An MPI+OpenACC-Based PRM Scalar Advection Scheme in the GRAPES Model over a Cluster with Multiple CPUs and GPUs

A moisture advection scheme is an essential module of a numerical weather/climate model representing the horizontal transport of water vapor. The Piecewise Rational Method(PRM) scalar advection scheme in the Global/Regional Assimilation and Prediction System(GRAPES) solves the moisture flux advection equation based on PRM. Computation of the scalar advection involves boundary exchange, and computation of higher bandwidth requirements is complicated and time-consuming in GRAPES. Recently, Graphic...     

酸碱改性活性炭吸附水中乙酰水杨酸的行为与机理

采用硝酸(HNO_3)和氢氧化钠(Na OH)对活性炭表面进行改性,并考察其对乙酰水杨酸(ASP)的吸附性能。借助傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对改性活性炭结构特性进行表征,考察孔隙结构和官能团与吸附性能的关系,推断改性活性炭中对ASP起主要作用的官能团是含氧官能团。结果表明,两种改性活性炭对ASP均有良好的吸附效果;与Freundlich方程相比,吸附过程更适合用Langmuir方程来进行描述;也表明了活性炭对ASP的吸附属于单分子层吸附。改性后活性炭的最大吸附量可达到96.129 8 mg/g,且吸附过程更符合二级动力学方程。     

Brij97/异丙醇微乳液的形成及其相转变

通过拟三元相图法研究了聚氧乙烯(10)油基醚(Brij97)/异丙醇/乙酸丁酯/水体系微乳液的形成;用循环伏安法和电导率法观察了该微乳液体系的微乳相结构转变.结果表明,此低毒体系能形成较大的微乳区;微乳液相结构随着含水量的不同发生了由油包水(W/O)→双连续(B.C.)→水包油(O/W)型的连续转变过程.     

离子推力器栅极组件热变形测量方法

栅极组件是离子推力器的核心部件,其所包含的多层栅极结构在工作过程中会发生热变形,导致栅极间距发生改变,进而影响离子推力器的工作性能及寿命。为了实现栅极结构在实际工况下热变形的非接触测量与评估,本研究提出了基于摄像测量的栅极变形观测方法,评价了不同图像分析方法（灰度重心法、圆拟合法、灰度匹配法）对变形测量精度的影响。结果表明灰度匹配方法观测精度高,环境适应性好;同时,设计并实现了一套栅极热变形环境模拟与变形测量系统,可实现高温、通水、通气环境下变形的高精度观测。最后,对环境箱通水通气对测量精度的影响进行了评价,结果表明二者均会对测量精度造成影响,通水对实验结果的影响大于通气的影响。     

水泥预加固-人工冻结联合工法加固地层冻胀特性

为研究采用联合工法施工,能够有效控制土体冻胀位移的施工参数,本文以广州地铁十四号线某联络通道冻结工程为背景,通过有限元软件建立联络通道冻胀位移场三维数值模型,研究了盐水温度和水泥掺量对土体冻胀位移的影响,并计算不同冻结壁厚度下地表冻胀位移量以及联络通道开挖土体的塑性区域,在满足施工安全的前提下,进一步对冻结壁设计参数进行优化,以减小土体冻胀位移。结果表明：采用水泥预加固-人工冻结联合工法施工,当水泥掺量设定为12%,盐水温度控制在-25℃~-31 ℃时,积极冻结末期,地表冻胀位移能够满足工程监测要求;水泥掺量设定为12%,冻结壁厚度设定在1.8m,盐水温度控制在-31 ℃。可见相对于原施工方案,采用联合工法施工,积极冻结末期地表冻胀量减小了73%。     

含未知输入非线性系统的扩展平方根容积卡尔曼滤波算法

针对工程实际应用中存在的未知输入会导致经典的非线性滤波器状态估计精度下降甚至滤波发散的问题,提出了一种基于最小方差无偏估计(minimum variance unbiased estimation, MVUE)准则的扩展平方根容积卡尔曼滤波(extended square-root cubature Kalman filter, ESRCKF)算法。首先,结合上一时刻未知输入估计值对状态一步预测值进行修正,得到含未知输入条件下的状态预测值。其次,设计新息并采用加权最小二乘(weighted least squares, WLS)法获取当前时刻未知输入的无偏估计。最后,通过最小化协方差矩阵的迹,同时采用拉格朗日乘子法和舒尔补引理得到系统状态的最小方差无偏估计。仿真结果表明,相比于现有的非线性滤波算法,ESRCKF算法提高了在处理含未知输入非线性系统时的状态估计精度,并能同时实现系统状态和未知输入的最优估计,验证了该算法的有效性。     

