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环冷机烟气余热驱动的ORC系统性能分析及多目标优化研究

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环冷机烟气余热驱动的ORC系统性能分析及多目标优化研究

作者：吴豪安徽建筑大学

学位级别：硕士

当前,随着能源使用量持续增长和环境污染不断加剧,迫切需要转变能源结构,节约和有效利用能源,并优化能源利用模式。在这一背景下,工业余热回收的重要性日益凸显。工业余热回收不仅是推动向低碳经济转型、实现气候目标的重要手段,也是加... 详细信息

当前,随着能源使用量持续增长和环境污染不断加剧,迫切需要转变能源结构,节约和有效利用能源,并优化能源利用模式。在这一背景下,工业余热回收的重要性日益凸显。工业余热回收不仅是推动向低碳经济转型、实现气候目标的重要手段,也是加快可持续发展、维护生态环境的必要举措。在余热回收利用的研究领域中,利用余热资源进行余热发电是一种可持续的能源利用方式,可以有效提高能源利用效率,减少环境污染,并带来经济效益。有机朗肯循环（ORC）作为一种理论成熟的中低温余热回收技术,具有热循环效率高、结构简单、维护成本低等优点,尤其适用于低温余热发电技术。因此,采用低温余热发电技术,将工业余热资源用于ORC系统发电,对于提高钢铁企业余热资源利用率,推动实现“双碳”目标都具有重要意义。本文以360m2烧结机配套的环冷机三段出口烟气余热为研究对象,并通过烟气换热器将循环水加热后作为ORC系统热源,同时采用R245fa作为系统循环有机工质,研究不同循环水进口温度条件下,系统热力参数对其性能的影响。此外,以最大系统?效率和最小发电成本（EPC）为优化目标,通过基于遗传算法（GA）的多目标优化方法揭示了ORC系统最佳热力参数、最佳循环水进口温度、最佳热力性能和经济性能。主要研究内容与结论如下:（1）介绍了亚临界ORC系统的工作原理、基本组成部分和热力学循环过程,根据工质筛选原则选取了五氟丙烷（R245fa）作为循环工质。建立了热力学和热经济计算模型,并对模型进行验证分析。验证结果表明系统净输出功和系统热效率的模拟结果与文献结果值具有较高的吻合度,最大相对误差分别不超过0.16%和0.85%,可用于研究ORC系统性能。（2）基于亚临界ORC系统的热力学和经济计算模型,选用R245fa作为循环工质,利用热力学数值计算软件和工质物性参数查询软件Refprop对系统模型进行计算。即在不同循环水进口温度条件下,分析系统热力参数对其性能的影响,并对系统四个热力参数进行敏感度分析。研究结果表明:当循环水进口温度为140℃～150℃时,随着工质蒸发温度的增大,系统净输出功先增大后减小,热效率和?效率逐渐增大,而单位净输出功所需换热面积（APR）和EPC则呈逐渐减小趋势。当循环水进口温度为160℃～180℃时,存在最佳工质蒸发温度110℃,使得系统能够达到最大的系统净输出功、热效率和?效率,同时使得APR和EPC最小。（3）随着工质冷凝温度的增大,系统净输出功、热效率和?效率均减小,但APR和EPC会出现先减少后增加的趋势。随着工质过热度的增加,系统的净输出功和?效率会减少,而热效率则呈现先增加后减少的趋势;当循环水进口温度在140℃～150℃时,APR和EPC会呈现先减少后增加的趋势;而当循环水进口温度在160℃～180℃时,APR和EPC则逐渐减小。随着蒸发器节点温差的增加,系统净输出功和?效率减少,热效率保持在一个固定值,但APR和EPC均呈持续减少趋势。在一定循环水进口温度范围内,系统热力性能随循环水进口温度升高而提升,但经济性能较差。工质冷凝温度对系统净输出功、热效率和?效率的敏感度最为显著,而工质蒸发温度对APR和EPC的敏感度最高。（4）针对140℃～180℃变温热源,建立了以系统热力学性能（最大?效率）和经济性能（最小发电成本）为优化目标的亚临界ORC系统双目标优化模型。以工质蒸发温度、冷凝温度、过热度和蒸发器节点温差作为决策变量,采用遗传算法对系统性能进行优化。研究结果表明:系统最佳循环水进口温度为170℃、最佳工质蒸发温度为110℃、冷凝温度为30.44℃、过热度为6.53℃以及蒸发器节点温差为9.46℃,且在最佳参数的设定下,系统能够实现最大净输出功率为2879.56k W,最大热效率为13.67%,最大?效率为38.94%。同时,最小APR为2.61m2/k W,最小EPC为0.084$/k Wh。此外,系统优化后的烟气出口温度为105.88℃,低温烟气的余热回收率达到64.22%。图[34]表[8]参[92]

