细菌觅食优化算法在光散射法颗粒粒度反演中的应用

针对函数约束算法中传统的智能算法反演时存在鲁棒性差和易陷入局部最优的缺点,提出了将正则化理论与细菌觅食优化算法相结合应用在颗粒粒度的测量中。引入Tikhonov平滑泛函来构建算法的目标函数,采用L曲线法确定正则化参数;再利用细菌觅食优化算法通过趋向、聚群、复制和迁徙等四种智能行为,迭代计算来搜寻函数的最优解。实验仿真结果表明:利用细菌觅食优化算法实现了在不同程度的随机噪声下的服从J-SB分布的单峰分布的均匀球形颗粒粒度分布反演,其反演结果更稳定,反演精度高,对于实现稳定、快速、准确的颗粒粒度在线测量具有重要的意义。     

散热片对变压器声辐射的影响及优化分析*

油浸式配电变压器表面布有大量散热片结构,使得油箱振动声辐射变得复杂。该文研究了散热片结构对油浸式变压器辐射声场的影响,在此基础上提出了散热片结构尺寸的优化措施。建立了考虑流固耦合的变压器振动和声学分析模型,提出了散热片声场效应评判准则,基于模态分析和频响分析探讨了散热片对变压器振动声辐射影响的振动效应、声源效应和声障效应。实验数据和仿真分析结果表明,变压器散热片对变压器振动声辐射的影响不可忽视,尤其是声源效应。采用遗传算法对散热片分布和尺寸参数进行优化分析,计算结果表明,通过优化散热片可以有效降低变压器表面均方振速和辐射声功率,可为变压器噪声控制和优化提供依据。     

非对称空间光学遥感器主动热控系统多目标优化设计

针对大口径、离轴、非对称结构的空间光学遥感器主动热控功率最小分配的难题,提出一种基于多目标遗传算法的功率优化方法。首先根据空间相机结构建立有限元模型。然后,凭借设计者的经验,根据相机结构特点及大致热分布规律,初步划分热控区域,规划设计变量和目标变量。之后,将设计变量和目标变量代入多目标遗传算法求出Pareto最优解集。最后,在最优解集中选出合适的功率分配代入到仿真模型中进行计算,得到优化后的功率分配及温度场。对某离轴三反空间相机进行了功率优化和地面热平衡试验。经TMG仿真计算,优化后整机波动范围在低温工况和高温工况分别降低了4.76%和35.7%,并且总功耗降低了6.85%。经地面热平衡试验表明,整机温度场温差控制在±0.5℃以内,满足±2℃的指标要求。     

混沌系统控制与同步的细菌觅食和差分进化混合算法

将混沌系统的控制与同步问题转化为函数优化问题,提出CDEM算法.把差分进化算法与细菌觅食算法相融合,提高DE算法的收敛性,并利用遗传变异算子保持种群多样性;利用CDEM算法求解混沌系统的控制与同步问题.以典型的离散混沌系统Hénon Map为例进行数值试验,结果表明算法有效、稳定,并分析各个参数对该算法的影响.     

一种适用于对称截面的主动式热斗篷的研究

直接求解导热方程对具有自适应热源的可控式热隐身技术进行数值研究，探索热流控制方法及隐身效果，推导出均匀背景下二维对称截面热斗篷热隐身区域自适应热源分布的通解.仿真结果表明：对于任意对称截面斗篷，自适应热源都能使得扰动后的温度场很好地恢复到背景温度场，达到热隐身的目的.     

