水平井体积压裂缝网表征及流动耦合模型

针对岩石脆性系数高且发育天然裂缝的储层,提出表征水平井体积压裂形成裂缝网络的三种基本模式,并将渗流过程划分为油藏流动和缝网内部流动.在此基础上,利用势叠加原理导出油藏流动控制方程,利用有限差分方法建立缝网内部有限导流等式;其次,采用星三角变换法处理人工缝与天然缝的交汇流动;最后,耦合两部分流动矩阵方程得到水平井体积压裂缝网渗流数学模型.该模型表明:当水平井改造段长度一定时,压裂段数与段内分簇数是决定产能的最主要因素,其次是人工裂缝半长和人工缝导流能力,而天然裂缝密度和导流能力对产量影响较小.实例应用表明,实际产油量与模型计算值一致,误差较小.     

风力机翼型气动计算的降阶模型研究

将基于POD的降阶模型应用于风力机翼型的气动研究。首先应用CFD数值模拟得到一系列快照结果;应用基于本征正交分解(POD)的方法得到流场的一组基模态,认为对于所研究的问题,任一流场可以由这些基模态通过线性表达得到;对控制方程进行Galerkin投影,得到降阶模型,将离散求解N-S方程的问题转化为一组只有十几个自由度的常微分方程,从而减少计算时间,提高计算效率。并对二维翼型的绕流的定常和非定常问题进行了分析,计算结果表明,降阶模型可以较好地捕捉流动的特征,与直接CFD模拟相比计算精度相当,但大幅有效地提高了计算效率。     

建立低阶模型的POD方法

将分析湍流拟序结构中的最佳正交分解技术运用到流动和传热问题中,并使用最佳正交分解技术建立了物理问题的低阶模型.通过对样本矩阵实施最佳正交分解得到一组特征函数.将控制方程采用Galerkin投影的方法投影到基函数所代表的空间上,从而得到原物理问题的低阶模型.计算结果表明,通过POD方法得到的低阶模型可以非常准确,并且快速地得到问题的解.     

BNCT优化网格设计及相关算法研究

用MCNP蒙特卡罗程序模拟了硼中子俘获治疗(BNCT)3种国际基准网格模型, 并与 修正的Snyder椭球模型进行了比较. 在此基础上, 给出了一种保质量守恒、内存量少、易于产生输入文件的4种基本材料成分的BNCT网格模型. 计算结果表明, 在4mm网格下, 新模型可以达到基准模型的精度; 根据解析模型剂量随深度的变化规律, 研究构造了多网格组合模型, 在重要区域计算精度不损失的条件下, 计算时间大大缩短. 最后研究给出了一个既保证精度、又在可接受的时间内完成剂量计算的模型、样本数和相应的算法, 它基本上满足临床BNCT的要求.     

基于涡量流函数方程的POD低阶模型研究

现有流动的POD低阶模型大都是对N—S方程建立的,由于在建立过程中推导较复杂且研究发现,涡量流函数低阶模型重构流场所需的基函数个数少于N—S低阶模型所需的个数,因此本文研究基于涡量-流函数方程的POD模型。本文将此模型应用于顶盖驱动流验证该模型的计算精度。数值计莽表明:当采用较少个数的基函数时,基于涡量流函数的POD低阶模型较基于N—S方程的POD低阶模拟计算精度更高;保证计算精度相同时,基于涡量流函数的POD低阶模型所需基函数个数更少;且该模型与有限容积法计算结果吻合良好。     

BNCT蒙特卡罗剂量计算中网格构造和材料确定的一种简便方法

BNCT国际基准问题分别推出了16 mm,8 mm和4 mm三种标准化网格模型,用MCNP蒙特卡罗程序模拟了这些模型,并与Snyder解析模型进行了比较.在此基础上,给出了一种质量守恒好,网格逼近程度高,且基于4种基本材料成份的BNCT网格构造方法.计算结果表明,在4 mm网格尺寸上,新方法采用基本材料模型可以达到采用混合材料模型的精度;用这种方法进一步产生了5 mm网格模型,把模拟结果和解析模型进行了比较,发现5 mm网格模型大脑内剂量计算误差较小,质量守恒好,并且能大大节省计算机模拟的时间,是一种很好的优化网格.     

