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针对高阶DG数值格式的非定常流场计算智能加速研究

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针对高阶DG数值格式的非定常流场计算智能加速研究

作者：丁子元南京航空航天大学

学位级别：硕士

快速准确地获取非定常流场,是流体力学及其工程应用中的一个关键问题。对于非定常流场的研究方案主要有实验研究、理论分析和基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的数值仿真三大类。实验研究在人为构建的风洞、水洞等场所模拟出真实... 详细信息

快速准确地获取非定常流场,是流体力学及其工程应用中的一个关键问题。对于非定常流场的研究方案主要有实验研究、理论分析和基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的数值仿真三大类。实验研究在人为构建的风洞、水洞等场所模拟出真实数据,进而对非定常流动精准解析,但是高度依赖人工经验,并且实验成本较高。数值分析通过数学方法对纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,NS)方程进行简化再求解,得到某些特定条件下的定量结果,由于非定常流动涉及面很广,理论分析不具有普适性,并且出于计算速度、存储容量等原因很难实现三维条件下的求解。基于CFD的数值计算方法对具有多尺度、复杂结构的非定常流场的高保真(High-fidelity)计算仍然非常耗时。针对以上三类方案的不足,本文通过基于高阶间断伽辽金(High-order Discontinuous Galerkin,DG)法的隐式大涡模拟(Implict Large Eddy Simulation,ILES)生成实验所需数据,选取典型的二维圆柱绕流作为研究对象,采用机器学习技术构建代理模型,提出了一套针对高阶DG数值格式的非定常流场计算的智能加速方案。主要研究工作可分为以下几个方面:(1)本文提出了基于高斯过程回归代理模型的加速计算框架,单纯对流场求解过程中的单元面积分进行建模,从而用GPR代理模型代替单元面积分过程并嵌入到CFD计算框架中,提高计算效率。在同一批数据下与人工神经网络进行实验对比,结果证明了基于GPR的加速计算框架具有很大的潜力。(2)本文针对高阶DG方法特有的高阶表达系数,提出了基于时间-空间关系的数据集重构方法,使得机器学习模型的训练数据形式与CFD计算方法保持一致,通过将该数据集应用到流场加速计算框架中,验证了该构造方法的有效性与实用性。(3)考虑到DG方法高精度、高分辨率的特点,选择以隐式大涡模拟对多尺度、有结构的非定常流进行精细数值模拟。本文提出了由三维卷积、残差网络、注意力机制构成的“DG+3D-CNN”加速计算框架,将训练完成的深度混合神经网络替代原有复杂、耗时的数值计算过程。实验结果证明,在有限的时间内,“DG+3D-CNN”模型能够精确复现“DG+ILES”模型的流场计算结果,具体来说,典型观测点处的流场物理量与真实结果的平均百分比误差在0.2%之下。不同算例下的实验结果进一步表明,“DG+3D-CNN”模型具有良好的泛化性能,大幅节约了时间成本。

关键词：深度学习三维卷积残差网络注意力机制高阶间断伽辽金方法高斯过程回归数值仿真加速计算

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温度、盐度对强壮箭虫耗氧率和窒息点的影响

应用生态学报 2011年第11期22卷 3081-3086页

作者：刘青朱海燕刘芳丁子元大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室辽宁大连116023

研究了不同温度、盐度下强壮箭虫的耗氧率和窒息点.结果表明:温度和盐度均对强壮箭虫的耗氧率和比耗氧率有显著影响.试验温度在5℃～25℃,强壮箭虫个体耗氧率(IO)和比耗氧率(SO)开始随温度的升高而升高,之后呈明显下降趋势.其回归方程... 详细信息

研究了不同温度、盐度下强壮箭虫的耗氧率和窒息点.结果表明:温度和盐度均对强壮箭虫的耗氧率和比耗氧率有显著影响.试验温度在5℃～25℃,强壮箭虫个体耗氧率(IO)和比耗氧率(SO)开始随温度的升高而升高,之后呈明显下降趋势.其回归方程分别为y=0.0058x3-0.2956x2+4.415x-8.7816(R2=0.99,P<0.05)和y=0.0011x3-0.0546x2+0.8161x-1.6232(R2=0.99,P<0.05),数值分别为6.30～11.71μg·ind-1·h-1和1.22～2.16μg·mg-1·h-1,窒息点为4.18～6.87mg·L-1.盐度10～40条件下,IO和SO随盐度的升高逐渐下降,回归方程分别为y=-0.0068x2-0.1412x+21.702(R2=0.89,P<0.05)和y=-0.0013x2-0.0261x+4.0114(R2=0.89,P<0.05),数值分别为4.98～17.73μg·ind-1·h-1和0.92～3.56μg·mg-1·h-1,窒息点为4.02～6.24mg·L-1.对强壮箭虫与其他水生动物的耗氧率和窒息点进行比较得出,强壮箭虫是一种狭氧性浮游动物.