基于多目标人工鱼群算法的光疗LED照度优化研究

提高发光二极管（light emitting diode,LED）组成的光疗光源在照射平面上的照度均匀分布水平,对于光疗设备发展具有重要的价值。提出了一种基于多目标人工鱼群算法的光疗LED光源的照度优化方法。设计了2种不同组合模式的光疗LED光源阵列。结合多目标人工鱼群算法对光疗LED光源阵列组合数据进行优化,使光疗LED光源阵列的照度分布更加均匀。将优化设计后的光疗LED 光源芯片组合数据,导入光学仿真软件TracePro实现仿真验证,得到经优化的圆形光源排列的照度均匀程度较未优化圆形光源排列提升0.104,矩形光源排列的照度均匀程度较未优化矩形光源排列提升0.148。对比分析最终数据,验证了该优化方法是可行的,可以提高光疗LED光源的照度分布水平。     

类视网膜阵列结构的光纤相控阵方法研究

出射光束阵列布局对光纤相控阵的高功率激光相干合成性能有着重要影响。针对现有光纤相控方法的阵元间距难以突破半个波长,导致能量合成效率低的问题,提出了类视网膜多环形光纤相控方法,设计了具有圆形对称分布的结构,在保持中心阵元以及最外环阵元位置不变的情况下,通过粒子群算法优化环间其余阵元间距以获得最佳的远场相干合成性能。仿真结果表明,与传统光纤相控方法相比,提出的阵列布局可将能量集中度从0.562提升至0.921,峰值旁瓣水平从0.212压缩至0.043。     

A novel power allocation strategy for cooperative PDMA systems

Cooperative communication technology is of great importance for increasing the user reachable rate, further improving throughput and reducing the outage probability of non-orthogonal multiple access (NOMA) systems. This paper mainly studies the power allocation optimization method based on amplify-and-forward (AF) pattern division multiple access (PDMA) to obtain the maximum achievable throughput. We formulate an optimization problem of user power allocation in a downlink PDMA system with cooperative relaying, the exact expressions of system throughput and user outage probability of the AF-PDMA system are derived, and a novel power allocation optimization method based on uniform distribution and restricted constraints is proposed. The effectiveness of the restricted constraints and optimization method is verified by theoretical analysis and simulation. The studies we have performed showed that the proposed scheme with uniform distribution and restricted constraints can be significantly improved in terms of the system throughput in comparison to the case with a genetic algorithm (GA) and fixed power allocation scheme. Concerning the proposed method, the search space is reduced to 1/3 of the original feasible region, and the runtime of the algorithm accounts for only 20% of the GA runtime.     

加权差分进化算法应用于换热网络综合

针对差分进化算法应用于换热网络受控制参数影响和后期种群多样性丧失进化乏力的不足,引入加权差分进化算法提升优化性能,算法的有效性已经在连续变量优化得到证明.本研究将其引入属于混合整型变量的换热网络综合,实现差分进化算法无控制参数调节.使用三个小到中等规模网络算例进行验证,其中两个算例取得目前公开文献最优年综合费用.通过建...     

Distributed sound source localization algorithm with sound velocity calibration in windy environments

A new sound source localization method with sound speed compensation is proposed to reduce the wind influence on the performance of conventional TDOA(Time Difference of Arrival) algorithms. First, the sound speed is described as a set of functions of the unknown source location, to approximate the acoustic velocity field distribution in the wind field. Then,they are introduced into the TDOA algorithm, to construct nonlinear equations. Finally, the particle swarm optimization algorithm is used to estimate the source location. The simulation results show that the proposed algorithm can significantly improve the localization accuracy for different wind velocities, source locations and test area sizes. The experimental results show that the proposed method can reduce localization errors to about 40% of the original error in a four nodes localization system.     

红外无损探测中多宗量多热源反演问题的研究

为研究红外无损探测稳态多热源反演逆问题, 建立不同形状的均质与非均质稳态热传导模型, 其中内热源个数、位置、强度、面积均为未知项. 基于数值算法中有限元算法对模型进行离散分析, 化简有限元矩阵方程, 最终转化为对Ax = b高度欠定方程的求解. 首次利用分段多项式谱截断奇异值分解法处理内热源逆问题, 并对算法进行改进, 有效改善了该算法在处理多热源反演时存在的严重的热源叠加效应. 根据反演出的内热源信息, 利用有限元算法计算重构出整个模型内所有节点的温度分布. 运用数值仿真Comsol软件和具体实物实验对算法进行有效性评估, 并验证算法在不同热传导模型中的表现. 结果表明, 算法能够准确反演出多热源各参量信息, 在非均质材料模型中仍能准确地反演出热源项, 并有效重构出模型内温度场. 该算法可应用于材料无损检测及人体红外医学成像等领域.     