关键词：环冷机余热回收有机朗肯循环热力性能经济性能遗传算法

基于深度学习的表面肌电信号手势识别方法研究

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基于深度学习的表面肌电信号手势识别方法研究

作者：吴豪重庆理工大学

学位级别：硕士

表面肌电信号(surface Electromyography,sEMG)是一种与人体运动意图息息相关的生理信号,基于sEMG的手势识别对假肢控制和康复医学等领域的研究具有重要的意义。传统模式识别方法存在过度依赖特征工程且难以胜任多类别手势识别任务的问... 详细信息

表面肌电信号(surface Electromyography,sEMG)是一种与人体运动意图息息相关的生理信号,基于sEMG的手势识别对假肢控制和康复医学等领域的研究具有重要的意义。传统模式识别方法存在过度依赖特征工程且难以胜任多类别手势识别任务的问题,近年来,随着硬件性能的提升,基于深度学习的手势识别研究得到了更广泛的关注。但是,深度学习方法在基于稀疏表面肌电信号的手势分类领域并未取得令人满意的识别效果,究其原因为算法复杂度过高、特征提取能力欠缺以及高数据量需求等,限制了其硬件植入和应用推广,严重阻碍了手势识别技术的发展。针对上述问题,本文在现有深度学习算法的基础上,针对高类别手势动作的稀疏表面肌电信号,创新性地架构了两种不同的卷积神经网络算法,分别实现了算法复杂度大幅度减小和特征提取能力增强的目标,且提升了算法对于高类别手势的识别能力。然后以此为基础构建了一套迁移学习方法,显著降低了训练数据量的需求。具体来说,本文主要研究工作如下:(1)针对现有深度学习算法模型的高复杂度问题,本文提出了一种基于多尺度融合卷积和通道注意力的sEMG手势识别算法。首先,本文在多尺度融合卷积中借助非对称卷积分解、1×1卷积快速降维和池化方法有效降低了模型参数量,同时扩展了网络深度和宽度以强化对多尺度肌电特征的捕获能力。然后,通过高效通道注意力机制对获得的多尺度特征各通道分配权重,以关注高贡献的尺度特征。本文利用高类别手势动作的肌电信号数据集检验所提算法的手势识别性能,结果显示,该算法结构复杂度大幅度降低(参数量仅为89万,同类算法最低为107万),且在52种手势的识别率达到了88.27%,达到了该数据集的先进水平。因此,所提算法在确保识别性能的基础上,有效降低算法的复杂度。(2)为了显著改善卷积神经网络算法的特征提取能力,本文构建了基于窄核卷积和特征融合的sEMG手势识别算法。该算法利用长时间跨度的窄核卷积来学习sEMG每个独立通道内的时间相关性特征,以克服传统方形卷积丢失通道独立性特征的问题,从而针对性提取特定肌肉的肌电信号和手势之间的代表性相关信息;并在模型的决策阶段融合使用浅层特征和深层特征以捕获多维度肌电特征。实验结果表明,所提算法在NinaPro DB2、DB3和DB4数据集上的49类、49类和52类手势识别任务中的准确率分别达到88.03%、70.58%和85.91%,不仅具备最为先进的识别精度,且在多种数据集上具有较强的泛化性能。此外,为验证特征信息量对所提算法性能的影响,本研究将加速度信号与肌电信号相融合,改进了所提算法模型,将NinaPro DB2的准确率提高到了95.25%,达到该数据集同类多模态算法的最先进性能。(3)针对现有算法的高数据量需求与实际用户数据量稀缺之间的矛盾问题,本文提出了基于迁移学习的跨用户sEMG手势识别方法。本文在前面工作所构建的算法模型基础上,利用迁移学习技术将特征提取器的参数从一个预先训练的成熟模型转移到目标模型并予以冻结,以获取手势识别任务的一般通用性知识;然后用较少的新用户数据对目标模型的标签分类器参数进行微调,使目标模型得以适应源域与目标域的数据分布差异。实验结果显示,所提出的迁移学习方法以常规训练10%的数据量达到常规训练准确率的90%以上,以少量的数据获得了良好的识别效果,并极为显著地缩短了训练所消耗的时间。综上,本文以改善算法的计算效率为出发点,在算法复杂度、特征提取能力和数据量需求等多方面进行了优化,所提出的一系列算法具有较强的实际应用价值,为假肢控制和康复医学等领域提供了参考和理论依据。

关键词：多尺度融合卷积高效通道注意力窄核卷积特征融合迁移学习

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融合自注意力机制的光谱重建技术研究

融合自注意力机制的光谱重建技术研究

作者：吴豪西南科技大学

学位级别：硕士

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GIS技术在跑道型通用机场选址中的应用

GIS技术在跑道型通用机场选址中的应用

作者：吴豪中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

近几年,我国航空产业快速增长,中国也成为全球最大的民航市场之一。通用航空作为其重要分支,以通用航空为基础的“低空经济”已被确定为国家战略性新兴产业,未来将会有更多的通用机场建设需求。目前,由于通用机场选址涉及多方面的复杂因... 详细信息