关键词：强壮箭虫温度盐度个体耗氧率比耗氧率窒息点

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针对高阶DG数值格式的非定常流场预测建模

空气动力学学报 2022年第6期40卷 51-63页

作者：丁子元安慰刘学军吕宏强南京航空航天大学计算机科学与技术学院模式分析与机器智能工业和信息化部重点实验室南京211106 空气动力学国家重点实验室绵阳621000 气动噪声控制重点实验室绵阳621000 软件新技术与产业化协同创新中心南京210023 南京航空航天大学航空学院南京210016

高阶间断伽辽金方法作为一种数值求解方法,具备精度高和适用于复杂外形等特点,同时由于其良好的色散以及耗散特性,非常适用于隐式大涡模拟。然而在求解非定常流场时,通常需要计算很长的时长,如何降低计算代价仍然是一个挑战。针对这一问... 详细信息

高阶间断伽辽金方法作为一种数值求解方法,具备精度高和适用于复杂外形等特点,同时由于其良好的色散以及耗散特性,非常适用于隐式大涡模拟。然而在求解非定常流场时,通常需要计算很长的时长,如何降低计算代价仍然是一个挑战。针对这一问题,提出了一种由三维卷积、二维残差网络和注意力机制组成的深度神经网络,该网络能够从数据中捕捉隐含的流场时空特征。对不同雷诺数下的圆柱绕流进行数值模拟得到用于训练的数据集,将训练完成后的网络用于预测未来时间段的流场原始数据,实验结果显示深度神经网络对圆柱绕流实验数据具备良好的建模能力,用该深度神经网络预测的流场与直接用CFD求解器计算出的结果高度一致。

关键词：深度学习三维卷积残差网络注意力机制高阶间断伽辽金方法非定常流场预测

天津地区中华鳖模拟野生环境生态立体养殖技术研究

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科学养鱼 2012年第10期34卷 38-40,93页

作者：丁子元臧莉李灏邵蓬尤宏争蔡琰天津市水产技术推广站 300221

随着中华鳖养殖业的迅猛发展,养殖单产的快速提高,使得向池塘中投入的饵料数量增加,水域污染日趋严重,导致养殖水体生态环境恶化,造成水产养殖病害多发,水产品质量安全及中华鳖品质明显下降,市场价格出现下滑,部分养殖户的养殖效益降低... 详细信息

随着中华鳖养殖业的迅猛发展,养殖单产的快速提高,使得向池塘中投入的饵料数量增加,水域污染日趋严重,导致养殖水体生态环境恶化,造成水产养殖病害多发,水产品质量安全及中华鳖品质明显下降,市场价格出现下滑,部分养殖户的养殖效益降低,甚至出现了亏损。为修复养殖水域环境,提高水产品质量安全,促进渔农民增产增收,提高中华鳖养殖品质,推广生态养殖理念,在天津地区首次采用中华鳖模拟野生环境放养、

关键词：立体养殖技术天津地区野生环境中华鳖环境生态水产品质量安全模拟生态环境恶化

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优良本土酿酒酵母的酿造特性研究

中国食品学报 2023年第1期23卷 204-215页

作者：刘沛通丁子元于庆泉范佳硕乔岩王海绮郑晓卫中粮营养健康研究院有限公司北京102209 中粮长城桑干酒庄(怀来)有限公司河北张家口075499

开发优良的本土酵母对充分发挥我国葡萄酒的风土特征,改变国外商业酵母垄断的局面具有重要意义。本研究通过小试发酵从11株本土酵母中筛选出2株发酵和产香性能良好的本土酵母60258和60268,应用2个品种的葡萄(白葡萄品种“雷司令”和红... 详细信息

开发优良的本土酵母对充分发挥我国葡萄酒的风土特征,改变国外商业酵母垄断的局面具有重要意义。本研究通过小试发酵从11株本土酵母中筛选出2株发酵和产香性能良好的本土酵母60258和60268,应用2个品种的葡萄(白葡萄品种“雷司令”和红葡萄品种“西拉”)进行中试酿造。结果表明:60258可以稳定的高产酯类物质,在“雷司令”和“西拉”中的乙酸酯总量分别是商业酵母的3倍和1.6倍,其乙酯产量是商业酵母乙酯总量的近2倍,可以显著提升葡萄酒的花香和果香风味特征;60268可以高产甘油,更适合提升红葡萄品种的香气品质。2株酵母在实际生产中具有较大的应用前景。

