基于SA-ELM的声学层析成像温度分布重建算法

在化工领域中,获取准确的温度分布信息具有极其重要的意义。声学层析成像（AT）具有非侵入传感、廉价等优点,因而被认为是一种具有广阔发展前景的可视化温度分布测量方法。将AT用于温度分布测量,提出一种SA-ELM算法改进重建质量。首先,利用稳健估计建立了基于L1范数的目标泛函,采用模拟退火算法（SA）对目标泛函进行求解,得到粗网格下的温度分布;最后,采用极限学习机（ELM）来预测经细化网格后的温度分布。数值仿真和实验研究途径评估该方法的可行性与有效性,结果表明SA-ELM算法能够有效提高温度分布重建质量和鲁棒性,从而为AT反问题的求解提供了一种新的有效方法。     

固定床反应器传热参数的求取

采用模拟平板弯曲变形的曲面样条函数表达温度分布函数，由此建立一种在固定床反应器内由实验数据推算传热参数的算法，并求出一个温度分布函数。线性方程组的求解采用全主元高斯消去法，目标函数的求解采用单纯形法。本方法计算结果可靠，与文献值符合良好。此法还具有算法稳定，对初值要求不高等优点。     

燃煤电站锅炉及工业窑炉三维燃烧温度分布监测研究进展

在碳中和背景下,燃煤发电机组深度调峰及灵活性运行对炉内三维燃烧状况实时监控提出了迫切要求。总结了燃煤电站锅炉及工业窑炉三维燃烧温度分布监测研究进展。在燃烧火焰辐射成像模型方面,重点介绍了以蒙特卡洛方法为基础建立的方向辐射强度计算的DRESOR法以及近期对DRESOR法的优化,为提高燃烧介质温度的反演精度、同时反演燃烧介质的辐射特性参数分布奠定了基础。三维温度场和辐射参数同时反演问题求解的基本方法为采用Tikhonov正则化方法从多种单色辐射强度图像中重建炉内温度分布,再用最优化方法更新颗粒介质辐射特性,迭代求解。近期,反演重建算法有了新进展,新算法分3个阶段：(1)假设炉内吸收系数、散射系数和炉壁反射率分布均匀,优化求解得到最佳辐射参数及炉内温度分布;(2)在第1阶段基础上,将炉内吸收系数、散射系数设置为空间坐标的二阶多项式拟合分布,壁面仍为均匀反射率,进一步优化迭代计算;(3)在第2阶段计算收敛的基础上,进一步假设炉壁反射率为壁面坐标的二阶多项式分布,再优化迭代计算。依据反演算法最新进展获得了燃烧温度重建误差1%以内的重建结果,并实现了基于辐射参数的炉内煤粉浓度相对分布的重建。炉内三...     

圆柱坐标系下非稳态导热问题改进数值求解方法

针对圆柱坐标系下的非稳态导热问题,通常采用集总参数法和格林函数法,但其具有一定的局限性。为提高求解精度和广度,将圆柱坐标系下的导热方程转化为类直角坐标系下的导热方程,采用有限容积法(FVM)求解计算区域内的温度场,通过加密网格确定网格无关解,并与两种坐标系下求出的温度对比。计算结果表明,类直角坐标系下得出的温度分布更符合实际情况。     

“W”型电站锅炉炉膛声波测温网格划分研究

在对具有大长宽比几何特性的“W”型电站锅炉上应用声波测温技术时,对声波测温常用的最小二乘法重建算法的重建网格划分进行研究,通过预设标准温度场对均匀划分和非均匀划分两种重建网格划分方式的重建误差进行对比,结果表明：按均匀划分方式重建网格误差更小。最后给出了温度网格划分的建议。     

基于LM-GAUSS固体火箭发动机羽流光场测温方法

为了对固体火箭发动机羽流三维温度分布进行准确测量,建立了固体火箭发动机羽流光场辐射测温模型,并针对当前辐射测温技术中重建算法精度低、鲁棒性差等问题提出了一种基于LM-GAUSS混合算法的固发羽流三维温度场的重建方法。利用数值仿真分别研究了辐射强度噪声、吸收系数噪声、不同噪声水平及网格划分对本研究所提方法的影响。结果表明,与传统LSQR、NNLS重建算法的仿真结果对比,在10%以内噪声条件下,算法的重建精度优于5%,证明了本研究所提混合算法重建精度高、鲁棒性强的性能。在实验室条件下进行了单光场相机成像火焰三维温度场重建试验,证明了LM-GAUSS的适用性,为后续固发羽流温度的现场测量提供支持。     