近几年,我国航空产业快速增长,中国也成为全球最大的民航市场之一。通用航空作为其重要分支,以通用航空为基础的“低空经济”已被确定为国家战略性新兴产业,未来将会有更多的通用机场建设需求。目前,由于通用机场选址涉及多方面的复杂因素,通用机场选址决策过程需要耗费设计人员大量的时间与精力,如何利用现代计算机技术为选址人员快速筛选出适宜建设机场的区域,提高选址效率,并在后续选址方案评价的过程中,如何科学合理地对各个场址进行客观评判,需要进行更深入的研究。本文在对跑道型通用机场选址的影响因素进行合理分析的基础上,构建出分阶段的选址评价指标体系,利用GIS软件对机场选址所涉及的地形、交通、水文等信息进行集成与量化处理,基于GIS与模糊物元对跑道型通用机场进行选址评价研究。首先,从机场运行安全性、机场建设可行性、交通便利性等方面入手,对跑道型通用机场选址的影响因素进行分析。其次,建立跑道型通用机场数字高程模型,并利用GIS的填挖方分析功能,精确得到净空处理的土石方量,为选址方案决策提供更完善的数据支撑。再次,结合GIS的空间分析对机场选址进行分阶段评价指标体系构建。利用模糊层次分析法与熵权法对评价指标进行主客观组合赋权,再利用乘法合成法确定评价指标综合权重。然后,分阶段对跑道型通用机场选址进行分析,收集机场选址所涉及的地理信息矢量数据并对其所在区域进行空间适宜性评价,基于组合赋权与模糊物元建立跑道型通用机场选址评价模型,并结合欧式贴进度对选址方案进行综合排序。最后,以国内某市新建跑道型通用机场为例,运用选址模型对其进行求解并对结果进行分析,确定该机场的最佳选址方案。结果表明,在跑道型通用机场预选场址的过程中,进行GIS技术的应用能更全面地考虑选址区域的数字地理信息情况,进一步结合数学模型可为选址方案的比选提供科学、合理、高效的方法,该研究给跑道型通用机场的选址提供了决策借鉴和参考。

关键词：跑道型通用机场机场选址 GIS 空间适宜性模糊物元

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基于迁移学习的铁路接触网异物检测算法研究

基于迁移学习的铁路接触网异物检测算法研究

作者：吴豪重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国交通与科技的高速发展,高铁里程跃居世界第一,各种列车的辅助驾驶与无人驾驶技术层出不穷。如何确保铁路系统正常运行对交通安全至关重要,在列车无人驾驶或辅助驾驶的情况下,经常会有多种异物在铁路接触网上出现,这不仅会影响... 详细信息

随着我国交通与科技的高速发展,高铁里程跃居世界第一,各种列车的辅助驾驶与无人驾驶技术层出不穷。如何确保铁路系统正常运行对交通安全至关重要,在列车无人驾驶或辅助驾驶的情况下,经常会有多种异物在铁路接触网上出现,这不仅会影响供电安全,还可能引发各种事故,造成潜在的经济损失和人员伤亡。因此,实现对铁路接触网的高效异物检测和预警对确保铁路交通安全至关重要。近年来,基于深度学习的目标检测算法在各类商业和工业检测场景中都表现出色,其具有抗干扰能力强、受环境因素影响小、检测速度快、精度高等特点。但针对铁路接触网异物检测存在两个问题:(1)数据集不足,针对特殊天气与夜晚检测场景,缺乏足够多的学习样本,使得算法模型训练不充分。(2)检测要求精度高、速度快,针对交通安全背景的目标检测问题,如何利用现有的目标检测器达到速度与精度的有效平衡。对于问题一,为有效扩充数据集,本文结合迁移学习思想和目标检测方法,提出一种基于改进循环生成对抗网络(CycleGAN)的数据集增强方法。该方法针对CycleGAN的生成器结构,引入U-Net结构并融合Convnext卷积结构替换原始生成器。此外,优化生成器的损失函数,引入特征匹配损失,帮助模型更快收敛,并进一步提升生成图像质量。实验结果表明,改进的CycleGAN算法相较于原始的算法在峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)指标上分别提高了4.20%和4.66%,实现了铁路接触网异物检测场景数据的有效扩充。对于问题二,为进一步提升算法精度的同时并保障检测速度,提出了一种基于YOLOv7-Tiny的改进模型。该模型首先在骨干网络中引入DDB模块,构建新的特征提取网络。其次,引入高效的注意力通道机制EMA,构建EMA-ELAN模块。最后,使用引入WIoU作为模型边界框损失函数,提高模型检测的能力,提升检测性能。实验结果表明,改进后的YOLOv7-Tiny较原始模型的平均准确率(m AP)提高了2.2%。将改进后CycleGAN扩充的实验样本丰富到实验数据集中,并与改进的YOLOv7-Tiny模型联合,实验验证结果表明,本文提出的将迁移学习和深度学习结合的方法在铁路接触网异物检测这种实际工程中表现较为良好,可在此基础上研究开发嵌入式的检测系统,具备一定的实际使用价值。

