寒区湖泊冰下溶解氧浓度的数值模拟

根据芬兰Valkea-kotinen湖2011年1月14日至2011年4月3日冰下溶解氧浓度和温度的现场观测数据,利用分布参数系统参数辨识方法,对Golosov等人建立的淡水湖泊冰下溶解氧浓度一维偏微分方程模型中溶解氧湍流垂直交换系数进行优化辨识,得到了适应该湖泊的溶解氧湍流垂直交换系数值,并利用该溶解氧湍流垂直交换系数值模拟了Valkea-kotinen湖冰下溶解氧浓度随时间变化的情况。数值模拟结果与实测数据吻合良好,说明辨识出的Valkea-kotinen湖冰下溶解氧湍流垂直交换系数是准确有效的,该结果能对寒区冰下溶解氧浓度的数值模拟研究提供参考依据。     

寒区水库淡水冰导温系数的优化辨识

为探究接近冰点的天然淡水冰导温系数依赖于温度的非线性变化关系,利用分布参数系统参数辨识方法,建立了以淡水冰导温系数依赖于温度函数的参数辨识模型,数值求解该模型辨识计算出淡水冰导温系数的非线性关系.并用该辨识结果数值模拟了山西太原汾河二库淡水冰温度变化过程,模拟结果表明:辨识得到的水库淡水冰依赖于冰温变化的导温系数关系式是有效的.     

以气温为边界条件的水库冰盖厚度的数值模拟研究

针对寒区水库冰盖厚度增长的数值模拟问题,依据黑龙江省红旗泡水库2008年、2009年2个冬季现场观测的气温、冰温等实测数据,应用最小二乘法进行参数辨识,改进前人关于冰面温度与气温关系的表达形式,确定了黑龙江省大庆地区水库冰盖冰面温度依赖于大气温度的线性变化关系.分析了前人对寒区水库冰盖热力模式及冰厚增长数值模拟研究的方法,对其一维热力学模型和单相Steften问题所采用的数值解法进行了改进,用已给出的转换关系将大气温度转换后的冰面温度作为边界条件,对黑龙江省红旗泡水库2008、2009年2个冬季冰盖厚度的增长情况进行了数值模拟,数值模拟结果与现场实测数据吻合良好.     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

多区域耦合分布参数系统辨识与应用

根据北极雪、冰及海水各层温度变化特征,建立多区域温度场耦合热力学系统及各区域热力学参数辨识模型.利用区域分解法论述了北极雪、冰及海水各子区域温度场耦合热力学系统弱解的存在性、关于热力学参数的依赖性及可辨识性.构造优化算法,根据实测温度数据计算了北极雪、冰及海水各区域的热力学参数,得到北极雪、冰、海水各层温度分布的数值计算结果,并同实测结果进行了对比,表明了该算法的有效性.     

潮汐河流溶解氧数学模型的探讨

本文根据河流一维水质对流扩散方程和潮汐河流的特征,建立了潮汐河流潮变溶解氧数学模型.该模型考虑了有机污染物质的碳化和硝化耗氧过程,通过模拟实测的溶解氧,确定了由流速和水深表达的复氧系数公式中的有关参数.计算值与实测值的比较结果表明,本模型能较好地模拟黄浦江潮汐过程中溶解氧的时空变化过程,对进一步探讨潮汐河流的水质变化规律有一定的参考价值.     

黑龙江地区淡水冰表面太阳短波辐射与云量关系的优化辨识

依据文献中高纬度海冰区太阳短波辐射与云量关系的参数化方案,利用2009年、2010年两个冬季黑龙江省红旗泡水库现场观测的太阳短波辐射数据和中国气象数据共享网上下载的云量数据,以及观测点的太阳天顶角、太阳时、纬度等数据,根据最小二乘法构造参数辨识模型,用MATLAB编程求解该参数辨识模型,分析得到黑龙江地区淡水冰表面太阳短波辐射与云量关系的参数化方案.     

混凝土中氯离子三维扩散模型及参数拟合

提出了基于ANSYS有限元分析和试验实测数据拟合的混凝土中氯离子三维非稳态扩散模型.该模型可以模拟混凝土与海水接触表面氯离子随时间变化的累积效应、氯离子扩散系数随时间和氯离子浓度的变化,以及氯离子反应率对扩散的影响.根据非稳态扩散方程与导热方程的相似性,用ANSYS有限元软件参数化设计语言编程方法,实现了数值模拟分析;利用ANSYS的优化设计功能,以有限元数值计算结果与实测数据的误差平方和最小为优化目标,拟合氯离子扩散试验的实测数据,得到数值模拟所需的模型参数.计算表明:模型能比较好地拟合长期海洋环境暴露试验的实测数据,为海洋环境中使用的混凝土结构的耐久性设计提供参考依据.     

