高含硫天然气输送管道内硫沉积研究进展

高含硫天然气在管道输送过程中,随着压力、温度和气质组分等条件的变化,气相中发生过饱和溶解析出的硫分子会逐渐形核、生长成为固体硫颗粒随气流一起在管道内运移,并会沉积在管道内壁.管内沉积的硫颗粒将会堵塞和腐蚀管道,严重威胁高含硫天然气管道的输送安全.本文针对高含硫天然气输送管道内硫沉积问题,综述了近年来高含硫天然气中元素硫气固相平衡计算、硫颗粒生长动力学、含硫颗粒的气固两相管道输送方面的研究进展.指出在高含硫天然气集输过程中硫沉积预测及防治方面应坚持实验与理论相结合的研究手段,着重开展以下3个方面的研究:(1)充分考虑集输压力、温度条件下(P≤15.0 MPa,T≤333.15 K)硫溶解度极低的特点,建立硫溶解度测试实验装置,开展集输管道压力、温度范围内的硫溶解度实验研究;(2)采用微观分子动力学模拟与宏观热力学参数统计分析相结合的方法,建立硫颗粒的生长动力学模型,结合结晶动力学理论模型深刻揭示集输条件下硫颗粒的形核、生长与消融动力学规律;(3)综合考虑硫颗粒的生长、消融、运移、沉降规律与管道内压力、温度、气质组分、流速等参数的耦合作用,建立伴随元素硫气固相态变化和硫颗粒生长、消融的气固两相管输模型,定量描述高含硫集输条件下硫颗粒的析出、生长及其与高含硫天然气的气固两相流动规律,最终为集输管道乃至整个集输系统内硫沉积防治方法的确立提供技术与理论支撑.     

多能源耦合系统的运行优化与改进分析

建立含有光伏系统、传统天然气三联供能源系统、储能系统、热泵系统等的多能源耦合系统运行优化模型.考虑各个主要设备耗电量,以运行费用最优为目标函数,针对不同典型日负荷需求,采用智能群优化算法获得系统的运行参数,进而分析研究多能源耦合系统的运行特性,并在原能源系统的基础上,针对原设计方案发电容量较小,分析研究如何进一步降低系统运行费用的改进方案.结果表明,基于萤火虫优化算法构建的多能源耦合系统的运行优化模型,可较为准确地求解多能源耦合系统运行状态参数;在能源系统原设计基础上,通过增加燃气内燃机机组的容量,可以显著降低典型日能源费用;制定合理的上网电价政策,可进一步降低运行费用.     

具有Elitist选择的遗传算法的收敛速度估计

模拟进化计算是近年来信息科学、人工智能与计算机科学的“热点”研究领域,而由此派生的遗传算法是一族通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。其基本思想源于60年代,Holland在研究机器学习过程中,受达尔文进化论——适者生存的启发,而获得的一种概率搜索算法。该方法在早期作为一种自适应机器学习方法,而近几年在解全局优化问题、人工神经网络的训练与结构优化、程序设计自动化中的查错处理等方面已取得成功的应用,显示了非常广泛的应用前景。     

基于(火积)损失最大的往复式热机最优构型

采用有限时间热力学理论和(火积)理论对一类存在热漏和高温热源热容有限的两热源热机进行研究.寻求模型符合牛顿传热定律时,系统在给定循环周期下系统熵产生最小和(火积)损失最大时的最优构型,并与系统输出功最大时的最优构型对比.分析结果表明:对于无限热容高温热源,热漏是否存在并不改变循环的最优构型;而对于有限热容高温热源,以系统熵产生最小和(火积)损失最大为目标的最优构型与以系统输出功最大为目标的最优构型不完全相同,无热漏时分别以熵产生最小、(火积)损失最大和输出功最大为目标的最优构型均相同,而存在热漏时分别以三者为目标时的最优构型各不相同.     

一种新的三维欧式距离变换方法及在数字岩心中的应用

针对目前距离变换方法在三维数字岩心中应用时,搜索方向多、计算数据量大、耗费时间多、占用内存大等问题,提出一种基于几何拓扑学理论中空间邻居关系的新的距离化搜索算法.根据岩石内部孔隙结构与二维平面欧式距离求解方法,引入一个三维空间距离游标进行辅助计算.相比现有方法,新的算法简化了邻居域欧式距离值的比较规则,避免了复杂的欧式距离结构体带来的大量运算,且算法复杂度低,可以被更好地理解和应用.本文详细叙述了算法的具体实现过程,并将该方法推广到具有缝洞特征碳酸盐岩数字岩心的孔隙空间分割工作中.结果表明该方法准确高效,对于油气藏孔隙级微观描述具有现实意义.     