一种适用于复杂换热网络优化的耦合联动进化策略

针对启发式算法在优化换热网络后期由于种群多样性消失等原因造成难以找到使年综合费用进一步下降的进化方向，本文提出换热器耦合联动进化策略.该策略在一般启发式算法优化后期通过按一定概率分布抽取部分换热量不为零的换热器参与联动进化，以找到使费用下降的耦合匹配.算例验证表明，该策略效果明显.将该策略与RWCE算法相结合组成一种混合算法.首先采用RWCE算法对求解域进行初步探索，利用该算法强大的全局搜索能力找到求解域内各个潜力结构.然后再用耦合联动进化策略对各潜力结构进行深入搜索，搜索完成后再经变异反馈给RWCE算法.将该混合算法应用于10SP2和15SP算例，得到了较好的优化结果.     

车用散热器百叶窗翅片结构仿真优化

随着现代发动机技术的进步,发动机功率和性能的提升,也对发动机散热器提出了更高的要求。在兼备良好的散热性能和稳定性的同时,更要求散热器结构紧凑,以实现轻型化。通过对车用发动机管带式散热器的局部翅片和整体散热器进行三维建模,分析百叶窗翅片角度、翅片波距、翅片波高对空气侧压降影响,并对影响散热器散热性能主要因素进行分析。然后采用了多孔介质代替翅片的方法,模拟整体散热器的散热性能,并对比实验结果验证仿真模型准确性。最后拟合仿真数据的总传热系数和空气侧压降系数,建立粒子群算法优化数学模型。在不改变散热器外形尺寸和空气侧压降符合设计标准的情况下,优化散热器的翅片结构。翅片结构优化后,空气侧压降基本不变,散热量提升了11.6%。     

等离子弧焊接熔池演变过程的模拟和验证

本文建立了描述等离子弧焊接熔池相变传热与流动的三维数理模型,考虑表面张力、电磁力和浮升力的作用,并针对等离子弧焊接特点,改进组合式体积热源模型,上部采用双椭球热源,下部采用圆锥体热源。重点分析了焊接熔池形状和温度场的演变过程,熔合线的模拟形状与实验焊缝吻合,较好地呈现了焊缝的凸起和熔池宽度,验证了数学模型和热源模型的正确性。本文还进一步开展了焊接功率和焊接速度的影响分析。研究结果表明,流动对焊缝形状的影响不容忽略,而表面张力在三个流动驱动力中占主导地位;焊接功率越大,焊接速度越小,越有利于焊件焊透,数值模拟得到优化的焊接功率和速度有益于实际焊接生产质量及效率。     

Symmetry properties of three-dimensional magnetization distributions induced by focused circularly polarized lights

We analyze symmetry properties of the three-dimensional magnetization distribution in the optic-magneto film induced by focused circularly polarized lights. The magnetization distributions are derived and evaluated based on the vector diffraction theory and the inverse Faraday effect of the isotropic and nonmagnetically ordered material. It is shown that for any radial symmetrical amplitude, phase, or hybrid amplitude-phase pupil filter, the magnetization distribution of the axial component is circular symmetric but those of the radial and azimuthal components are annular symmetric with regard to the optical axis. All of the three components have a symmetric distribution with regard to the focal plane. The direction of both axial and radial components can be inversed with the helicity of incident circularly polarized light but the direction of azimuthal component is independent of helicity. The axial component has a decisive effect to all-optical magnetic recording, and within the effective axial range, the size of its magnetization domain hardly expands in the transverse direction.     

