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低导热纳米氧化硅隔热材料的制备及性能研究

低导热纳米氧化硅隔热材料的制备及性能研究

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作者：张世超中国建筑材料科学研究总院

学位级别：硕士

节能减排是世界范围内的重要研究课题,使用高效隔热保温材料是节能减排的关键措施之一。以无定形氧化硅(Si O2)为代表的超级隔热材料由于具有优异的隔热保温性能,有望在工业领域的隔热保温工程中得到广泛使用,但材料的高制造成本及相对... 详细信息

节能减排是世界范围内的重要研究课题,使用高效隔热保温材料是节能减排的关键措施之一。以无定形氧化硅(Si O2)为代表的超级隔热材料由于具有优异的隔热保温性能,有望在工业领域的隔热保温工程中得到广泛使用,但材料的高制造成本及相对较低的强度成为该类材料应用的关键制约因素,研究氧化硅超级隔热材料的低成本化制造技术及增强技术具有重要的实际应用价值和社会意义。本文以气相纳米Si O2粉体为主要原料,采用干法压制工艺制备纳米Si O2隔热材料,系统研究了纳米Si O2隔热材料的气孔特征、隔热性能及力学性能,提出了高湿水蒸增强和采用红外屏蔽改善材料高温隔热性能的措施,实现了提高纳米Si O2隔热材料的强度和降低材料高温导热系数的目的,实验结果对于推动纳米Si O2隔热材料的市场化应用具有重要意义。论文的主要研究内容及研究结果如下:1、系统研究了纳米Si O2粉体在干法压制工艺过程中及在不同压力条件下的气孔尺度及分布特征。硬团聚内部的气孔(第一级孔洞)是粉体的本征气孔,其尺度及分布特征基本不受压力的影响;硬团聚体之间气孔(第二级孔洞)和软团聚体之间的气孔(第三级孔洞),随着压力的增加而逐渐减少甚至消失;随着第二级孔洞和第三级孔洞的减少,样品密度增加,总体气孔率降低;当成型压力超过4MPa时,隔热材料中的主要气孔的尺度为纳米级。2、系统研究了纳米Si O2隔热材料的隔热性能。随着成型压力的逐渐升高,隔热材料的常温导热系数先降低再升高,当成型压力为4MPa时,隔热材料的导热系数最低,常温导热系数为0.019 W/m·K;而隔热材料的导热系数随温度的升高而迅速升高,800℃下的导热系数达到0.2W/m·K;添加红外屏蔽剂是降低高温导热系数的有效手段,其种类、添加量影响红外屏蔽效果,碳化硅可以实现最佳屏蔽效果,添加25%质量分数粒径3.8μm的碳化硅样品,在800℃下的导热系数达到0.018W/m·K。3、系统研究了纳米Si O2隔热材料的增强技术及工艺,采用纤维增强和高湿水蒸工艺提高了隔热材料的力学性能。添加5%的石英纤维,可以将材料的压缩强度从0.5MPa提升到0.91MPa;提出了高湿水蒸的增强工艺方法,并对其增强机理进行了分析;在40℃相对湿度95%的环境中,当样品的吸湿率在25%左右时,样品的抗压强度提高到1.7MPa,而导热系数基本无变化;高湿水蒸过程中,水蒸气浸入样品的孔隙,在团聚体颗粒之间形成了小区域的硅溶胶,硅溶胶在干燥时发生失水缩聚反应,将多个团聚体颗粒连接在一起,从而提高了材料的力学性能;高湿水蒸工艺可以在较低温度下、在密闭简易空间内实施,高温、高压反而会造成材料的开裂。4、评价了隔热材料的高温稳定性。纳米Si O2隔热材料在800℃以下的重烧线收缩小于2%,超过800℃后,材料重烧线收缩增加,超过1000℃使用时,材料将会产生收缩开裂现象。

关键词：纳米氧化硅隔热材料辐射屏蔽剂高湿水蒸

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基于数据压缩的Petri网可达图分析

基于数据压缩的Petri网可达图分析

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作者：马攀飞西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着社会数字化不断深入,越来越多领域开始采用分布式系统以降低系统耦合度的同时提高经济效益。但随着分布式系统规模逐渐扩大,分析系统可靠性以及避免死锁状态成为了亟待解决的重要难题之一。Petri网是一种基于图形表达的数学形式,能... 详细信息

