机理．结果表明：喷嘴材料的硬度对水煤浆喷嘴的热冲蚀磨损行为具有重要影响；在相同条件下，高硬度的Al2O3／(W，Ti)C陶瓷喷嘴的冲蚀率最低，YG8硬质合金次之，硬度较低的1Crl8Ni9Ti不锈钢喷嘴的冲蚀率最高；在热冲蚀磨损工况下，1Crl8Ni9Ti不锈钢水煤浆喷嘴主要呈现微切削特征，YG8硬质合金水煤浆喷嘴主要呈现晶粒剥落特征，而Al2O3／(W，Ti)C陶瓷水煤浆喷嘴主要呈现研磨损伤和热崩特征．     

基于双CCD的大型轴类零件直径非接触检测方法研究

针对重型机械工业生产中对大型轴类零件外径测量的需求,基于双CCD传感器测量原理研究了一种新型高效率、高精度的轴径检测方法。介绍了CCD测径系统的检测原理,针对单一CCD传感器测量范围小的缺点,提出了双CCD传感器组合测量大型轴类零件直径(Φ150mm~Φ300mm)的方法,并对影响精度的主要误差来源进行了分析。为了验证该方法的有效性,通过对7种不同直径的标准轴件进行测量,实验表明,测量精度小于±3μm,满足大型轴类零件外径测量的要求。     

液滴撞击加热壁面传热实验研究

本文采用高速摄像仪对水滴和乙醇液滴撞击加热壁面后的蒸发过程进行了实验观测, 分析了液滴撞击加热壁面后的蒸发特性参数. 实验中, 两种液体初始温度均为20 ℃, 不锈钢壁面初始温度范围为68-126℃. 水滴初始直径为2.07 mm, 撞击壁面时Weber 数为2-44; 乙醇液滴初始直径为1.64 mm, Weber数为3-88. 结果表明, 液滴受到重力、表面张力及流动性的影响, 在蒸发过程的大部分时间内, 水滴高度持续降低而接触直径几乎不变; 蒸发后期, 液滴发生回缩, 水滴的接触直径、高度和接触角出现振荡现象. 乙醇液滴的接触角随时间的增加呈现先减小随后保持不变的趋势, 而接触直径和高度则持续减小, 直到液滴完全蒸发. 液滴蒸发总时长与液体物性和壁面温度有关, 随壁面温度的升高而减小, 与液滴撞击壁面时的Weber 数无关. 同时, 随着壁面温度的升高, 液滴显热部分占总换热量的比重增大, 显热部分能量不可忽略, 本文实验条件下得到水滴的平均热流密度为0.014-0.110 W·mm^-2.