关键词：迁移学习目标检测 CycleGAN YOLO

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医疗AGV多策略融合控制算法设计与研究

医疗AGV多策略融合控制算法设计与研究

作者：吴豪然河南工业大学

学位级别：硕士

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3D打印技术在食品领域中的研究进展

食品与发酵工业 2024年

作者：童强佟垚吴豪肖帅磊姜宇大连工业大学机械工程与自动化学院海洋食品加工与安全控制全国重点实验室国家海洋食品工程技术研究中心辽宁省海产品精深加工产业共性技术创新平台大连市中式预制食品技术创新中心

随着国家“十四五规划中”关于构建特色食品工业体系的提出，传统的食品加工技术也向着构建多元化的创新型技术转变。食品3D打印技术因具备个性化定制、加工精度高、营养均衡和绿色生产的优势，为构建特色创新型食品加工方式提供新思路... 详细信息

随着国家“十四五规划中”关于构建特色食品工业体系的提出，传统的食品加工技术也向着构建多元化的创新型技术转变。食品3D打印技术因具备个性化定制、加工精度高、营养均衡和绿色生产的优势，为构建特色创新型食品加工方式提供新思路。该文通过调研分析，介绍了当前食品3D打印的最新进展，系统讨论了食品3D打印技术在加工精度、营养均衡、按需生产、绿色生产方面的应用以及优势，指出了当前食品3D打印技术所面临的挑战，如设备的改进优化，食材的拓展以及经济效益等方面。最后该文展望了食品3D打印技术的未来发展趋势和方向，旨在为构建多元化的创新型食品加工技术提供参考。

关键词： 3D打印增材制造食品加工成型原理打印材料

体验式教学理念下“量感”培养路径研究——以“厘米和米”教学为例

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数学教学通讯 2024年第25期 54-56页

作者：吴豪安徽省合肥市巢湖市人民路小学 238000

在小学数学教学中,“数感”与“量感”互为表里、相互联系。在“量感”思维的教学中教师要注重学生实践性的学习体验,这种体验应兼具实践性和互动性,这样才能提升学生的“数量”感知能力。文章以“厘米和米”为例,对学生“量感”思维的... 详细信息

在小学数学教学中,“数感”与“量感”互为表里、相互联系。在“量感”思维的教学中教师要注重学生实践性的学习体验,这种体验应兼具实践性和互动性,这样才能提升学生的“数量”感知能力。文章以“厘米和米”为例,对学生“量感”思维的培养路径进行阐述与分析。

关键词：小学数学 “量感”思维体验式教学

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食品4D打印技术在食品工业中的应用进展

食品工业科技 2024年

作者：童强肖帅磊毕野吴豪董秀萍海洋食品加工与安全控制全国重点实验室国家海洋食品工程技术研究中心辽宁省海产品精深加工产业共性技术创新平台大连市中式预制食品技术创新中心大连工业大学机械工程与自动化学院大连工业大学食品交叉科学研究院

4D打印技术作为在3D打印的基础上增加了“时间”这个维度的新兴打印技术，不仅可以在三维空间内构建复杂结构，还能通过材料的预设形变来实现打印物体的自我组装和形态变化。4D打印技术作为新一代的增材制造技术，因演变过程完全可预测... 详细信息

4D打印技术作为在3D打印的基础上增加了“时间”这个维度的新兴打印技术，不仅可以在三维空间内构建复杂结构，还能通过材料的预设形变来实现打印物体的自我组装和形态变化。4D打印技术作为新一代的增材制造技术，因演变过程完全可预测、可设计和可控制的特点，其潜力和影响力正在不断扩大。近年来，4D打印技术在现代食品加工领域也得到了广泛的研究和应用，通过4D打印实现食品结构、营养成分、口感等特性的精准控制。本文综述了食品4D打印技术原理、要素及优势，分析了食品4D打印在现代食品加工领域中的应用进展，包括4D打印材料特性、外界刺激等方面，并重点探讨了4D打印智能食品的微观结构控制与口感之间的关系，最后展望了食品4D打印技术发展趋势和挑战，旨在为现代食品加工领域提供参考借鉴。

关键词： 4D打印增材制造食品加工外界刺激微结构控制