CAMPLE一种求解不可压流动的协调算法

本文提出了一种两次求解质量守恒方程、速度与压力协调的求解不可压缩流体流动与传热问题的算法。它采用与SIMPLER求解压力相似的方式,将不含亚松弛因子的离散动量方程转化为假拟速度与压力差的函数,代入到离散质量守恒方程中得到压力方程,以解决压力没有控制方程的问题。通过两次计算假拟速度和求解质量守恒方程,获得同时满足质量守恒与动量守恒的速度和压力,克服了以往的SIMPLE类算法中每一迭代步中速度和压力均不满足动量方程的缺点。有限几个算例表明,新算法的速度松弛因子对收敛速度的影响远小于SIMPLER算法,在松弛因子接近于1时,收敛速度略低于SIMPLER算法,但松弛因子低于0.8时,收敛时间与迭代次数则远小于SIMPLER,算法。     

信息保存方法在微尺度变温流场中的应用研究

在信息保存法(IP)方法的基础上，提出了一个简单易行的温度模型，该模型可以有效模拟计算有温度变化的流动.此外研究发现，在用IP方法模拟计算的流场局部密度变化很大时，如果采用质量守恒方程的二阶中心差分格式更新信息密度时会使计算发散，因此建议采用一阶迎风格式更新信息密度. 关键词： IP方法 低速流动 微尺度 变温流动     

集输管路上升管系统严重段塞流实验和理论模拟

严重段塞流的实验研究表明,在气泡进入上升管底部到运动至出口的过程中,上升管中气泡头部以下流型为弹状流型;当气泡头部流出上升管后,上升管中的流型可看作块状流型。根据实验结果,本文提出了采用漂移流模型简化计算上升管中两相流动、上游管道中气体膨胀满足质量守恒,同时考虑上升管内液体动量守恒的严重段塞流计算模型。计算值与测量值比较表明,模型可以正确预测出气体膨胀流动过程,气体流动时间不受入口气液流量的影响。模型可以准确计算出严重段塞流周期、液塞长度和倾斜管中液柱最大长度等参数。     

基于Boltzmann输运方程的SPECT系统解析建模方法

在单光子发射断层成像(SPECT)中, 为了校正劣化因素的影响, 提高图像质量, 需要对SPECT成像的物理过程进行准确建模. 本文提出了基于Boltzmann输运方程及其Neumann级数解理论的SPECT系统解析建模方法, 并采用数论高维数值积分算法对解析建模公式进行数值求解. 分别对点源、均匀圆柱体模型和NCAT模型进行SPECT投影过程计算, 将其结果与传统的Monte Carlo建模方法进行比较. 结果表明解析建模方法的计算速度和精度综合性能优于Monte Carlo建模方法, 且具有不受统计噪声影响的优点, 因而更适于进行SPECT成像过程的建模.     

基于孔内流动机理的气膜冷却界面模型

气膜冷却是燃气轮机中重要的冷却方式。本文关注孔内流动机理,发现了一个我们称之为单向弱耦合的现象,即孔内流动会改变下游冷却效果,而主流条件的改变对于孔内出口面附近某一界面以下的流动没有影响,该界面被称之为特征界面。这一现象显著减少了孔内流动所依赖参数的数目,简化了气膜冷却的建模过程。基于这一现象,本文提出了气膜冷却界面模型。该界面模型引入卷积神经网络(CNN)模型,基于四个反映参数预测特征界面上流场分布,并将其作为冷却射流的入流边界条件,在CFD中计算下游冷却效果。将界面模型应用于平板及端壁气膜冷却算例,显示了较强的通用性和较高的精度,同时将计算效率提升了一个数量级。     

