垂直管内水合物浆液流动特性的CFD-PBM数值模拟

深海天然气水合物在固态开采过程中,当温度、压力平衡被打破时,开采管路中的水合物浆液由液固(水合物颗粒、海水)两相变为气液固(天然气、水合物颗粒、海水)三相的流动。以水合物浆液的气相为主要研究对象,采用CFD-PBM模型对气泡行为变化进行Fluent模拟,并对该模型进行了验证,模拟结果与实验值吻合度较高。结果表明,PBM模型模拟的浆液流态分布较为均匀,气泡的大小在流动过程中主要从小气泡到大气泡;气泡的初始速度对管道水利提升速度影响较大;在浆液湍动能为0.5 m2/s3、气含率为0.3时,气泡会出现二次聚并破碎。通过CFD-PBM计算得到水合物浆液体系中气泡大小分布能够较好的预测水合物颗粒分解出气相后的浆液流动特性。     

面向GPU平台的复杂网络core分解方法研究

在复杂网络理论中,core分解是一种最基本的度量网络节点“重要性”并分析核心子图的方法.Core分解广泛应用于社交网络的用户行为分析、复杂网络的可视化、大型软件的代码静态分析等应用.随着复杂网络的图数据规模和复杂性的增大,现有研究工作基于多核CPU环境设计core分解并行算法,由于CPU核数和内存带宽的局限性,已经无法满足大数据量的高性能计算需求,严重影响了复杂网络的分析应用.通用GPU提供了1万以上线程数的高并行计算能力和高于100GB/s访存带宽,已被广泛应用于大规模图数据的高效并行分析,如广度优先遍历和最短路径算法等.为了实现更为高效的core分解,提出面向GPU平台下的复杂网络core分解的两种并行策略.第1种RLCore策略基于图遍历思想,利用GPU高并发计算能力对网络图结构自底向上遍历,逐步迭代设置各节点所属的core层;第2种ESCore策略基于局部收敛思想,对各节点从邻居节点当前值进行汇聚计算更新直至收敛.ESCore相比RLCore能够大大降低遍历过程中GPU线程更新同一节点的同步操作开销,而其算法的迭代次数受收敛率的影响.在真实网络图数据上的实验结果表明,所提出的两个策略在效率和扩展性方面能够大幅优于现有其他方法,相比单线程上的算法高达33.6倍性能提升,且遍历边的吞吐性能(TEPS)达到406万条/s,单轮迭代的ESCore的执行效率高于RLCore.     

基于多标签的内核配置图及其应用

Linux内核提供了灵活的内核配置项机制,便于针对不同的应用场景进行个性化定制.但内核配置项的数量巨大且增长快速,配置项的默认值在不同内核版本中经常改变,即使专业的内核团队设置配置项也面临很多挑战.针对上述问题,提出基于多标签的内核配置图,该图包含内核配置项间的依赖关系、功能标签、性能标签、安全标签和配置项使能率.此外,该图提供了可视化功能,更加直观、高效、人性化.该内核配置图在内核配置项异常值检测、内核启动优化、内核裁剪、内核安全增强、内核性能优化、内核配置项智能问答等场景均可应用.且将内核配置图应用到检索场景,实现了面向内核配置项的检索框架KCIR(kernel config information retrieval),该框架基于内核配置图对查询语句和内核配置项描述文本进行了扩展,实验评估表明KCIR和传统检索框架相比,检索效果有显著提升,验证了内核配置图在实际应用中的有效性和实用性.     

水平管道水合物浆液流动特性的数值模拟

基于欧拉双流体模型,结合颗粒动力学理论,研究不同水合物颗粒体积分数、不同流速下非均匀颗粒水合物浆液流动过程中水合物颗粒聚集行为、流动压降及浆液速度分布。结果表明:浆液流动压降主要受流速影响,速度越大压降越大。颗粒体积分数在20%—35%,压降变化很小,当颗粒体积分数达到55%时,压降明显变大。水合物颗粒聚集程度随流速增大而降低,低水合物颗粒体积分数下,颗粒聚集呈悬浮状。随颗粒体积分数增大,水合物颗粒呈堆积状聚集,易造成管道堵塞;水合物浆速度梯度随颗粒体积分数增大而增大。随流速增大,速度由非对称变成对称分布,出现较大的速度梯度。保障水合物浆稳定安全流动存在一个临界颗粒体积分数和经济流速。数值模拟为水合物浆液管道输送技术的研究提供理论参考。     

