气液两相流动数学模型在同心式泡沫发生器优化中的应用

为了给冲砂洗井泡沫的制备和关键工艺设备研制提供理论基础,应用气液两相流动数学模型对泡沫发生器内部流场进行模拟计算.通过改变出气管顶端的倾角和出气管至入口变径腔距离来分析泡沫发生器内部速度和压力对流场影响,得到更科学合理的泡沫发生器结构参数.     

基于Gauss羽流模型低阶预估旋流燃烧室中守恒标量的空间分布北大核心CSCD

混合分数是表征燃料-空气混合的守恒标量,是湍流燃烧建模的关键参考标量.其空间分布通常通过三维数值模拟获得,然而对于几何形状复杂的燃烧器,三维数值模拟耗时长、成本高,导致燃烧器迭代设计过程效率低.该研究发展了基于Gauss羽流(Gaussian plume)模型的低阶模型来计算旋流燃烧室中的混合分数场,以加速燃料-空气混合策略的评估和参数化设计过程.相比传统的构型,新推导的Gauss羽流模型包含了径向对流的影响和针对旋流来流的修正.进一步发展了镜像反射模型来模拟壁面-羽流的相互作用,并引入相关修正来确保质量守恒.将新推导的Gauss羽流模型应用于甲烷旋流燃烧室混合分数场的低阶预测.基于数值收敛的三维数值模拟生成的数据库,首先采用最小二乘法对模型参数进行优化,然后在宽范围条件下验证了模型的预测精度.该研究不仅为旋流燃烧器内混合分数的快速预测提供了一种新方法,而且为Gauss羽流模型的进一步发展和应用提供了实例.     

具有动应力、位移和稳定性约束的离散变量桁架结构布局优化设计算法

给出了在动应力、动位移和动稳定约束下离散变量结构布局优化设计问题的数学模型,用“拟静力”算法,将具有动应力约束、动位移约束和动稳定约束的离散变量结构布局优化设计问题化为静应力、静位移和静稳定约束的优化问题,然后利用两级优化算法求解该模型．优化过程由两级组成,拓扑级优化和形状级优化．在每一级,都使用了综合算法,并且在搜索过程中都根据两类设计变量的相对差商值进行搜索．对包含稳定约束和不包含稳定约束的优化结果做了比较,结果显示稳定性约束对优化结果产生较大的影响．     

具有负顾客和特殊类顾客的串联排队系统分析

讨论了带有普通类顾客、负顾客和特殊类顾客的M/M/1→M/M/1两级串联排队系统模型,负顾客在一级服务系统中,一对一抵消队尾的普通类顾客(若有),若一级服务系统无普通类顾客,负顾客自动消失,负顾客不进入二级服务系统.特殊类顾客不经过一级服务系统,直接进入二级服务系统等待接受服务.用拟生灭过程和矩阵几何解方法,得到了系统稳态队长的分布,以及系统忙期的分布和顾客逗留时间的分布等相关指标.     

基于多目标优化算法的系泊系统设计

系泊系统设计对近浅海观测网的信息传输起到了至关重要的作用.针对存在风力和水流力的多成分系泊系统,建立了计算锚链形状、钢桶和钢管的倾斜角度、浮标的吃水深度和游动区域为主的多参数多目标优化模型.结合力与力矩的平衡方程,分析了各参数的约束条件.以吃水深度、最大游动距离和钢桶倾角作为目标函数,并根据多目标遗传算法求解得到最优设计方案.最后通过模型检验,验证了方案的可行性.     

复合超疏水表面制备及其上液滴运动特性研究

采用光刻法制备出微米尺度的硅微方柱结构,并利用化学气相沉积的方法在其上可控地生长定向碳纳米管,由此制备出具有可控比例微纳二级结构的超疏水表面.通过扫描电子显微镜(SEM)测量和接触角、滚动角测试的方法对具有不同微纳结构比例及尺寸的表面形貌和性能进行探查和测试,对制备过程中参数的选择做出了优化处理.得到了表面性质均匀、稳定的二级结构超疏水表面.通过粒子图像测速(PIV)的方法测量在结构表面滚动液滴的内部流动形态,并与一级结构表面进行对比.分析并总结了该文中表面的疏水机理及表面微纳结构比例、形态、尺寸等因素对疏水性能的影响.     

中国碳排放灰色预测

中国碳排放问题成为世界关注的焦点问题.预测中国未来碳排放有助于实现2020年的碳减排目标.选取2002-2009年中国碳排放数据,通过灰色GM(1,1)模型,对中国碳排放进行了短期预测.模型检验结果表明:预测精度为二级,关联度、均方差比值和小误差概率均为一级,预测结果与实际值出入较小,到2015年中国碳排放量将超过三十二亿吨碳,"十二五"期间二氧化碳减排形势严峻.针对研究结果,提出发展低碳经济,提高能源效率和发展非化石能源来降低碳排放的策略.     