关键词：本土酵母酿酒酵母葡萄酒酯类物质酿造特性

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水族箱中的活化石观赏品种新贵——海月水母

天津水产 2011年第1期 14-15页

作者：李灏邵蓬丁子元天津市水产技术推广站天津300221

海月水母(aurelia aurita),又称水水母,在中国台湾称为幽浮水母,隶属钵水母纲旗口水母目洋须水母科海月水母属,在我国大连,烟台,青岛等沿海均有分布。源于6.5亿年前,是当今世界上历史最悠久的生物。因其婀娜多姿的泳姿和缤纷绚丽的色彩。

关键词：水族箱钵水母纲旗口水母目幽浮缤纷绚丽钵口幼体浮浪幼虫泳姿雌性个体雄性个体

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D-阿洛酮糖的功能及其生物合成研究进展

生物工程学报 2018年第9期34卷 1419-1431页

作者：沈雪梅王靖张媛王小艳丁子元李义陈博佟毅中粮营养健康研究院有限公司北京102209 营养健康与食品安全北京市重点实验室北京102209 老年营养食品研究北京市工程实验室北京102209 吉林中粮生化有限公司(玉米深加工国家工程研究中心) 吉林长春130033

随着肥胖、糖尿病等代谢性疾病的发病率在全球范围急剧上升,人们对食品营养和健康等问题日益关注。D-阿洛酮糖作为重要的天然稀有己酮糖,不仅保持良好的甜度,而且具有降血糖、降血脂、抗氧化等功效,逐渐成为食品、保健和医疗领域的研究... 详细信息

随着肥胖、糖尿病等代谢性疾病的发病率在全球范围急剧上升,人们对食品营养和健康等问题日益关注。D-阿洛酮糖作为重要的天然稀有己酮糖,不仅保持良好的甜度,而且具有降血糖、降血脂、抗氧化等功效,逐渐成为食品、保健和医疗领域的研究热点。文中阐述了D-阿洛酮糖的主要生理功能,综述了D-阿洛酮糖的生物合成研究进展及其酮糖3-差向异构酶的晶体结构,为筛选D-阿洛酮糖的产生菌株及提高合成酶的热稳定性和转化率提供理论指导,以满足工业化生产的需求。

关键词： D-阿洛酮糖功能合成差向异构酶活性稳定性

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天津市池塘与工厂化海水养殖区监测与评价

天津水产 2014年第1期 17-23页

作者：邵蓬张勤丁子元宋昀鹏臧莉天津市水产技术推广站天津300221

2013年天津市水产技术推广站对天津市池塘和工厂化海水养殖区进行了全面系统的监测。据此,研究分析不同养殖模式水域生态环境的联系及差异,及对天津海水养殖环境质量造成不利影响的因素,为天津海水养殖环境监管、环境影响评价、环境变... 详细信息

2013年天津市水产技术推广站对天津市池塘和工厂化海水养殖区进行了全面系统的监测。据此,研究分析不同养殖模式水域生态环境的联系及差异,及对天津海水养殖环境质量造成不利影响的因素,为天津海水养殖环境监管、环境影响评价、环境变化预测等领域提供基础数据和研究参考。

关键词：海水养殖区池塘工厂化监测评价

风光混合新能源增氧系统在天津地区池塘养殖中的试验

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中国水产 2018年第2期 38-40页

作者：李灏郝俊丁子元任涵玮天津市水产技术推广站

2015年,天津全市养殖面积超过60万亩,总产量40.12万吨,为市民提供了大量的优质蛋白质,渔业是天津市农业的支柱产业。增氧系统是渔业生产中渔业机械的必要组成,目前国内大量使用的增氧机多为1500W^3000W的高耗能渔业机械,通过380V三相交... 详细信息

2015年,天津全市养殖面积超过60万亩,总产量40.12万吨,为市民提供了大量的优质蛋白质,渔业是天津市农业的支柱产业。增氧系统是渔业生产中渔业机械的必要组成,目前国内大量使用的增氧机多为1500W^3000W的高耗能渔业机械,通过380V三相交流电、电动机或柴油机等动力源驱动,使用量巨大,消耗大量电力和能源。每个养殖企业每年用电成本占总成本的比例很大,且火力发电需向空气中排放大量废气,造成空气污染、能源枯竭与环境污染问题日益严重。另外,部分鱼塘处于相对偏远的地方,特别是水面较宽阔的大型养殖场,电网难以到达和覆盖,获得电力能源的投入很大,线损高,压降严重,且安全隐患较多。因此天津市水产技术推广站特申立“风光混合新能源增氧系统在养殖中的试验示范”,促进天津市渔业向低碳环保的方向发展。

关键词：增氧系统池塘养殖天津地区试验示范新能源混合渔业机械水产技术推广