基于SQP算法的弥散介质辐射物性场重建

介质的辐射物性的参数测量在高温火焰燃烧诊断、无损检测、生物医学成像等领域有着广泛的应用。传统的直接测量方法得到的大多是测量试件的等效物性,精确的测量通常需要通过反演的方法得到。利用时域辐射传输方程模拟脉冲激光在弥散介质内的传输,求解介质边界的透反射信号。采用序列二次规划(sequential quadratic programming,SQP)算法求解反问题,重建了二维弥散介质内的吸收系数和散射系数分布。利用广义的高斯-马尔科夫随机场模型构建正则化项,加入目标函数中以克服反问题的病态特性。同时使用OpenMP并行计算技术对部分代码做了并行化处理,从而大大减少了重建时间。重建结果表明基于SQP算法能够很好地重建出吸收系数和散射系数的分布。     

基于电容层析成像多相流检测的动态重建算法研究

为了提高ECT图像重建质量,提高ECT在线监测的精确性,提出了一种广义动态图像重建算法(DR),集合了ECT测量信息和流动对象的物理演变信息。该算法同时考虑被测对象的空间约束、时间约束以及动态变化信息的目标功能。动态实验研究表明,该算法成功解决ECT逆问题,有效突破了ECT图像重建的数值不稳定性,其成像质量明显好于一般的静态图像重建算法。     

聚合物熔体全三维非等温数值模拟

采用基于交错网格的有限体积法(FVM)离散了4大方程,给出了能量方程的全三维离散格式。运用SIMPLE算法求解了矩形截面流道内熔体的速度场和压力场,通过耦合动量方程和能量方程,进而得到整个机头流道内温度的分布。计算中采用了Carreau流变模型,并给出了作为温度函数的流动指数n的解析表达式。模拟结果表明:在入口区,熔体从近壁面区域向流道的中心区域汇集,进入全展流区后,熔体的流场不再变化;熔体内温度分布较为复杂,影响因素众多。     

高炉炉底温度分布

本文采用有限元素法求解二维稳定温度埸,应用迭代技术确定炉底1150℃等温线位置,提供了一种计算高炉炉底温度分布的有效方法。编制了计算程序。并就几种不同衬里条件的炉底温度分布进行了讨论。     

基于SQP算法的弥散介质辐射物性场重建

介质的辐射物性的参数测量在高温火焰燃烧诊断、无损检测、生物医学成像等领域有着广泛的应用。传统的直接测量方法得到的大多是测量试件的等效物性,精确的测量通常需要通过反演的方法得到。利用时域辐射传输方程模拟脉冲激光在弥散介质内的传输,求解介质边界的透反射信号。采用序列二次规划（sequential quadratic programming,SQP）算法求解反问题,重建了二维弥散介质内的吸收系数和散射系数分布。利用广义的高斯-马尔科夫随机场模型构建正则化项,加入目标函数中以克服反问题的病态特性。同时使用OpenMP并行计算技术对部分代码做了并行化处理,从而大大减少了重建时间。重建结果表明基于SQP算法能够很好地重建出吸收系数和散射系数的分布。     

基于RKPM的n-octadecane熔化过程光热特性数值模拟与验证

建立求解一维半透明材料相变过程的辐射导热耦合计算方法,了解正十八烷(n-octadecane)在辐射源作用下的相变熔化过程,获得材料内部温度分布,验证数值方法准确性。基于无网格RKMP方法,采用修正等效热容法处理相变潜热的吸收与释放,利用梯度折射率的方法处理变折射率介质内的辐射传输问题。实验测量了n-octadecane在红外辐照加热条件下的熔化过程温度响应特性。结果表明数值模拟值和实验值在温度水平和时间特性两方面都符合良好,验证了计算方法具有良好的精度。     

基于多目标进化算法的对二甲苯氧化反应过程优化操作

针对单目标优化算法在求解优化问题时普遍存在易陷入局部最优的缺陷,本文提出采用基于精英选择和个体迁移的多目标优化方法来求解单目标优化问题,通过对原问题目标进行有效分解,将其分解为多个子目标,通过对多个子目标的优化来扩大搜索范围,加快算法的收敛速度。仿真结果表明,与文献中方法相比,采用多目标方法来求解单目标问题能显著提高算法收敛速度,将其应用于对二甲苯(PX)氧化反应过程的优化操作,在相同计算成本条件下,醋酸和PX燃烧损失明显下降,成本损失大幅减少。     