随着社会数字化不断深入,越来越多领域开始采用分布式系统以降低系统耦合度的同时提高经济效益。但随着分布式系统规模逐渐扩大,分析系统可靠性以及避免死锁状态成为了亟待解决的重要难题之一。Petri网是一种基于图形表达的数学形式,能够很好地描述系统中的并发、并行以及同步等关系。可达图可以反应一个Petri网的全部动态行为,基于可达图可以完成避免死锁、分析系统可靠性等问题。Petri网可达图的规模受到网结构和初始标识的影响,随着影响因素规模扩大,可达标识数目呈指数级别增加,从而导致传统的可达图串行算法一方面会由于状态空间爆炸导致内存溢出,另一方面会由于可达标识数目过多而无法在有效时间内完成可达图的计算。为解决大规模数据问题,本文从Petri网性质出发,设计相应的线性规划,对可达图实现数据压缩。在数据压缩的基础上,优化Petri网可达图串行算法,同时分别在GPU和CPU平台上设计相应的Petri网可达图并行算法,并通过若干Petri网实例验证基于数据压缩的Petri网可达图计算效率。本文主要工作如下:1、利用Petri网部分库所托肯守恒的特性设计线性规划,求解Petri网最小覆盖库所集,对可达图实现数据压缩,缓解状态空间爆炸问题;在传统的Petri网可达图串行算法的基础上,采用字典树表示完整状态空间,结合T-不变量提高重复可达标识的判断速度,以保证大规模数据的计算效率。2、在GPU平台上,基于CUDA设计可达图的并行算法。对传统的串行算法进行解耦分析,得到最小并行子任务。利用GPU多核心的优势,多线程同时在多个可达标识下判断变迁是否使能,通过添加互斥锁合理组织线程保证数据完整性,提高可达图计算效率。3、在CPU平台上,基于MPI+Open MP设计多种并行算法,随着并行程度提高,计算效率随之提升。其中,基于MPI将所有可达标识分开存储在多个进程上,同时在单进程内利用Open MP共享内存的特性,启动多线程同时判断变迁使能的算法并行程度最高,计算效率最佳。通过若干Petri网实例进行实验,验证了数据压缩可以有效缓解状态空间爆炸问题;基于数据压缩的可达图算法可以有效提高Petri网可达图的计算效率。

关键词： Petri网可达图数据压缩并行计算

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基于Petri网的离散事件系统不可观测行为研究

基于Petri网的离散事件系统不可观测行为研究

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作者：成曦西安电子科技大学

学位级别：硕士

离散事件系统(Discrete Event System,DES)是一类由事件驱动且状态离散的动态系统。随着现代工业化、智能化水平的提高,离散事件系统在人类生产、生活等活动中扮演越来越重要的角色,系统的复杂程度也在逐渐增加。在一些控制系统中,由于... 详细信息

离散事件系统(Discrete Event System,DES)是一类由事件驱动且状态离散的动态系统。随着现代工业化、智能化水平的提高,离散事件系统在人类生产、生活等活动中扮演越来越重要的角色,系统的复杂程度也在逐渐增加。在一些控制系统中,由于观测技术不足、观测成本有限或系统出现故障等原因,在系统动态演化的过程中不可避免地会出现一些不可观测的行为。不可观测的行为通常无法加以控制,对系统稳定安全的运行环境造成隐患。因此研究离散系统不可观测行为的识别问题具有非常重要的学术价值和工程意义。本文以Petri网和自动机作为系统的建模和分析工具,将不可观测行为视为Petri网中的不可观库所,通过分析系统的输入输出序列来发现系统中可能存在的不可观测行为,最终构建一个能描述系统行为且具有一定准确性的新模型。本文的主要工作如下:1、本文提出一种基于可达图的Petri网模型准确性的分析方法,能够计算模型产生的不同长度的额外序列,并验证模型是否具有k完备性。给出了一种基于整数线性规划的不可观行为识别算法,该算法利用观测序列构建描述系统状态演化过程的自动机,通过自动机分析需要被禁止发射的非法变迁,将不可观行为的识别问题转化数学语言描述的线性规划,最终得到一个k完备的Petri网模型。2、由于基于整数线性规划的识别算法所得模型复杂度较高,本文提出了结构优化方法以简化所得Petri网模型。首先给出了非法变迁集的计算方法,使得不可观库所的计算过程不需要考虑Petri网的动态变化。然后改进了线性约束和目标函数,使得一个不可观库所可以禁止更多的非法变迁发射,降低所得Petri网模型的复杂度。3、通过具体算例验证了基于整数线性规划识别算法在模型准确性方面的优势和针对模型复杂性问题的结构优化方法的有效性。

关键词：离散事件系统 Petri网不可观行为整数线性规划

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