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基于FEniCS的二维非结构网格Navier-Stokes方程求解器研究

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基于FEniCS的二维非结构网格Navier-Stokes方程求解器研究

作者：姜晓坤武汉理工大学

学位级别：硕士

在随着现代计算集群的计算速度和储存容量大幅度提高,借助于数值水池为基础的分析评估、预报及优化设计的虚拟综合集成现代计算流体力学体系,为复杂海洋环境下船舶航行性能与海洋平台结构安全性的研究提供了所必需的虚拟试验环境和技术... 详细信息

在随着现代计算集群的计算速度和储存容量大幅度提高,借助于数值水池为基础的分析评估、预报及优化设计的虚拟综合集成现代计算流体力学体系,为复杂海洋环境下船舶航行性能与海洋平台结构安全性的研究提供了所必需的虚拟试验环境和技术手段。复杂几何外形下,非结构化网格能较快速的完成前处理工作,并能达到一定的数值精度,是现代CFD技术发展应用的主流方向。有限元法在复杂边界条件,非结构化网格上适应性良好,是求解Navier-Stokes方程的主流数值方法之一,其具有良好的科研价值和工程应用背景。本文使用Python语言,基于FEniCS等科学计算库下开发了算子分裂格式,并对比了不同稳定化格式在对流占优问题的计算精度、效率与稳定性;基于伴随理论,开发基于误差指示器的非结构网格自动加密模块,发展了一种适用于有限元法的非结构网格自适应技术。对目标函数较为敏感的网格区域加密并优化网格,简化了非结构化网格前处理流程,提高了绕流问题的计算精度。提出了将一致分裂格式应用到自适应有限元中,简化了误差项,相较于经典的投影法和增量压力修正格式提高了网格自适应中的计算精度与效率。本文的主要内容如下:1.给出了有限元在泛函空间上的数学定义与符号规定,以及Navier-Stokes方程的弱形式推导。选择合适的算子分裂格式与压力场与速度场的分裂形式,对压力场-速度场选择合适的混合单元,验证了有限元方法在方腔流,圆柱绕流算例上的数值精度;2.讨论了混合有限单元中的对流占优问题,以及两种常用的抑制对流占优的稳定性方法,分别为人工粘性法与SUPG方法。在对流方程,圆柱绕流问题中将标准Galerkin方法与上述稳定性方法在计算精度与计算效率进行了对比与讨论。最后,讨论了以上三种方法在临界区域内流场中的计算情况;3.基于一致分裂格式,针对物体边界网格密度不足的问题,开发自适应模块,应用在有限元流场求解程序上.讨论了网格加密比率、最大加密迭代次数以及初始网格密度在圆柱绕流问题上的误差分析.依照不同的受力构建了误差指示器,本文发现圆柱体/方型体绕流问题在不同的误差指标上的计算误差存在显著差异.最后讨论了方形体绕流计算中不同分裂格式的计算效率与计算精度情况。本文针对使用有限元法求解不可压NS方程问题所存在的几大困难,在前人现有工作的基础上,编程实现了高效稳定的稳定化方法与网格自动加密算法,可用于解决船舶与海洋工程中常见的流体问题,为结构物设计优化提供帮助。

关键词：非结构网格有限元法稳定化方法自适应算法一致分裂格式

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中国研究型大学人才培养目标定位研究

中国研究型大学人才培养目标定位研究

作者：姜晓坤大连理工大学

学位级别：硕士

人才培养、科学研究与社会服务是大学的三项基本职能。其中,人才培养是一切工作的核心。这是因为,教育的本质就是促进人的发展,高校的所有工作都围绕着人才培养工作而展开,高校的人才培养目标体现着高等教育对培养人才的具体要求。合理... 详细信息