协同快速退火演化算法识别蛋白质家族模体

将快速退火演化算法(fast annealing evolutionary algorithm, FAEA)与协同方法相结合, 提出了一种用于求解高维的全局优化问题的新方法——协同快速退火演化算法(cooperative fast annealing coevolutionary algorithm, CFACA). 首先将高维的解空间分解成多个一维的子空间, 再在每个子空间里利用单个独立的FAEA搜索该子空间里的最优子解, 最后将各子解结合在一起, 即构成了原来问题的一个解. 基准函数测试的结果表明, CFACA算法具有更快的收敛速度. 进一步用CFACA算法提取EGF蛋白质家族的模体, 正确识别率达到67.0%, 所提取的模体与蛋白质功能位点数据库PROSITE中的结果相吻合.     

路径积分、小波变换与爱因斯坦的完整量子力学理论

Feynman提出的量子力学的第三种理论——路径积分不仅包含了量子力学体系的全部信息,而且蕴藏着更深刻的理论内涵。“路径”的时空间隔涵义使其成为分形时空的基础,同样,时间、空间间隔使其可以定义粒子的速度。这意味着传播子中同时包纳了时空量和能量、动量。这一认识表明:完整的物理学是在坐标及其变化量定义的超系统参照系中的理论。这有可能是向着爱因斯坦所渴求的完整量子力学形式迈进的重要一步。基于路径积分的传播子可以给出一类窗口变换,窗口变换是比小波变换意义更广泛的一类变换。     

基于复合金字塔模型的蛋白质二级结构预测系统

利用预测系统方法, 对蛋白质二级结构预测提出了一种逐步求精、多层递阶的预测系统模型, 即复合金字塔模型. 这种模型由4个独立协同的层面组成, 通过智能接口有机融合了SAC, AAC, KDD*等源于KDTICM理论的模型和方法. 模型整体贯穿物化属性与结构序列, 采用因果细胞自动机选择有效物化属性, 构造纯度较高的结构数据库作为训练数据源, 利用领域知识与背景知识进行优化. 本模型在数据集RS126及CB513分别取得83.06%与80.49%的Q₃准确度, 在对偏α/β型蛋白质的预测实验中, 取得了93.12%的Q₃准确度, 并存在着进一步提高准确度的优化空间.     

多信道认知无线网络时延性能分析与接入策略设计

在分级认知无线网络中,无论何时当授权频段未被主用户占用时,次用户都可以采取机会式的方式进行接入.如何保证次用户在整个数据包传输过程中的服务质量,分析其相应传输时延性能,是目前对此类认知无线网络的研究中,一个非常值得关注的话题.集中分析了次用户系统的传输时延性能,并设计了共享多个授权信道情况下的最优接入策略.主用户和次用户系统首先各自被建模成为M/G/1排队模型.然后,将每个授权信道上主用户数据包和次用户数据包传输融合在一起进行讨论,提出一种虚拟的优先级队列模型.基于M/G/1抢占重传优先级排队理论,获得了次用户数据包传输的系统时延均值表达式.同时,基于该系统时延性能均值,讨论了共享多个授权信道的条件下的多信道接入策略设计.其被等效为一个非线性规划问题,通过经典的遗传算法,可以得到相应的全局最优解.数值结果验证了我们理论分析和接入策略设计的正确性.考虑到遗传算法的时间复杂度过高,并为了降低相应的时间开销,在实际应用中也可以采用反比例接入策略得到其近似最优解.     

基于小世界网络的多智能体及传染病时空传播模拟

提出建立一种新的基于小世界网络的多智能体传染病时空传播模型, 模型中多智能体系统用于反映个体间的时空动态相互作用, 而小世界网络用来表示多智能体之间的社会关系. 模型主要由智能体属性定义、移动规则、邻域、社会关系网络的构建以及智能体状态转换规则几部分所组成. 其中, 智能体社会关系网络的构建以及状态转换规则的确定是模型的核心. 与传统的传染病传播模拟模型相比, 该模型引入了个体对感染“记忆”的时间衰减效应、个体间的空间距离以及社会关系对感染的影响. 利用所提出的模型, 选取广州市为实验区, 在Swarm平台上模拟了流感的时空传播过程. 与传统的传染病系统动力学SEIR模型以及基于多智能体系统的传染病传播模型相比, 该模型的模拟结果与实际观测数据更为接近. 建立可用于真实地理环境的传染病时空传播模拟模型, 将有助于把握传染病的时空传播规律, 为相关部门控制传染病的蔓延提供科学的决策依据.     

