基于数据驱动的流场控制方程的稀疏识别

利用有限数据建立系统的非线性动力学模型是具有挑战性的重要课题. 数据驱动的稀疏识别方法是近年来发展的从数据识别动力系统控制方程的有效方法. 本文基于数据驱动稀疏识别方法对不同流场的控制方程进行了识别. 采用非线性动力学偏微分方程函数识别(partial differential equations functional identification of nonlinear dynamics, PDE-FIND)方法和最小绝对收缩和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator, LASSO)方法对二维圆柱绕流、顶盖驱动方腔流、Rayleigh-Bénard (RB)对流和三维槽道湍流的控制方程进行了识别. 在稀疏识别过程中, 采用直接数值模拟得到的流场数据来计算过完备候选库中的每一项, 候选库中变量最高保留到二次, 变量导数最高保留到二阶, 非线性项最高保留到四阶. 结果发现PDE-FIND方法和LASSO方法对于不含有非线性项的控制方程, 如涡量输运方程、热输运方程和连续性方程, 都能准确识别. 对于含有强非线性项的控制方程, 如Navier-Stokes方程的识别, PDE-FIND方法正确地识别出了控制方程及流场的Rayleigh数和Reynolds数, 而LASSO方法识别结果不正确, 这是因为候选库中的项之间存在分组效应, LASSO方法通常只取分组中的一项. 本文还发现选择流动结构丰富的区域的数据进行控制方程的稀疏识别可以提高识别的准确性.      

时变偏微分方程的贝叶斯稀疏识别方法

在数据驱动的建模中,通过测量或模拟得到时空数据,我们发现基于拉普拉斯先验的贝叶斯稀疏识别方法能有效地恢复时变偏微分方程的稀疏系数.本文将贝叶斯稀疏识别方法运用于各种时变偏微分方程模型(KdV方程、Burgers方程、Kuramoto-Sivashinsky方程、反应-扩散方程、非线性薛定谔方程和纳维-斯托克斯方程)的方...     

子孔径拼接检测非球面的初步研究

使用子孔径拼接技术可以无需补偿器、大口径的辅助镜、全息图等辅助元件实现对大口径、大偏离量、高陡度非球面甚至离轴非球面的检验,而且可以同时获得中高频的相位信息,大大地提高了测量精度,降低了成本。在总结了常用检测非球面方法优缺点的基础上提出了利用圆形子孔径、环形子孔径检测非球面的基本原理,并对其步骤的实现、数学模型的建立和拼接算法的开发进行了分析和研究。结果表明,子孔径拼接检测技术可以作为补偿检验以外的另一种定量测试非球面的手段,可以和其它检测方法相互验证,从而确保检测的准确性和可靠性。     

超小孔径树枝状介孔二氧化硅纳米球的制备和表征

采用短碳链的表面活性剂溴代十二烷基三甲基溴化铵为模板剂,合成了具有较大粒径和超小孔径分布的单分散树枝状介孔二氧化硅纳米球(记为DMSNs-C12).通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射能谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、以及氮气吸附脱附曲线对制备的DMSNs-C12进行了形貌、晶体结构、化学组成、孔体积、比表面积等分析.结果表明:与传统的、以溴代十六烷基三甲基溴化铵为模板剂制备的单分散树枝状二氧化硅纳米球相比(DMSNs-C16),DMSNs-C12颗粒尺寸明显增大,褶皱结构消失,孔道尺寸急剧减小.原因是随着碳链减小,表面活性剂相互斥力减弱,影响微乳液形成,最终导致结构差异.     

适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法

为消除传统单元中心型Godunov方法在求解稀疏波问题时的非物理过热现象,发展一种适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法.主要的特征是采用速度与热力学变量交错分布的形式,避免在单元内进行速度平均,从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散.与传统的von Neumann型交错网格方法相比,网格的边界通量由节点处的多维黎曼求解器提供,克服了多维人工粘性选取带来的困难.为减少多维黎曼求解器在求解稀疏波问题时的非物理熵增,给出稀疏波出现的合理判据,从而保证了热力学关系式的满足.数值实验表明：该方法能很好地消除稀疏波的过热现象,同时在求解激波问题时又能保持与传统单元中心型拉氏方法相同的激波捕捉能力.     