人才培养、科学研究与社会服务是大学的三项基本职能。其中,人才培养是一切工作的核心。这是因为,教育的本质就是促进人的发展,高校的所有工作都围绕着人才培养工作而展开,高校的人才培养目标体现着高等教育对培养人才的具体要求。合理定位人才培养目标,不仅有助于高校人才培养工作的顺利展开,更有助于高校明确办学指导思想、提升核心竞争优势。研究型大学拥有显著的学科优势、一流的教师队伍、广泛的资金支持和较好的生源保障,凭借其在科研、人才培养、社会服务等多领域中的突出表现,享有很高的学术声誉和广泛的社会影响力,稳居我国高等教育金字塔的最顶端。研究型大学肩负着为社会发展与民族进步培育社会精英的历史重任。只有以社会需求为导向,以学校层次为基础,不断明确人才培养的基本目标与定位,才能不断调整人才培养的基本体系,提升人才培养的能力与质量。本文综合运用文献分析、历史分析、比较研究相结合的研究方法,通过探究中国古代和近代教育思想中有关人才培养目标定位的经验,同时结合国外几所世界知名的一流大学的人才培养目标定位经验,分析和总结出当今我国研究型大学人才培养目标定位的理性选择,并基于此提出几点合理化的保障措施,希望对我国研究型大学人才‘培养目标定位有所启示。论文的其中重点内容为：探讨当今中国研究型大学人才培养目标定位的现状和需要解决的问题,基于我国的基本国情和研究型大学的自身特点,理性地提出具有中国特色的研究型大学人才培养目标定位的建议。

关键词：研究型大学人才培养目标定位

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传统同山高粱酒品质改进研究

传统同山高粱酒品质改进研究

作者：姜晓坤浙江大学

学位级别：硕士

中国白酒拥有悠久的历史,其传统酿造工艺精湛,自古以来,中国就有饮用白酒的文化和习俗。本文的研究对象同山高粱酒是诸暨著名特产“同山烧”的产业化开发产品,其属于清香型白酒,具有一般高粱酒的清冽风格,然而其香气却较为单薄。本实验... 详细信息

中国白酒拥有悠久的历史,其传统酿造工艺精湛,自古以来,中国就有饮用白酒的文化和习俗。本文的研究对象同山高粱酒是诸暨著名特产“同山烧”的产业化开发产品,其属于清香型白酒,具有一般高粱酒的清冽风格,然而其香气却较为单薄。本实验通过底锅水回用、酵母混配发酵、酒曲混配发酵、酒糟回用、多种粮发酵等五种方法对传统同山高粱酒的原有发酵工艺进行优化,共得到9种改良酒样。针对这9种改良酒样,参考白酒“风味轮”感官术语,将感官定量描述分析方法与传统评分方法相结合,对其进行感官评价,并以10分制分别对各个酒样的香气、口味、口感和综合表现等方面进行评分,根据各酒样的感官评价质量评分结果,筛选出了4种质量较好的改良酒样,分别是酒样3B、酒样4A、酒样4B和酒样5A。采用顶空固相微萃取法(HS-SPME)提取传统清香型同山高粱酒及其经发酵工艺改良后的酒样3B、酒样4A、酒样4B和酒样5A中的香气成分,结合气相色谱-质谱联用仪对香气成分进行分析。结果显示,除乙醇外,五种清香型白酒中共检测出71种香气成分,其中：传统同山高粱酒中共检测出香气成分35种,主要呈香化合物有酯类化合物、醇类化合物和芳香族化合物,主要香气成分有己酸乙酯、乙酸乙酯、3-甲基丁醇、1,1-二乙氧基乙烷、丁酸乙酯;酒样3B中共检测出香气成分27种,主要呈香化合物有酯类化合物、醇类化合物和烷烃类化合物,主要香气成分有乙酸乙酯、3-甲基丁醇、1,1-二乙氧基乙烷、苯乙醇;酒样4A中共检测出香气成分45种,主要呈香化合物有酯类化合物、醇类化合物、烷烃类化合物和烯烃类化合物,主要香气成分有乙酸乙酯、1,1-二乙氧基乙烷、3-甲基丁醇、双戊烯、十二烷;酒样4B中共检测出香气成分41种,主要呈香化合物有酯类化合物、烷烃类化合物、烯烃类化合物和芳香族化合物,主要香气成分有乙酸乙酯、1,1-二乙氧基乙烷、3-甲基丁醇、双戊烯、十四烷;酒样5A中共检测出香气成分33种,主要呈香化合物有酯类化合物、醇类化合物和烷烃类化合物,主要香气成分有乙酸乙酯、1,1-二乙氧基乙烷、1-甲氧基-3-甲基丁烷。经过感官评价和GC-MS分析,结果显示,多种粮发酵可以显著改善同山高粱酒的香气丰富程度,改良酒样4A(掺入10%的糯米和10%的玉米)和酒样4B(掺入10%的糯米和10%的小麦)中的香气物质种类明显增多,酒的口感和风味得到改善。