一种基于管道大数据的腐蚀因素相关性分析方法

我国天然气管道建设在过去的10年取得了巨大的发展,目前中国的长输管道总数量已达到12.5×104 km.随着管道系统的运行时间增长和材料性能的老化,由管道腐蚀、失效泄漏引起的事故频发,并且由于管径的增大和运行压力的提高,事故后果严重性也随之提高,特别是对高后果区的影响更为严重.油气管道的安全问题越来越受到重视.因此,提取管道腐蚀性影响因素、发现风险演变规律对于预测预防管道泄漏尤为重要.由于数字化管道已经逐步建立,设计、施工、运行过程中产生大量的数据得以保存,内检测数据信号总量也达到TB级别,这些均为腐蚀分析提供了信息基础.本文基于大数据的方法,融合管道系统在设计、施工、运行过程中产生的结构化和非结构化数据,基于互信息理论方法,建立腐蚀等级与多因素之间的关联模型.通过现场数据验证模型的有效性,确定影响管道腐蚀的关键因素,为管道寿命预测奠定基础.结论表明,利用管道"大数据"挖掘管道各数据集之间的关联关系,可用于获取管道腐蚀信息,为事故预防提供依据.除此之外,该方法还可以在确定主要因素之后缩小管段范围,研究其中某一种因素,如进一步确定腐蚀与哪一种土壤的相关性更强.     

换热器火积散最小优化

对一类高低温两侧流体之间传热服从牛顿定律[q∝Δ(T)]的两股流换热器进行了研究, 在传热量一定的条件下, 以 耗散最小为优化目标, 利用最优控制理论求出了换热器参数的最优分布, 得出了对应于换热过程 耗散最小时的热流密度为常数的结论. 分析比较了逆流、顺流、凝结流三种形式的换热器, 结果表明采用逆流式换热器可实现换热过程耗散最小. 给出了数值算例, 并与以熵产生最小为目标的优化结果进行了比较.     

基于火积耗散率最小的“盘点”导热构形优化

基于构形理论, 以火积耗散率最小为优化目标, 对“盘点”导热进行了构形优化, 并确定了圆盘中高导热材料采用辐射状布置还是树状布置的临界点. 结果表明, 两种材料导热系数之比和高导热材料所占体积比的乘积决定了该临界点的位置; 基于火积耗散极值原理可以设计出圆盘传热性能最优的构形. 对比分析以火积耗散率最小和最大温差最小为目标的优化结果, 发现分别对应两种优化目标的最优构形明显不同. 当两种材料导热系数之比和高导热材料所占体积比的乘积值为30时, 对于前者, 高导热材料采用辐射状布置还是树状布置的临界点为圆盘无量纲半径等于1.75, 而后者的临界点为圆盘无量纲半径等于2.18. 前者的最优构形相比后者的最优构形可以较大程度降低圆盘的平均传热温差, 明显地改善了传热性能.     

池沸腾强化传热中的三维瞬态热传导反问题

回顾了近年来在池沸腾实验过程中衍生出的三维瞬态热传导反问题和相关计算方法的研究,提出了基于制定优化问题的Tikhonov正则化法和迭代正则化法来求解相关的反问题.在对前者的研究中,一种基于模型函数策略的改进Tikhonov正则化法被开发和用于快速估算最优正则化参数,从而加速整个反问题求解过程.对于后者,针对工程上可获得的高分辨率测量数据与有限微热电偶测量数据两种情况,开发了基于共轭梯度法的迭代正则化策略对相关反问题进行求解.近期,针对使用薄加热箔表面这一特殊池沸腾实验提出了一种新的两步直接法.该方法不需要求解大量由偏微分方程约束的优化问题,而是通过近似重构偏微分方程模型的Dirichlet边界条件,将不适定的反问题转化为一个适定的,易于求解的正问题.这种方法在计算效率方面具有优势.此外,在数值计算方面,由于实际实验的非均匀测量配置以及待估算的表面沸腾热流密度在空间和时间尺度上具有发生快速变化的特性,提出了一种新的随时间变化的有限元网格自适应细化策略来进一步加快反问题求解过程.该策略的准确性与效率通过几个典型工程案例得到了验证.基于此,在一个实际单泡核沸腾实验中重建了环状沸腾热流密度模式,与微层理论结论一致.在另一个全阶段的沸腾实验中,使用自研提出的计算方法所估算的表面局部沸腾热流密度峰值是大多数传统研究所获得的宏观平均热流密度的数十倍,乃至近百倍,所获结果揭示了池沸腾强化传热微观上的局部动态.这些针对池沸腾中三维瞬态热传导反问题的研究工作为进一步阐明池沸腾强化传热机理,探索微纳结构等一系列高效传热器件表面沸腾传热的极限,建立精确预测沸腾全过程的数值计算模型和进行基于模型的最优实验设计提供了一些理论指导建议.     