EicC对撞光学设计

EicC是中国科学院近代物理研究所计划建造的中国电子-离子对撞机装置,该对撞机质心能位于20 GeV附近,是研究海夸克的最佳能量窗口,同时还可研究胶子和价夸克。EicC对撞粒子为高极化率质子和电子束团,质子环pRing采用八字环设计方案,可以更好地保持极化质子束团极化率,电子环eRing采用跑道形环设计方案,可以更好地利用隧道空间。该装置电子束流能量中心值为3.5 GeV,电子束RMS发射度为水平方向60 nm·rad,垂直方向60 nm·rad,对撞点b函数为水平方向0.4 m,垂直方向0.12 m;质子束流能量中心值20 GeV,质子束RMS发射度为水平方向300 nm·rad,垂直方向180 nm·rad,对撞点b函数为水平方向0.08 m,垂直方向0.04 m,设计亮度2×1033 cm–2s–1。EicC采用双对撞区非对称光学设计,通过对EicC不同色品补偿方案的研究,最终确定了弧区加短直线节共同补偿的色品补偿方案;通过研究对撞点处b函数以及对撞点间相移对动力学孔径的影响,最终得到pRing动力学孔径大于8 s(s为束团RMS尺寸)、eRing动力学孔径大于20 s,满足大于束团尺寸6 s的要求。     

孔径可调的介孔SiO2自支持薄膜的溶剂挥发诱导自组装合成与表征

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂, 正硅酸乙酯为硅源, 在弱酸性条件下利用溶剂挥发诱导自组装(EISA)合成出具有介孔结构的二氧化硅薄膜. 通过控制EISA过程中溶剂挥发的环境, 可在1.4~3.1 nm的范围内调节介孔结构的孔径. 实验表明, 较快的溶剂挥发速率有助于较大孔径的介孔结构生成. 用该方法合成的介孔薄膜具有蠕虫状孔道结构和良好的孔径均一性. 在外观上, 该薄膜具有均匀、透明和无缺陷等特点, 可以自支撑, 并且具有一定的韧性.     

硝酸乙醇法测定纤维素含量

根据秸秆乙醇的工艺特点,对硝酸乙醇法测定玉米秸秆、小麦秸秆、稻草及其预处理后物料的纤维素含量进行了研究.优化了粉碎时长、硝酸-乙醇混合液处理遍数、试样粒度及抽滤漏斗孔径四个参数.确定了优化后的测定方法:秸秆试样粉碎时长15 s,硝酸-乙醇混合液处理4遍,粒度40～60目,使用G2玻璃砂芯漏斗.秸秆预处理后物料试样粉碎时...     

多糖凝胶的孔径和化学结构对单壁碳纳米管流动性和选择性分离的影响

基于凝胶柱色谱分离技术研究了单分散的单壁碳纳米管(SWCNTs)在不同化学结构多孔多糖凝胶中的流动特性以及对金属型(m-)/半导体型(s-)SWCNTs分离的影响.通过比较SWCNTs在一系列不同孔径的葡聚糖Sephacryl凝胶中的流动行为,发现减小孔径尺寸能够增强s-SWCNTs与凝胶之间的吸附作用力,使大直径的m-SWCNTs快速地流过凝胶颗粒,而选择性地保留了小直径的s-SWCNTs.进一步发现多糖凝胶化学结构比孔径尺寸在SWCNTs的m/s分离中起着更重要的作用.当基于葡聚糖结构的Sephacryl凝胶中的氨基结构被琼脂糖结构所取代时,如Superdex 200和Sepharose 2B凝胶会增强它们与SWCNTs之间的作用力,使SWCNTs的保留时间延长,降低了s-SWCNTs的选择性和纯度.此外,即使拥有与Sephacryl S100类似的孔径范围,当Sephacryl凝胶中的氨基被疏水环氧丙烷基团取代时,葡聚糖凝胶Sephadex G100与SWCNTs的作用力很弱,导致所有SWCNTs快速流动,无法实现SWCNTs的m/s分离.因而,我们认为凝胶孔径和化学结构共同影响并调控了SWCNTs的m/s分离的选择性、纯度以及分离效率.