关键词：香气成分清香型同山高粱酒发酵工艺改良顶空固相微萃取气相色谱-质谱联用

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双输入非线性系统的递推辨识方法研究

双输入非线性系统的递推辨识方法研究

作者：姜晓坤青岛科技大学

学位级别：硕士

非线性系统在化工过程、工业制造、通信系统和生物医药领域中广泛存在。它的参数辨识问题一直都是辨识领域的难点和热点。本文基于递推最小二乘算法和随机梯度算法,结合分解技术,利用递阶辨识原理和辅助模型思想研究双输入非线性系统的... 详细信息

非线性系统在化工过程、工业制造、通信系统和生物医药领域中广泛存在。它的参数辨识问题一直都是辨识领域的难点和热点。本文基于递推最小二乘算法和随机梯度算法,结合分解技术,利用递阶辨识原理和辅助模型思想研究双输入非线性系统的参数辨识问题,并取得以下研究成果:(1)针对白噪声干扰下的双输入特殊方程误差类系统,利用分解技术,通过矩阵变换和递阶辨识原理将系统变换成两个模型,结合最小二乘搜索和负梯度搜索原理,推导了针对双输入非线性有限脉冲响应系统的递阶最小二乘算法和递阶随机梯度算法。(2)针对有色噪声干扰下的双输入特殊方程误差类系统,采用递阶辨识原理中的交互估计理论来处理信息向量中存在的不可测噪声项,充分利用了所有的数据信息,提高了估计精度,推导了针对双输入非线性受控滑动平均系统的递阶增广最小二乘算法和递阶增广随机梯度算法。(3)针对双输入非线性受控自回归滑动平均系统,根据辅助模型辨识思想,用估计残差来替代信息向量中的不可测噪声项,推导了针对双输入非线性受控自回归滑动平均系统的递阶广义增广最小二乘算法和递阶广义增广随机梯度算法。论文推导了双输入非线性特殊方程误差类系统的几种参数估计算法,给出了流程图和计算步骤,并进行了数值仿真,从而验证了算法的有效性。

关键词：最小二乘随机梯度分解技术输入非线性系统辅助模型

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玉竹发酵酒的工艺研究

北方园艺 2014年第22期 141-143页

作者：姜晓坤吉林农业科技学院食品工程学院吉林吉林132000

以新鲜玉竹为原料,经过粉碎、发酵、澄清等工艺,通过正交实验,研究了不同酵母接种量、柠檬酸添加量、发酵温度对玉竹发酵酒的影响。结果表明:酵母接种量为0.15%,柠檬酸添加量为4g/L,发酵温度为24℃,得到的玉竹发酵酒为浅金黄色,澄清,透... 详细信息

以新鲜玉竹为原料,经过粉碎、发酵、澄清等工艺,通过正交实验,研究了不同酵母接种量、柠檬酸添加量、发酵温度对玉竹发酵酒的影响。结果表明:酵母接种量为0.15%,柠檬酸添加量为4g/L,发酵温度为24℃,得到的玉竹发酵酒为浅金黄色,澄清,透明有光泽,酒味浓郁,丰满,有玉竹特有的清香,典型性突出。

关键词：玉竹发酵工艺研究

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甜玉米决明子复合饮料的工艺研究

北方园艺 2013年第22期 140-142页

作者：姜晓坤于佳男吉林农业科技学院食品工程学院酿造技术研究中心吉林吉林132101

以甜玉米和决明子为主要原料,通过单因素试验,确定了甜玉米提取液和决明子提取液的最佳配比,同时对稳定剂进行了筛选;利用正交试验方法对复合饮料的加工工艺进行了初步探讨。结果表明:甜玉米、决明子复合汁的最佳配比是8∶2;使用黄原胶+... 详细信息

以甜玉米和决明子为主要原料,通过单因素试验,确定了甜玉米提取液和决明子提取液的最佳配比,同时对稳定剂进行了筛选;利用正交试验方法对复合饮料的加工工艺进行了初步探讨。结果表明:甜玉米、决明子复合汁的最佳配比是8∶2;使用黄原胶+CMC-Na(1∶1)复合稳定剂时,饮料离心分离率最高,静置分层率最低,效果最好;饮料的最佳配方为:玉米决明子复合汁25%、蔗糖8%、柠檬酸0.2%、复合稳定剂0.3%。

