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基于人工神经网络与多相流模拟技术的搅拌过程研究

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有色金属科学与工程 2024年

作者：武煜坤李政权王贻得徐止恒李凯旋石昊宇江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室

针对搅拌釜系统本身的强非线性特点，传统研究方法往往难以快速准确地反演现场实际情况。为解决这一问题，本研究采用了人工神经网络(Artificial Neural Network，ANN)与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)相结合的方法... 详细信息

针对搅拌釜系统本身的强非线性特点，传统研究方法往往难以快速准确地反演现场实际情况。为解决这一问题，本研究采用了人工神经网络(Artificial Neural Network，ANN)与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)相结合的方法，构建了ANN-CFD湍流状态预测模型。采用了3种训练算法（Levenberg-Marquardt、Bayesian Regulation和Scaled Conjugate）和优化算法（遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法）对模型超参数进行研究。采用双层遗传算法(GA-GA)分别对神经网络的隐藏层节点数和初始权值阈值进行了优化研究，同时提出了神经网络架构较优方案；用ANN-CFD模型预测搅拌釜内流场状态并评估模型精度。结果显示：BR算法在神经元数大于9个时达到较高的预测准确性，且准确度变化总体趋于稳定；遗传算法的全局收敛性及预测精度在本模型中表现出了出色的性能；在双隐藏层条件下隐藏层神经元数组合为11-10时达到综合较优效果；基于GA-GA优化的ANN-CFD模型其回归指标均超过了0.9，展现出出色的预测精度。与传统的BP神经网络相比，在验证集和测试集上的拟合效果提高一倍以上。

关键词：搅拌釜人工神经网络计算流体力学遗传算法湍流状态

基于CFD-PBM耦合模型的浮选槽中气体分散特性研究

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基于CFD-PBM耦合模型的浮选槽中气体分散特性研究

基于CFD-DEM的湿颗粒气力输送数值模拟

第十二届中国金属学会青年学术年会暨首届〝碳中和〞冶金青年科学家沙龙

作者：李凯旋李政权王贻得石昊宇张博群陈慧敏江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西理工大学

浮选是一个复杂的多相流过程,涉及气、液、固三相流体的相互作用,同时还包含颗粒与气泡的相互碰撞和黏附过程,以及气泡的聚并与破碎等复杂行为。浮选作为三大选矿技术之一,被广泛应用于广泛应用在环保、冶金工业和矿业、医药及生物工程... 详细信息

浮选是一个复杂的多相流过程,涉及气、液、固三相流体的相互作用,同时还包含颗粒与气泡的相互碰撞和黏附过程,以及气泡的聚并与破碎等复杂行为。浮选作为三大选矿技术之一,被广泛应用于广泛应用在环保、冶金工业和矿业、医药及生物工程等领域。在如今矿产资源越来越"贫、细、杂"的背景下,传统浮选设备已经不能满足社会生产需要,因此急需提高浮选设备分选性能。近年来,群体平衡模型(PBM)被引入并成功与CFD耦合来研究浮选过程。PBM涉及通过对流和湍流扩散求解气泡数量转移的输运方程,并且考虑具有预定义尺寸的气泡的破裂和合并来改变气泡数量。虽然PBM的引入提高了CFD模拟的预测精度,但CFD-PBM中集成了大量的经验模型,例如气泡破裂和聚结模型。合适的实证模型对预测结果有积极的影响,需要进一步完善。针对在研究浮选池中空气分散的传统CFD模型中,气泡被简化为单一尺寸和单一形状的气泡,忽略了气泡的流动、变形、破碎、聚并和尺寸分布的影响等问题,该工作采用VOF中的PLIC界面重构方法,对单个三维气泡在搅拌槽中的运动进行了数值模拟,研究两相相互作用过程中气泡在搅拌槽中的运动及变形。在考虑表面张力和重力的情况下,实时计算了质量和动量守恒方程。压力-速度耦合通过SIMPLE方案实现,界面重构采用几何重构PLIC方案。分析了在搅拌槽中搅拌速度、气泡尺寸、表面张力、密度比、气泡初始位置对气泡运动与变形的影响。结果表明,搅拌速度大小可以改变气泡形状,而增加搅拌速度则能加速气泡的运动和变形过程。表面张力可以维持气泡形状,阻止气泡的变形。气泡尺寸与密度比影响气泡运动速度,进一步影响气泡的变形行为。气泡的初始位置决定了它所受液体流动作用的大小,进而影响其运动轨迹和变形。基于以上研究结果,开发了计算流体动力学和群体平衡模型(CFD-PBM)耦合模型来模拟气液浮选槽中的气体分散特性。优化了气泡聚并和破碎模型,并在群体平衡模型中实现,相间力考虑了Yang等提出的最小能量化曳力模型。通过优化的气泡聚并模型和气泡破裂模型,进一步提高了CFD-PBM的预测精度,研究了搅拌速度、气体流量对流场结构、持气率、气泡尺寸分布和气液界面面积的影响。研究发现,使用CFD-PBM方法,可以获得浮选槽的平均流动行为平均直径的信息。随着搅拌速率的增加,含气率增加,功率数减少,增加搅拌速率可以增强气体分散,从而改善气体混合。通过以上研究有助于优化浮选工艺参数,为矿物分选创造良好的条件,降低选矿成本,有效解决浮选试验的局限性,提高生产效率和资源利用率,实现矿产资源的高效利用和可持续发展。