特征变量选择和回归方法相结合的土壤有机质含量估算

针对高光谱数据量大、信息冗余严重的现象,应用稳定竞争性自适应重加权采样(sCARS)、连续投影算法(SPA)、遗传算法(GA)、迭代保留有效信息变量(IRIV)和稳定竞争性自适应重加权采样结合连续投影算法(sCARS-SPA),从全波段光谱数据中筛选特征变量,并利用全波段和特征波段建立偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)模型预测土壤有机质含量。结果表明, PLSR和SVM模型结合特征变量选择,不仅提高了模型运算效率,而且模型预测能力较全波段均有一定提高;RF模型采用特征变量建模,对模型精度的提高不是十分明显,但其构建模型的变量数量却显著减少,大大提高建模效率。RF模型精度优于SVM和PLSR模型,IRIV结合RF建立的土壤有机质含量预测模型,变量数仅63个,校准集和验证集模型决定系数(R~2)分别为0.941和0.96,验证集相对分析误差(R_(PD))为4.8。与全波段建模相比,特征变量选择和回归方法相结合,在保证模型精度的同时,可有效提高建模效率。     

缝洞型介质流动模拟的多尺度分解法

缝洞型介质通常具有非均质性强、结构多尺度的特征.传统数值方法在解决此类多尺度流动问题时,难以兼顾计算精度与计算效率,无法实际应用.对此,本文提出了多孔介质流体流动的多尺度分解法,并应用于缝洞介质流动模拟,能够大幅减小计算的复杂度,同时,可以通过控制均化程度控制计算精度.该方法将求解空间分为若干个子空间的正交直和,从而获得一个近线性的计算复杂度;以分层计算的方式实现了快速计算,另外这种方法是一种无网格方法,具有较好的地层适应性.同时,采用离散缝洞模型简化缝洞结构,进一步提高了计算效率.详细阐述了基于多尺度分解法的多孔介质流体流动数值计算格式的建立,重点介绍了如何在不同的层次上计算基函数.数值结果表明,本文提出的计算方法不仅能够准确捕捉多孔介质中的精细流动特征,而且具有很高的计算效率,是一种有效的流动模拟方法.     

高温气冷堆反射层竖向窄缝中的旁流研究

球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)的堆芯为散体结构,石墨砖间的大量窄缝构成了氦气的旁流通道,会影响堆芯的流量、温度分布以及反应堆的安全性,是HTR-PM热工设计中的一个重点。本文利用商用计算流体力学软件Fluent研究了HTR-PM侧反射层单条竖向窄缝的旁流问题,在确认球床、底反射层、窄缝等计算模型的基础上建立了整体模型,分析了不同窄缝入口旁流量对堆芯流量、温度等主要参数的影响和流动规律,为后续旁流问题的深入研究奠定了基础.     

一种添加历史数据的近红外光谱特征提取方法研究

针对近红外光谱定性分析中,增加新的品种进行建模时,原有模型识别效果不够稳定的问题,提出一种在建模样本的基础上添加同类物质的历史光谱数据的特征提取方法,首先采集建模样本的近红外光谱数据,然后添加同种物质样本的历史近红外光谱数据,再对所有近红外光谱数据进行预处理,其次对所有样本数据进行偏最小二乘(PLS)特征提取得到偏最小二乘空间,并只将建模样本数据向构建的偏最小二乘空间进行投影,最后将投影后的建模数据进行正交线性判别分析(OLDA)特征提取。以玉米种子近红外光谱为研究对象,分别对建模数据添加历史近红外光谱以及不添加历史近红外光谱两种情况进行特征提取,并通过仿生模式识别(BPR)方法构建模型进行验证,实验结果表明,添加历史近红外光谱构建偏最小二乘空间的特征提取方法相对于不添加历史近红外光谱的方法,首先在增加建模集品种数量时,原有的品种识别率基本不变;其次在相同PLS维数时,所建模型对不同时间采集的测试集识别效果基本一致,证明了该方法可以提高模型稳健性。在实际应用中就可以在品种鉴别软件中将特征提取维数设置为固定值,免除了品种鉴别软件的用户在增加建模集品种时为了保证最优识别效果重新选定最优PLS参数的麻烦。     

基于自适应本征正交分解混合模型的跨音速流场分析

采用非线性模型替代线性回归模型响应本征正交分解(POD)基函数的系数,并采用自适应抽样方法确定快照集合,实现了基于自适应POD混合模型的跨音速叶片复杂流动分析及流场拟合.首先通过比较基于线性回归模型和非线性回归模型的基函数系数响应精度,验证非线性回归模型的收敛性和精确性;之后通过与静态抽样方法进行对比,研究分析自适应抽样技术的优越性;最后开展基于自适应POD混合模型的全三维跨音速流场分析及流动拟合.结果表明,采用自适应POD混合模型,不仅能够清晰地识别三维跨音速流场中的敏感流动特征,还能精确地拟合设计空间内任意状态的流场及出口气动参数.     