混沌免疫多目标算法求解认知引擎参数优化问题

合理的认知引擎参数设置可以提高频谱的使用性能. 通过分析认知无线网络中的认知引擎参数配置, 给出了其数学模型, 并将其转化为一个多目标优化问题, 进而提出一种基于混沌免疫多目标优化的求解方法. 算法使用Logistic混沌映射初始化种群, 并在每一代将混沌特性用于最优解集的搜索; 设计了适合此问题的免疫克隆算子和抗体群更新算子, 保证了Pateto最优解集分布的多样性和均匀性. 最后, 在多载波环境下对算法进行了仿真实验. 结果表明, 算法可以根据信道条件和用户服务的动态变化, 自适应调整各个子载波的发射功率和调制方式, 可以求出更多满足偏好需求的解, 满足认知引擎参数优化要求.     

行波管电子枪热分析与结构优化设计

利用ANSYS软件建立某Ka波段行波管2 mm阴极电子枪的有限元模型,并进行稳态及瞬态热分析,提取热流矢量图与温度分布图,得到阴极稳态时的温度分布及预热时间。对电子枪样品进行实验测试,得到的实测温度与模拟温度相差2%,因而在误差允许的范围内有限元方法是可行的。根据热流矢量图对热屏蔽筒进行结构优化,优化后,阴极温度比优化前提高了28 ℃,整枪最高温度提高了27 ℃,阴极预热时间缩短了40 s,缩短幅度达到33％。优化后的结构较大程度地提高了阴极的快启动性能,提升了行波管的快速反应能力。     

电磁波在非均匀磁化的等离子体鞘套中传输特性研究

采用流场模拟软件模拟了十一组分RAM-II飞行器表面等离子体鞘套的分布,提取了四个典型飞行高度、飞行状态下的等离子体鞘套的分布信息.然后根据RAM-II飞行器等离子体鞘套数据,利用计算色散介质的Z变换FDTD方法主要计算了电磁波在四个不同高度处等离子体鞘套中的功率反射系数和功率透射系数.此外,根据目前可以做出的磁场强度的大小,对四个不同高度下的非均匀等离子体鞘套层按距飞行器表面的距离进行相应的非均匀磁化.由于左旋极化波和右旋极化波在磁化等离子体中的传输特性不同,最后对比了左旋极化波、右旋极化波在非磁化和磁化情况下的传输特性,对飞行器导航通信磁窗天线的设计给出建议.     

基于荧光显微镜单色光源系统的椭球反射镜的设计

为了实现胞内钙离子浓度的检测，设计了一种新型的荧光显微镜单色光源系统。系统采用短弧氙灯作为发光源，利用椭球面反射镜聚焦后得到模拟的点光源，经过准直及闪耀光栅分光、汇聚后，耦合到光纤中形成单色光输出。在荧光显微镜照明激发系统中，单色光源的输出功率和光谱纯度是仪器的2个技术关键，其中非球面反射镜是设计的重点。通过优化算法和光学仿真模拟，对系统的光能效率进行了分析和计算，设计了用于单色光源系统的椭球面反射镜，并研制成整套系统。经实验验证，效果良好。     

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介绍了过冷沸腾换热的数值模拟方法以及在EAST第一壁组件冷却系统中的应用.采用双流体模型,系统分析了过冷沸腾壁面换热过程中存在的各种换热模式,给出了Fluent软件封闭关系式中所需的质量、动量以及能量的交换项的形式.采用用户自定义函数(UDF)模拟壁面沸腾气化过程,对提出的模拟方法与已发表的实验数据对比进行了校核,得出合理的结论.最后分析了过冷沸腾两相流在EAST第一壁中的工程应用,模拟了热沉冷却结构的沸腾换热现象.为EAST PFCs的冷却结构优化提供了依据.