内点方法的线性规划分解原则和算法(Ⅰ)

1 引言出现在资源分配、生产计划、土地、森林管理以及经济和军事等方面的线性规划模型中,它们的共同之点都是由许多个独立的大的复杂的子系统满足一整体的约束组成的系统.已有许多求解这类特殊结构问题的方法.Dantzig-wolfe 分解原则所导出的分解算法是解决这一问题的较为有效的方法,它是利凸多面体中的任一点可以表示为其顶点的凸组合和极射线的非负组合的性质,把原问题转换为求解一系列规模较小的线性规划问题.并通过原始问题与其对偶问题之间关系的信息,求得问题的最优解.它的主要缺点是由算法产生的点列在最优     

考虑危险源的城市应急交通疏散风险评价模型

临界簇模型用道路结构和紧急情况下需要疏散的人口数所决定的道路容量需求来表征区域疏散风险, 具有参数较少、方法简单、通过局部寻优而实现全局优化的特点, 为针对开放空间的应急交通疏散问题的解决提供了有力工具. 鉴于城市中的各种危险源已成为威胁城市安全水平的重要因素, 本文在临界簇模型的基础上, 引入事故风险影响因子和疏散方向, 建立了考虑危险源的城市应急交通疏散风险评价模型. 事故风险影响因子从根本上考虑了其与距离的负相关关系, 表达了危险源对应急交通疏散的影响; 疏散方向则体现了避难人群总是背离危险源疏散的基本原则, 通过疏散路径的可行解来确定. 本文还在GIS的支持下, 对北京市的道路交通网进行了简单的模型应用.     

T形腔火积耗散最小构形优化

火积耗散极值原理给出了新的传热优化的理论依据和评判标准. 针对矩形固体中包含T形开口空腔的传热模型, 引入了基于火积耗散定义的无量纲当量热阻, 在系统总体积、空腔体积以及T形腔所占矩形域体积一定的约束条件下, 以该当量热阻最小化为目标对模型进行了构形优化. 数值结果表明, 基于火积耗散极值原理可以设计出系统传热性能最优的几何结构. 修正了文献中无量纲总(最大)热阻的表达式, 以其最小化为目标得到了一些与文献结果不同的新规律. 将两种热阻指标下的数值优化结果进行了对比分析, 发现分别对应两种指标的最优系统结构明显不同, 以当量热阻最小化为目标的优化比以最大热阻最小化为目标的优化, 可以有效降低传热平均温差, 改善系统整体传热性能. 空腔自由度越大, 系统性能更佳. 通过数据拟合, 分别得到了当量热阻和最大热阻与3自由度几何参数的优化关联式.     

基于L_(1/2)正则化理论的稀疏雷达成像

稀疏雷达成像旨在远低于奈奎斯特率采样下对稀疏场景实施高分辨率微波成像.本文概述作者在解决这一问题上的系统探索与创新实践.核心贡献包括:提出L_(1/2)正则化理论作为新的稀疏雷达成像理论,提出不直接基于雷达观测而基于雷达回波模拟算子重构的稀疏雷达成像新模型,提出以3D相变图分析为依据的稀疏雷达成像系统设计方法等.根据新的理论、模型和设计方法,研制了首部稀疏雷达原理样机并开展了机载实验.实验验证了所提新理论、新模型与新方法的正确性和可行性,展示广阔应用前景.     

相似理论及其在化工上应用的进展

近年来在许多化工问题的处理上,深入研究现象的内部机理,用数学的方法进行描述和求解,起着重要的作用。这即是所谓数学分析的方法。在应用数学分析的方法时,常常需要在所观察、认识到的现象中,抽出最主要的特征,撇开次要的东西,抓住事物中的主要矛盾,揭露现象的本质;而后再将已经获知的自然界规律应用于所研究的这一类特殊现象中,建立模型,导出描述现象中     

伊辛模型的研究进展简介

本文首先简单地介绍了伊辛(Ising)模型及其应用的范围、二维伊辛模型精确解的求解过程、三维伊辛模型精确解所面临的困难.然后回顾并总结了人们用分子场理论及其改进理论、高温级数展开、低温级数展开、重整化群理论、蒙特·卡罗模拟等近似计算三维伊辛模型的物理性质和临界指数的研究进展.最后,介绍了我们对三维简单正交晶格伊辛模型的猜想以及推定的精确解.