漳州盆地深部岩层温度数值模拟及热储量估算

分别采用一维和二维热传导数学模型,对漳州盆地典型区域深部温度进行了数值模拟,并进行了热储量的初步估算。首先由实测样品数据得到地表生热率和热导率等参数,再由所得地表生热率计算深部生热率,依据地球物理勘探解释结果,给出地层结构和厚度等参数。然后分别利用一维分层热传导模型和二维稳态热传导模型进行数值模拟,得到不同条件下5 000 m以浅不同深度的温度值。最后基于数值模拟参数,给出了研究区分层热储量的计算结果。     

南极海冰导热系数优化辨识

根据我国第22次南极科学考察现场调查数据,建立了辨识海冰导热系数的参数辨识模型,依据海冰导热系数依赖于其温度盐度的变化关系,拟合得到了三种海冰导热系数依赖于温度盐度的函数关系.通过遗传算法对该优化辨识模型进行了数值求解,用辨识出的最优导热系数与目前通用的海冰导热系数经验公式分别对我国第21次南极科学考察观测温度数据进行数值模拟,模拟结果表明本文构造的辨识模型是正确有效的,辨识结果可供南极海冰数值模拟者参考.     

GW15汽油机排气歧管的优化设计

应用AVLBOOST软件结合经验公式对GW15汽油机进行了一维不稳定流动模拟计算。基于数值模拟结果,优化原汽油机排气歧管,并通过试验测得该发动机的扭矩、功率、燃油消耗率、空燃比、排气温度等参数加以分析验证。研究结果表明:优化后,最大扭矩增加了4.22 N.m;最大功率增加了3.06 kW;最低燃料消耗率在常用转速下降低了5.82 g/(kW.h)。     

影响寒区水库雪/冰表面温度的因素及其敏感性分析

基于雪/冰表面热平衡方程,得到影响雪/冰表面温度的主要因素有冰上气温、风速、净辐射、冰厚、湿度、云量及气压.考虑某一因素对雪/冰表面温度的影响,则改变这一因素,保持其它因素相对固定,从而分析该因素对雪/冰表面温度影响的敏感性.采用2009-2010年冬季黑龙江红旗泡水库现场观测所得的不同时刻冰上气温、风速、太阳辐射、冰厚等实测数据以及在中国气象网上下载得到的安达气象站的有关云量、湿度与海平面气压等数据进行统计分析,确定主要影响因素的特征.在此基础上对某一因素在实测范围内变化取值,利用雪/冰表面热平衡方程,模拟计算出对应的水库雪/冰表面温度.经敏感性分析得到了红旗泡水库上述七个影响因素与雪/冰表面温度的关系式.该结果可为气象因素对水库淡水冰的形成及数值模拟研究提供参考依据.     

平原河网地区闸泵群联合调度水环境模拟

为探索闸泵联合调度对水环境的改善作用,以苏州城市中心区为研究对象,基于实测数据构建河网一维水动力-水质数值模型,模拟了45个关键水工调控工程;对污染源做了详细的分类计算,采用实测水质资料对模型进行验证。利用该模型研究了平水年现状调度方案下的水质变化规律,结果表明,CODCr和NH+4-N质量浓度变化与水位呈负相关,且枯水期水质呈现西北好东南差的特点。针对此特点,提出利用城市中心区闸泵群对西塘河引水量进行再分配,作为枯水期水质改善的调度方案,模拟结果表明,在新的调度方案下,大部分区域的水质都能达到更优一级的标准,各站点的污染物浓度都有大幅减少,最多减少了49.7%。     

基于微气象的输电线路覆冰过程综合辨识方法

输电线路覆冰会引发导线断股、杆塔折损等事故,严重威胁电网的安全运行,因此能否准确预测输电线路覆冰情况对电力系统的安全稳定运行具有重要意义.针对输电线路覆冰过程模型不易建立的问题提出了一种基于微气象的覆冰过程综合辨识方法.该方法涵盖了多项式回归模型、时间序列模型和机器学习模型,利用Matlab中的系统辨识工具箱和libsvm工具箱较为便捷和全面的对覆冰过程进行辨识与建模.首先对获取的数据进行预处理,然后选择合适的模型结构进行参数辨识得到初始模型,最后对初始模型进行验证得到最终辨识模型.实验表明,综合辨识方法能够实现对不同模型特点的输电线路覆冰过程进行精确预测,并且提高了输电线路覆冰预测模型建立的便捷性和全面性.     