动态连续蚁群系统及其在天基预警中的应用

存在监控冲突的天基中段预警传感器调度优化是一个动态、高维、复杂多约束的非线性优化问题,其解空间的高维度与状态复杂性直接制约了智能优化算法的运用.本文以任务分解与任务复合优先权计算为基础,通过二级分离机制将解空间维度与状态复杂性降低至适于连续蚁群(continuous ant-colony optimization,CACO)处理的全局优化形态,构建出相应的优化子路径集.在此基础上,针对监控冲突导致的状态变化特性,从局部搜索递进与募集的角度提出适于传感器调度优化的MG-DCACO(double direction continuous ant-colony optimization based mass recruitment and group recruitment)算法,成功将智能优化算法应用于基于低轨星座的天基中段预警中.最后对算法的收敛性进行论证,并通过与已有规则调度算法的对比得出MG-DCACO算法可获得优于规则调度算法的全局最优解.     

壁面效应对剪切稀化流体内气泡上浮特性的影响

数值研究了壁面效应对剪切稀化流体内气泡上浮运动特性的影响,气液两相的界面捕捉采用流体体积(VOF)法,剪切稀化流体流变特性和气液相间表面张力的计算分别采用Carreau模型和连续表面张力模型.详细研究了不同流变指数下,壁面效应对气泡形状、液相流场和气泡终端速度的影响.结果表明,强的壁面效应或弱的剪切稀化程度会限制气泡的变形和尾涡的形成,使气泡的终端速度减小;气泡终端速度最易受壁面效应的影响;强的壁面效应和强的剪切稀化程度会导致高剪切速率区域出现在壁面附近,引起壁面附近液相表观黏度大幅度的下降.     

去除稀疏和结构化噪声的交替方向增强拉格朗日算法

图像和视频去噪是数字图像处理的必要环节之一.为了去除图像和视频中广泛存在的稀疏噪声和结构化噪声,提出了一种分离低秩矩阵、稀疏矩阵和结构化矩阵的优化模型一主成分离群点追求.在交替方向最小化思想的基础上,利用增强拉格朗日乘子法求解主成分离群点追求模型,设计了求解模型的交替方向增强拉格朗日(ADAL)算法,加入了一种连续技术以提高算法的收敛速率.仿真实验结果表明,提出的模型和算法能够有效去除不同尺寸矩阵的不同比例的稀疏噪声和结构化噪声.     

基于AHP的轨道交通创新服务平台绩效指标体系研究——以中铁轨道交通高科技产业园为例

轨道交通创新服务平台可以通过产学研结合,有效地整合各种科技创新资源,并围绕企业技术创新活动中的薄弱环节提供服务,以此来提高区域的产业竞争力,实现产业的集群效应.然而,目前国内关于创新服务平台的建设经验明显缺乏,使得平台的运行效率低下,平台的发展背离原来的产业目标.关于创新服务平台绩效提升的研究具有迫切的现实需求.对轨道交通创新服务平台的功能定位进行分析,并以此为基础,利用AHP和德尔菲方法建立了轨道交通创新服务平台绩效指标体系和绩效评估模型.指标体系包括:创新服务能力、技术创新能力、资源整合能力、创新生态环境及平台管理水平等5个一级指标、15个二级指标及36个三级指标.     

一种推广的求解可分离凸优化问题的黄金比率邻近ADMM算法

ADMM算法是求解可分离凸优化问题的经典算法之一,但其无法保证原始迭代序列的收敛性且其子问题计算量很大.为了保证该算法所有迭代点列的全局收敛性及提高计算效率,采用凸组合技术的黄金比率邻近ADMM算法被提出,其中凸组合因子Ψ是关键参数.本文在黄金比率邻近ADMM算法的基础上,扩大了凸组合因子Ψ的取值范围,提出了收敛步长范围更广的推广黄金比率邻近ADMM算法.并在一定的假设下,证明了算法的全局收敛性及函数值残差和约束违反度在遍历意义下的O(1/N)次线性收敛速度.以及,当目标函数中任意一个函数强凸时,证明了算法在遍历意义下的O(1/N²)收敛率.最后,本文通过数值试验表明推广算法的有效性.     

基于最小二乘法对BWM法与熵权法的优化评价模型与协调度分析

以教育可持续发展为目标,构建涵盖家庭子系统、社会子系统、学校子系统的课堂生态活力评价指标体系.首先设计了3个一级指标、8个二级指标和20个三级指标构建评价指标体系,采用BWM法和熵权法对各评价指标求取主、客观权重,基于最小二乘法对主客观权重进行组合优化,得到各评价指标的综合权重,最后对课堂生态活力体系进行协调度分析.结果表明:学校系统对重庆市课堂生态活力的影响作用最大,家庭系统次之,社会系统的影响作用最小;协调度分析表明:课堂生态系统协调度最好的是沙坪坝区,而协调度最差的是城口县.     