高频内存分配下内存泄露检测的性能提升方法

现有主流轻量级内存泄露检测工具,如MemWatch和MemLeak等在高频内存分配下存在效率较低等性能缺陷。为此,提出一种提升内存泄露检测工具性能的方法。运用该方法对开源工具MemLeak进行修改,将修改后的工具用于大数据存储系统Redis的内存泄漏检测。基于开源软件Redis的实用性测试结果表明,该方法具有较好的可用性与实用性。     

微波和煅烧制备氯氧镁水泥的工艺研究

以MgCl2·6H2O为原料,采用微波技术和煅烧的方法(两步法)制备氯氧镁水泥,并和直接煅烧(一步法)制备氯氧镁水泥做了对比。结果表明,制备出具有较优力学性能的氯氧镁水泥的最佳微波和烧结工艺条件分别为700 W、10 min和550℃、50 min,MgCl2·6H2O两步法制备氯氧镁水泥比一步法更节能省时。     

多孔介质与SDS复配体系中天然气水合物生成过程分析

天然气水合物巨大的储量和本身高储气量的特点,决定了其在能源和工业领域的重要作用。自然界中水合物赋存于沉积层多孔介质的孔隙中,因而研究其在多孔介质条件下的基础物性和快速生成,对水合物的工业应用具有重要意义。为此,本文采用了不同粒径的多孔氧化铝颗粒和实心二氧化硅颗粒,并将其与十二烷基硫酸钠(SDS)溶液进行复配,研究该体系中275.15K和7MPa条件下水合物的生成情况。结果表明:多孔介质与SDS复配体系中生成水合物的储气量大于纯SDS溶液中,二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒分别在促进水合物成核和提升储气量方面效果显著;实验条件下颗粒粒径对于水合物生成的压降过程和相平衡条件影响不大;实验所处p H条件下,氧化铝表面会因为水解带正电,二氧化硅表面则会在极化和水合作用的共同影响下带负电,带电表面和SDS的相互作用能够促进水合物的生成;多孔介质孔隙产生的毛细作用力及其对体系传热条件的改善有助于水合物的贴壁生成。因此可以认为多孔介质与表面活性剂复配体系对水合物生成的促进效果明显,并且将多孔材料作为水合物生成的基质是一种提高储气量的有效方法。     

基于Kubernetes的RISC-V异构集群云任务调度系统

随着在云计算领域得到广泛的应用和关注, 集群容器编排管理平台Kubernetes已广泛应用于容器化应用服务的自动部署和发布、应用弹性扩展和回滚更新、故障检测和自我修复等服务场景. 第5代精简指令集计算机 (fifth-generation reduced instruction-set computer, RISC-V)具有精简化、模块化、可扩展和开源4大技术特点和优势, 已经得到学术界和工业界的广泛关注. 本文立足于Kubernetes生态和RISC-V生态的协同研究点, 为Kubernetes调度器提供异构指令集架构(instruction set architecture, ISA)的云服务任务调度支持. 本文通过对生产环境中RISC-V指令集架构的各类计算任务需求进行了量化分析, 发现现有的集群容器编排平台Kubernetes不具备调度RISC-V指令集架构的计算任务的能力, 尤其是其调度算法无法利用RISC-V用户自定义的可扩展指令集架构特性提供高性能的可靠服务. 为解决上述问题, 本文提出了一种创建时调度的ISAMatch模型, 综合考虑指令集亲和性、同种指令集架构节点数量和节点资源利用率等多个方面, 实现任务的最佳分配. 本文以现有的集群调度器为基础, 完善其针对多种指令集架构任务的调度需求, 相对比默认调度器正确率62% (调度RISC-V基础指令集任务)、41% (调度RISC-V扩展指令集任务)、67% (调度RISC-V扩展指令集任务且有“RISC-V”节点匹配标签), 在不考虑资源限制的条件下, ISAMatch模型可以达到100%的任务调度正确率.