沉淀池一维分层水力模型参数校核及模拟应用

通过在沉淀池一维分层模型中纳入弥散项和异重流,建立沉淀池一维分层水力模型,并选用Takács模型描述沉淀池中悬浮固体的沉降速率.根据沉淀池的运行特性,结合污泥层高度的算法,建立模型参数校核的评价指标.针对模型中参数较多、校正困难的问题,利用经验公式率定结合灵敏度分析的方法,提出了通用的参数校核方案.参数校核后的沉淀池模型,能够很好地模拟中试试验实测的悬浮固体曲线、出水和底流的悬浮固体质量浓度和污泥层高度.     

基于YanMeng模型模拟台风的初步探索

利用风场模型对台风进行数值模拟得到极值风速这一方法已被广泛应用.首先详细介绍YanMeng风场模型物理模型及数值解法;着重强调该模型中的两个随机参数:Holland参数B、等效粗糙长度z_0,讨论了它们对气压场及风速的影响程度,并给出相应取值方法;最后以YanMeng风场模型作为技术背景,根据厦门气象局提供的实测台风数据对台风DAN进行数值模拟,得到梯度风场以及台风影响下厦门地区表面风速,以证明YanMeng 风场模型的可行性.     

寒区海上风电基础锥体动冰荷载

为了明确有冰海域加锥风电基础结构的动冰荷载模型,通过寒区风电基础锥体结构现场观测得到的海冰破碎特征数据,研究了随机动冰荷载模型在风电基础结构上的适用性;基于现场观测数据发现冰力周期和冰力幅值均服从正态分布。通过对海上风电结构及油气平台等不同尺寸锥体上测量数据的分析,建立了平均冰力周期和冰厚、冰速参数之间的关系式,对比实测周期,两者基本吻合。同时确立了平均冰力幅值与极值静冰力之间的关系,建立了锥体随机动冰荷载模型。结合此风电基础现场实测的海冰数据,模拟动冰荷载并施加到有限元模型中,对比数值分析结果与实测的结构响应加速度,结果表明两者在时域和频域上均吻合较好。可见构建的随机动冰荷载模型能够用于分析加锥风电结构抗冰性能。     

基于通量边界条件的一维溶质运移模型源项系数反演

利用正则参数随迭代次数变化的最佳摄动量算法对一维溶质运移模型中基于通量边界的源项系数进行了数值反演.讨论了预估迭代次数,入流端的定通量输入浓度,反演空间以及数据随机扰动对该算法的影响.数值结果表明该算法对此类反问题是有效的.     

基于最小二乘法的飞行员模型参数辨识

针对飞行员与飞机相匹配的特点,采用最小二乘法对飞行员模型进行参数辨识.根据Hosman感知模型的特点,确立待辨识参数,为提高辨识精度,重点分析了辨识数据野值的剔除和补正.在俯仰工况下,利用最小二乘递推算法辨识参数,并在研究用Boeing 737-800飞行模拟机上对该方法进行了试验验证.结果表明,飞行员模型的仿真输出曲线与飞行测试数据之间的升降舵角度误差小于0.3°,俯仰角误差小于0.5°,说明通过该方法获得的模型参数能够反映飞行员实际的操作行为.     

相变平板简化热容热阻动态模型

建立了相变平板一维一阶(2R1C)、二阶(4R2C)与三阶(6R3C)热容热阻简化动态模型,利用遗传算法对简化模型的RC参数进行辨识。通过模拟,对不同简化模型的准确性与适用性进行了对比。结果表明,在保证准确性的前提下,4R2C简化模型所需辨识参数较少,适用性更好;与数值模型结果相比,采用4R2C简化模型在不同边界条件下模拟得到相变平板表面温度平均温差均小于0.3℃,通过左、右表面热流平均相对误差分别为10%与5%左右,表明4R2C简化模型在不同边界条件下仍具有很好的准确性与适用性。简化模型的计算时间小于数值模型计算时间的0.1%,计算效率明显提高。