基于无人机航拍和交通冲突理论的城市交叉口安全评价方法

现有城市交叉口安全评价方法多以交通事故数据统计为基础,方法存在数据收集时间较长、评价时间跨度大等不足,研究综合运用无人机航拍技术和交通冲突理论,对交叉口安全状况进行评价研究.首先,建立交叉口安全综合评价指标体系,体系由5个一级指标和15个二级指标构成.接着,提出基于交通冲突理论的城市交叉口层次分析-可拓安全评价模型,利用层次分析法的多层次性和可拓学的矛盾统一性从宏观角度综合评价城市交叉口的安全状况.其次,运用无人机航拍技术,获取全景的交叉口运行情况,提取交叉口渠化形式和交通冲突分布特征,并提出交叉口安全改善措施,运用微观仿真评估改善措施的有效性.最后,以天津市气象台路与平山道交叉口为例,运用无人机进行航拍,从航拍录像中提取交通冲突数据,运用层次分析-可拓安全评价模型,评估得出该交叉口的安全状况一般.另外,提出交通设计和交通信号控制的优化措施,运用VISSIM软件仿真验证,仿真结果显示:采用改善措施后,交叉口的行程时间减少11.02%,延误减少14.68%,排队长度减少13.64%,交叉口的运行效率得到了较好的提升.案例分析结果表明,提出的方法可用于城市交叉口的安全评价与优化.     

新型显示薄膜喷墨打印技术的数学建模与分析

本文将新型显示薄膜喷墨打印技术的关键工艺过程“喷墨打印-干燥/烘烤成膜”中多组分聚合物溶液在压电作用下从喷管内喷出均匀液滴、液滴在基板上着床并融合成均匀的液体薄膜、液体薄膜经过蒸发留下溶质(如有机发光二极管OLED (organic light-emitting diode))形成均匀显示薄膜的3个核心科学问题,在数学上提炼为多组分聚合物流体带移动接触线和动态接触角以及带有蒸发条件的固-液-气多相耦合的自由界面问题.本文首先对这些问题的Newton流的数学模型进行热力学自洽的系统综述和完善,然后对包含相分离、溶剂蒸发和非Newton黏弹性等多物理现象的同类自由界面问题进行成体系的数学建模,对模型的理论分析和数值模拟提出一些研究思路.本文希望通过解决这些数学问题突破新型显示薄膜喷墨打印工艺的关键技术瓶颈,提高打印的良品率,推进产业化,促进数学在解决国家重大需求难题中的应用.本文以新型显示薄膜喷墨打印技术核心科学问题为背景,给数学工作者提出了一些新的重要的数学问题,同时也为相关材料科学家提供了可行的数学方案,为双方搭起了良好的沟通桥梁.     

考虑牛鞭效应与反牛鞭效应联合作用在不完美信息下供应链决策者的合作博弈与演进

理性假设下,供应链运作过程中出现牛鞭效应也会出现反牛鞭效应,在考虑牛鞭效应与反牛鞭效应联合作用下分别构建二级供应链合作博弈模型与n级供应链合作博弈模型,得到Nash均衡策略,构建合作Nash均衡下供应链上订货模型,并通过数值算例验证订货模型及牛鞭效应特性与反牛鞭效应特性交替作用的最优化局势优于传统视角的消除牛鞭效应带来的供应链优化.研究表明:供应链上下游在周期内表现出牛鞭效应特性与反牛鞭效应特性的交替作用,会使得供应链整体上市场需求偏差减少、运作成本降低.贡献在于给出消除牛鞭效应的新思路,从整体上消除牛鞭效应或反牛鞭效应,使得整条供应链不管是短期的还是长期都是最优的,在长期还会给供应链企业带来显著的战略优势.     

基于DEMATEL的高含水油田水驱开发效果评价影响因素识别研究——以杏西油田为例

在高含水油田水驱开发效果评价中影响因素的选取决定了评价效果的好坏.不同区块、不同专家、不同时间可能所选取的指标体系也不一样,如何在众多指标中客观的识别出关键指标(关键影响因素)是要解决的问题.统计了国内外学者在高含水油田水驱开发效果评价中所选用的指标,根据统计的各指标所出现的频率,选取出现频率大于10%的指标构建了高含水油田水驱开发效果评价体系,该体系分为三级,一级指标包含开发技术因素和人为控制因素,二级指标包含井网完善状况、注水状况、含水变化状况、产油量变化状况、产液量变化状况、储采状况、开采程度、工作效果状况、管理状况和经济状况,三级指标包含了水驱储量控制程度、存水率等的23个指标,然后运用DEMATEL方法对所建立的评价体系中的指标进行了识别选择,通过对处理结果的分析,剔除了水驱储量控制程度、水驱储量动用程度、井网密度等7个影响度、被影响度、中心度和原因度都比较差的因素,最终识别出了存水率、水驱指数、耗水比、含水率、含水上升率等16个影响因素.