嫦娥三号软着陆预测及优化模型

本文是对2014年全国大学生数学建模竞赛A题的解答.本文利用动力学模型,基于变推力发动机结合螺旋搜索等算法解决了嫦娥三号软着陆预测及优化问题.在问题一中,首先建立物理学模型,解出嫦娥三号着陆准备轨道近、远月点速度大小;然后在主减速阶段,建立了主减速变推力动力学模型,对主减速阶段嫦娥三号所经过的极角θ进行求解,加以考虑月球自转带来的影响,确定着陆准备轨道近月点和远月点的位置以及嫦娥三号在近、远月点的速度方向.在问题二中,建立变推力发动机燃耗优化模型对于问题一中的主减速阶段进行优化;以安全半径与速度增量为指标建立综合评价模型,求出粗避障式安全的降落范围;精避障阶段以保证安全为前提,建立评价指标为不平坦程度与平均坡度的综合评价模型确定精确降落区域.最后根据对每个阶段建立的力学模型,进行求解.最后综合起来确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略.在问题三中,建立误差模型对设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析,并且利用单因素敏感性分析对主减速阶段与剩余4阶段进行自变量与因变量敏感度计算.     

中子诱发锕系元素裂变的宏观-微观理论研究

宏观-微观模型是核裂变机制理论研究的主要途径之一,是有希望可以很好诠释实验并与实验结果进行定量比较的理论方法.本文综述了在中子诱发锕系元素裂变的宏观-微观理论研究的主要进展.通过开展宏观-微观模型研究,实现了基于五维形变参量的势能曲面的真实计算,利用先进的搜索算法研究获得了核裂变路径、鞍点构型等势能曲面结构信息.基于五维势能曲面上的裂变动力学研究,实现了对主要锕系元素的裂变碎片质量分布数据的理论描述.     

仿生机器鱼快速启动的水动力性能数值模拟

基于计算流体力学(CFD)方法,建立了鱼体-流体耦合的三自由度(3-DoF)自由游动的计算模型,对仿生金枪鱼模型的C-型快速启动进行了模拟.鱼体由静止开始,经过C-型快速启动之后,进入滑行阶段.对整个过程中鱼体的游动性能、水动力性能、流场速度矢量分布和三维涡结构进行分析.结果表明:在阶段1,鱼体后部快速地弯曲成C-型,首摇角速度ωz快速向负向(顺时针方向)增加至峰值之后缓慢减小,导致鱼体快速转向;在阶段2,鱼体后部快速地弹出C-型,首摇角速度ωz快速向正向(逆时针方向)增加至峰值之后迅速减小,同时纵向速度(Ux)快速向前进方向增加至幅值之后保持不变;在滑行阶段,鱼体以C-型启动获得的Ux向前滑行;在整个C-型启动阶段共有两个涡环产生,每个涡环产生一个射流,在阶段1产生的射流使得鱼体快速转向,在阶段2产生的射流使得鱼体快速向前滑行.     

基于组合三角变异差分进化算法的化工参数辨识

针对传统方法在解决化工参数辨识问题中易陷入局部最优、导致求解精度不足的问题,提出了一种组合三角变异差分进化(CTMDE)算法,融入了组合三角高斯变异策略和DE/current-to-pbest/1变异策略.其中,组合三角高斯变异策略引入了组合权重来适应性利用较优个体、一般个体、当前个体的信息,维持种群多样性;而DE/current-to-pbest/1变异策略能够利用种群中的较优个体来指导搜索,对解空间的开采能力较强.两者结合使得算法在加快收敛速度的同时降低陷入局部最优的可能性.在12个基准测试函数上,将CTMDE算法与其他新近DE算法进行比较,并将CTMDE算法应用于甲醇转化为烃类物质的参数辨识问题.实验结果表明:CTMDE算法具有较好的寻优性能,且在化工参数辨识问题上具有较好的求解效果.     

酸洗处理对典型高硫煤性质的影响研究

研究了煤化学处理中的酸洗处理对煤性质的影响。典型煤(铜川高硫煤)在几种酸溶液中浸洗后,对得到的煤样进行有机质和无机质特性分析、热化学及动力学分析,发现硝酸易与煤中有机大分子发生硝化反应,导致煤中有机大分子分解成有机小分子。气质联用分析显示硝酸较其他酸更易断裂煤中不稳定大分子结构,可能是硝酸与煤中含硫及铁类矿物反应形成酸溶性物质而降低其含量。大部分酸液对钠、钙及镁等的脱除效果较为明显,而氢氟酸对硅、铝、钾等脱除效果明显。氢氟酸液洗煤的活化能较原煤高,硝酸及硝酸盐酸混液酸洗的煤样反应活化能明显下降,即这两种酸液洗后的煤样更易热解燃烧。     

北京空气污染物影响机理与治理效果分析

大气污染防治工作是地方政府的重要议题,而精准治理一个城市空气污染的关键在于明确城市及其周边地区空气污染物的相互影响与传播机理。为此,应用Granger因果检验探索了北京与周边大中城市空气污染物间的因果关系,应用协整分析研究它们之间的长期稳定关系,应用系统变点检测方法检验北京实体污染物序列的分布变异。主要结论是:北京空气污染物的周边主要影响因子是承德、廊坊、张家口、保定、呼和浩特、秦皇岛的当天及前一天污染物,目前北京与周边城市的空气污染物之间没有长期稳定的关系,北京市实体污染物浓度的分布存在突变点。这些结果证实北京与周边大中城市的空气质量逐步好转,北京市历次空气重污染应急预案实施效果明显。