关键词：甜玉米决明子复合饮料

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薏米芦荟复合饮料的工艺研究

食品与机械 2013年第3期29卷 234-237页

作者：王喜萍姜晓坤吉林农业科技学院酿造技术工程研究中心吉林吉林132101

以薏米、库拉索芦荟为主要原料,通过单因素试验确定薏米提取液和芦荟汁的最佳配比,同时对稳定剂进行筛选;利用正交试验方法对复合饮料的加工工艺进行探讨。结果表明,薏米芦荟复合汁的配比是7∶3;复合稳定剂为黄原胶+海藻酸钠+琼脂(1∶1... 详细信息

以薏米、库拉索芦荟为主要原料,通过单因素试验确定薏米提取液和芦荟汁的最佳配比,同时对稳定剂进行筛选;利用正交试验方法对复合饮料的加工工艺进行探讨。结果表明,薏米芦荟复合汁的配比是7∶3;复合稳定剂为黄原胶+海藻酸钠+琼脂(1∶1∶0.05);饮料最佳配方为薏米芦荟复合汁20%、蔗糖8%、柠檬酸0.2%、复合稳定剂0.3%。

关键词：薏米芦荟饮料工艺

气相色谱-质谱法分析比较传统同山高粱酒及其改良工艺酒样中的香气成分

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食品工业科技 2016年第4期37卷 87-91,96页

作者：姜晓坤应铁进浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江杭州310058

采用顶空固相微萃取法(HS-SPME)提取传统清香型同山高粱酒及其经发酵工艺改良后的酒样Ⅰ、酒样Ⅱ中的香气成分,结合气相色谱-质谱联用仪对香气成分进行分析。结果显示,除乙醇外,三种清香型白酒中共检测出61种香气成分,其中:传统同山高... 详细信息

采用顶空固相微萃取法(HS-SPME)提取传统清香型同山高粱酒及其经发酵工艺改良后的酒样Ⅰ、酒样Ⅱ中的香气成分,结合气相色谱-质谱联用仪对香气成分进行分析。结果显示,除乙醇外,三种清香型白酒中共检测出61种香气成分,其中:传统同山高粱酒中共检测出香气成分35种,主要呈香化合物有酯类化合物、醇类化合物和芳香族化合物,主要香气成分有己酸乙酯、乙酸乙酯、3-甲基丁醇、1,1-二乙氧基乙烷、丁酸乙酯;酒样Ⅰ中共检测出香气成分45种,主要呈香化合物有酯类化合物、醇类化合物、烷烃类化合物和烯烃类化合物,主要香气成分有乙酸乙酯、1,1-二乙氧基乙烷、3-甲基丁醇、双戊烯、十二烷;酒样Ⅱ中共检测出香气成分41种,主要呈香化合物有酯类化合物、烷烃类化合物、烯烃类化合物和芳香族化合物,主要香气成分有乙酸乙酯、1,1-二乙氧基乙烷、3-甲基丁醇、双戊烯、十四烷。研究结果表明,传统同山高粱酒经发酵工艺改良后,酒中香气成分种类明显增多,酒的口感和风味得到改善。

关键词：香气成分清香型同山高粱酒发酵工艺改良顶空固相微萃取气相色谱-质谱联用

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微波法制备冷水可溶性玉米淀粉工艺研究

吉林农业科学 2013年第6期38卷 86-89页

作者：姜晓坤范杰英吉林农业科技学院吉林吉林132101 吉林省农业科学院长春130033

以玉米淀粉为原料,采用乙醇-碱液为溶剂,微波处理法制备冷水可溶性玉米淀粉,通过各单因素试验和L9(34)正交试验,确定了冷水可溶性玉米淀粉的最佳制备工艺条件。结果表明,当料液比1:1,乙醇体积分数为80%,碱液加入量为11 g/100 mL,微波处... 详细信息

以玉米淀粉为原料,采用乙醇-碱液为溶剂,微波处理法制备冷水可溶性玉米淀粉,通过各单因素试验和L9(34)正交试验,确定了冷水可溶性玉米淀粉的最佳制备工艺条件。结果表明,当料液比1:1,乙醇体积分数为80%,碱液加入量为11 g/100 mL,微波处理时间3 min,微波功率为400 W时,制得的冷水可溶性玉米淀粉的溶解度达到最大为59.12%。

关键词：可溶性玉米淀粉微波处理乙醇-碱溶液