基于时延嵌入式隐马尔科夫模型的癫痫脑电分类算法

癫痫脑电的分类识别能够为癫痫的预警和病程的发展监测提供强有力的技术支持。传统的癫痫脑电分类识别方法需要从较长的时间序列中提取特征,难以刻画大脑的瞬态变化,检测低效且耗时,降低了癫痫预警的有效性。针对上述问题,提出一种基于隐马尔科夫模型的癫痫脑电分类算法。该方法通过时延嵌入式隐马尔科夫模型(time-delay embedded hidden Markov model,TDE-HMM)对脑电进行状态估计,并提取状态序列中的状态切换特征,通过多层感知机(multiple layer perceptron,MLP)实现对不同癫痫发作阶段脑电的有效辨识。实验结果表明,相较于小波变换、微分熵等传统特征,所提方法准确率高,能够有效刻画癫痫不同阶段的大脑状态变化,为癫痫脑电的分类识别和状态分析提供了新的备选方案。     

日本落叶松人工林生物量及生产力的研究

在长岭岗国营林场调查了日本落叶松人工林林分24块标准地，并测定了单株平均木的各器官生物量，结果表明：应用W=a（D^2H）^b模型来估测日本落叶松人工林生物量，其相关程度达显著水平；日本落叶松人工林单株林木各器官的生物量随年龄变化符合理查德（Richards）生长方程；日本落叶松人工林单株林木生物量年平均生长量在26a时达到顶峰；日本落叶松人工林林分生物量24a时达293．40t／hm^2，生产力为20．78t/（hm^2．a）．     

喷涂角度对螺栓表面涂层厚度均匀性的影响

针对工程中采用铝涂料涂覆螺栓时螺栓表面铝涂层易出现的厚度不均匀问题,研究喷涂角度对螺栓表面涂层均匀性的影响规律。对喷涂系统的喷嘴和螺栓进行建模,通过计算流体动力学仿真软件Fluent建立了雾化流场的气液两相流物理模型,使用DPM模型分析了流场中气相和液相的相互作用,获得了在不同角度下的喷涂流场,预测了螺栓表面液膜沉积厚度。搭建了喷涂试验系统并与模拟结果进行了验证,模拟和试验研究均表明在喷涂角度为30°时螺栓表面涂层均匀性最佳。     

碳酸盐岩储层闭合酸化模拟研究

酸压裂缝生产一段时间后导流能力会逐渐降低,常采用闭合酸化来提高已酸压裂缝的导流能力,闭合酸化模拟对闭合酸化设计意义重大,因此,针对该问题进行闭合酸化建模及数值模拟。首先,基于达西定理、物质平衡原理、酸岩反应动力学建立闭合酸化数学模型;然后通过地质统计学中的序贯高斯模拟算法生成具有非均质性和空间关联性的初始裂缝宽度空间分布和裂缝表面基质渗透率分布;利用有限体积法对模型进行数值求解,用C++编制模拟计算程序;最后基于该模型进行广泛的数值模拟研究,分析酸液分布规律、裂缝表面溶蚀规律、酸液作用距离的影响因素及规律,并形成各种条件下的酸液作用距离图版。研究表明,初始裂缝宽度和裂缝表面粗糙度对裂缝表面溶蚀形态起主导作用,裂缝面溶蚀形态有均匀推进、指进溶蚀和沟槽溶蚀;裂缝宽度越小、粗糙度越大,裂缝表面溶蚀竞争越强烈,越容易形成沟槽,酸液作用距离越远;排量、注酸量正相关于活酸作用距离,酸液传质系数负相关于活酸作用距离;典型的施工排量、酸液用量、常用的酸液类型下,闭合酸化中酸液作用距离为20～60 m。此模型可以预测不同条件下酸液作用距离和酸蚀裂缝表面溶蚀形态,优化闭合酸化参数,为现场闭合酸化施工设计提...