热传导问题的比例边界等几何Mortar方法

将比例边界等几何Mortar方法用于求解热传导问题。该方法可将全域分解为若干子域,针对每个子域分别建模和剖分网格,交界面网格无需逐点匹配;各子域交界面之间的连续条件可被Mortar条件满足;只需对子域的边界采用NURBS基函数进行等几何建模与离散,使问题降低一维,并避免了几何模型与计算模型之间的误差。数值算例表明该方法具有收敛性有保证,计算精度高的特点。     

采用可见/近红外光谱检测大麦叶片过氧化氢酶与过氧化物酶含量的研究

采用可见/近红外光谱对丙酯草醚胁迫下大麦叶片过氧化氢酶(catalase, CAT)与过氧化物酶(peroxidase, POD)含量预测进行研究。对500～900 nm光谱采用移动平均法(moving average, MA)11点平滑方法进行预处理。采用蒙特卡罗-偏最小二乘法(monte carlo-partial least squares, MCPLS)方法分别对于CAT与POD的含量预测剔除7个与8个异常样本。基于全部光谱建立了CAT与POD含量预测的PLS,最小二乘支持向量机(least-squares support vector machine, LS-SVM)与极限学习机(extreme learning machine, ELM)模型,ELM模型对CAT含量预测效果最好,建模集相关系数(correlation coefficient of calibration, R_c)为0.916,预测集相关系数R_p为0.786;PLS模型对POD含量预测效果最佳,R_c为0.984,R_p为0.876。采用连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)算法分别为CAT与POD预测选择了8个与19个特征波长,基于特征波长建立的PLS,LS-SVM与ELM模型中,ELM模型对CAT与POD含量预测效果均最佳,CAT含量预测的相关系数为R_c=0.928,R_p=0.790;POD含量预测的相关系数R_c=0.965,R_p=0.941。基于全谱与基于特征波长的回归分析模型预测效果相当,且对POD含量的预测效果优于对CAT含量的预测效果,而这需要进一步研究以得到精度和稳定性更高的预测模型。研究结果表明,采用可见/近红外光谱结合化学计量学方法可以实现对除草剂胁迫下大麦叶片CAT与POD含量的预测。     

油藏单相流动POD低阶模型研究

针对油藏模拟的高精度快速计算需求,本文将特征正交分解方法应用于对油藏模拟控制方程的降维处理,建立了油藏单相流的POD低阶模型。在90个算例中,对渗透率均匀/非均匀分布、各向同性/各向异性等情况,所建立的油藏单相流POD模型的计算结果相对于有限差分法计算结果的偏差在10~(-6)~10~(-3)量级范围内,计算时间约为有限差分法的1/3000~1/9000。     

一种无线传感器网络健壮性可调的能量均衡拓扑控制算法

无线传感器网络中, 应用环境的干扰导致节点间距不能被准确度量. 所以利用以节点间距作为权重的闭包图(EG)模型构建的拓扑没有考虑环境的干扰, 忽略了这部分干扰带来的能耗, 缩短了网络生存时间. 针对无线传感器网络拓扑能量不均的特点和EG模型的缺陷, 首先引入节点度调节因子, 建立通信度量模型和节点实际生存时间模型; 其次量化网络节点度, 从而获取满足能量均衡和网络生命期最大化需求的节点度的取值规律; 然后利用该取值规律和函数极值充分条件解析推导出网络最大能量消耗值和最长生存时间, 并获得最优节点度; 最后基于以上模型提出一种健壮性可调的能量均衡拓扑控制算法. 理论证明该拓扑连通且为双向连通. 仿真结果说明网络能利用最优节点度达到较高的健壮性, 保证信息可靠传输, 且算法能有效平衡节点能耗, 提高网络健壮性, 延长网络生命周期.