电容层析成像技术在线测量气固流化床空隙率的研究

基于电容层析成像技术，提出了一种在线测量气固流化床空隙率的新方法。建立了相应的12电极电容层析成像气固流化床空隙率测量系统，可同时实现气固 流化床空隙率分布的在线显示和整体空隙率测量。选择加权反投影算法进行图像重建以保证空隙率分布显示的实时性和有效性。采用Tikhonov正则化原理和ART算法相结合的组合型新图像重建算法来实现整体空隙率的测量。Tikhonov正则化原理用于克服图像重建过程中的不适定问题，ART算法用于提高最终重建图像的质量。研究表明以上提出的空隙率测量新方法是有效的。空隙率分布在线测量的速度可达25幅／秒以上，整体空隙率测量的最大误差可小于5％。     

粒子群算法求解边值固定的化工动态过程优化问题

针对化工过程系统优化中广泛存在着边值固定的动态优化问题,该问题的求解数学上还没有有效的方法,现今的方法之一是将问题转化为多目标优化问题.本文在粒子群优化(PSO)算法的基础上,提出在PSO算法中加入惩罚项,同时对局部极值与全局极值作进一步的调整,使PSO算法适用于求多目标优化问题理想有效解,该算法对多目标问题起到边优化边求理想有效解的功效;即只用一步即可求理想有效解,这使得在求解速度上大为加快.最后将其用于间歇反应器的最佳反应温度边值固定动态优化控制的实际运用中,取得良好效果.     

一种可变时间节点的控制向量参数化方法

控制向量参数化方法是求解最优控制的一种常用方法,其时间网格通常是固定的。在每个时间段上,控制向量表示为由一组参数确定的时间的函数。时间网格的划分会影响到数值求解最优控制问题时最优化算法的准确性和效率。为了同时优化控制参数和时间网格的节点,提出了一种可变时间节点控制向量参数化方法,通过带有时间参数的S型函数来近似分段常数参数化方法中的切换过程。推导出了最优控制性能指标对时间参数的导数,并提出了处理时间节点约束的算法。利用所提出方法求解带有两个控制的最优控制实例,对于两个控制获得了不同的时间网格划分,从而能够更好地近似最优控制轨迹。     

基于甲烷收率在线测量技术的乙烯裂解炉闭环优化方法

由于缺乏裂解产物收率绝对量信息,现有的乙烯裂解炉优化策略需要依靠裂解反应模型对裂解产物分布进行预测并依此进行开环优化计算,其优化结果完全依赖于裂解反应机理模型的精度.本文通过改进乙烯裂解炉裂解气取样系统实现了甲烷质量收率这一关键参数指标的在线测量,并在此基础上进一步提出一种裂解炉闭环优化运行新方法.该方法针对乙烯和丙烯收率和(简称“双烯”收率)最大这一优化目标,根据甲烷收率和双烯/甲烷比(烯甲比)的在线测量数据迭代求解获得最优炉管出口温度(COT).该方法采用闭环迭代寻优的方式,能够有效克服灵敏度函数的非线性以及在线分析仪表本身的测量误差,具有良好的鲁棒性;另一方面,由于不需要借助任何裂解原料与裂解反应模型,从而大大减少了裂解炉优化系统实施的投资,因此具有很好的工业应用前景.     

基于KPLS模型的间歇过程产品质量控制

针对间歇过程所具有的非线性特性,提出了一种基于核偏最小二乘(KPLS)模型的最终产品质量控制策略。利用初始条件、批次展开后的过程数据以及最终产品质量建立了间歇过程的KPLS模型;采用基于主成分分析(PCA)映射的预估方法对未知的过程数据进行补充,实现了最终产品质量的在线预测。为了解决最终产品质量的控制,利用T2统计量确定KPLS模型的适用范围,并作为约束引入产品质量控制问题,提高控制策略的可行性;采用粒子群优化(PSO)算法实现了优化问题的高效求解。仿真结果表明,与基于偏最小二乘(PLS)模型的控制策略相比,所提出的方法具有更高的预测精度,且能有效解决产品质量控制中出现的各种问题。     

注塑模具冷却系统的计算机辅助设计（CAD）

本文建立了模具典型截面内的稳态及非稳态传热数学模型，利用有限元法，采用网格自动划分技术求解温度场分布，在微机上编制了一套二维传热有限元计算分析及其前后处理程序，通过实例验证，证明模型正确，算法合理，软件具有良好的实用性。     

瞬态热传导方程的SPH法

光滑粒子流体动力学(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)作为一种无网格方法具有无网格、自适应性和拉格朗日性质。本文将SPH方法应用到瞬态热传导问题的求解,通过将二阶导瞬态热传导方程分解成两个一阶导的偏微分方程,同时对时间域进行离散,建立了基于SPH方法的瞬态热传导离散方程。通过镜像粒子法处理边界条件,提高了计算精度。对一维和二维瞬态热传导问题进行数值分析,采用lucy核函数和三次样条核函数进行求解,通过与精确解对比,验证了该方法的可行性和实用性。