关键词：群体平衡模型(PBM) 耦合CFD-PBM 气液两相流浮选

来源： cnki会议评论

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中国粉体技术 2024年第2期30卷 12-23页

作者：徐止恒李政权王贻得武煜坤李凯旋石昊宇江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000

【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, C... 详细信息

【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)和离散元法(discrete element method, DEM)双向耦合的数值模拟方法,通过对弯头外侧中心线的颗粒速度分析对比,验证数值模型的正确性以及网格的无关性。【结果】干颗粒沉降在管道底部,表现为管底流的运动状态,湿颗粒因液桥力的作用而形成紧密的颗粒团块,以单粒子和颗粒团2种形式进行运动,并且颗粒含水率越大,颗粒团聚现象越严重;湿颗粒的输送速度明显比干颗粒低,且随着颗粒含水率的增加,颗粒的平均输送速度呈下降趋势。【结论】相对于干颗粒输送,湿颗粒输送流动性更弱、输送效率更低以及能耗更高,在实际工业应用中,应当对湿颗粒进行前处理,以便于气力输送的无故障进行。

关键词：计算流体力学离散元法湿颗粒液桥力流态

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破片杀伤战斗部空爆状态下车顶夹芯板防护性能分析与优化设计

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兵工学报 2024年第1期45卷 69-84页

作者：傅耀宇贵新成周云波刘家志石昊王铮 63969部队江苏南京211113 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

在现代战争中,为实现远程精确打击,众多破片杀伤战斗部选择车辆顶部作为首选攻击位置,而目前国内外关于冲击波和破片联合作用下车辆顶部防护的研究基本没有。为提高特种车辆顶部防护性能并实现结构轻量化设计,通过北约一级替代装药爆炸... 详细信息

在现代战争中,为实现远程精确打击,众多破片杀伤战斗部选择车辆顶部作为首选攻击位置,而目前国内外关于冲击波和破片联合作用下车辆顶部防护的研究基本没有。为提高特种车辆顶部防护性能并实现结构轻量化设计,通过北约一级替代装药爆炸试验和破片飞散理论计算,验证了数值模拟的有效性和准确性。根据LS-DYNA软件分析结果数据和破片外弹道方程,采用Python软件等编写用于分析不同起爆高度下破片落点分布的解算处理程序。设计一种I-Y型夹芯板,并与另外5种不同结构夹芯板的防护性能进行综合比较,证明了该型板的优越性。进而以质量损失、能量吸收、背板峰值位移及破片速度分布为评价标准,研究炸药起爆方式、炸药相对位置、面板和背板厚度、夹芯层结构参数对I-Y型板防护性能的影响。选择面板厚度、背板厚度、夹芯层高度和胞元宽度为设计变量,以背板峰值位移和夹芯板质量为优化目标,用最优拉丁超立方试验方法进行采样,采用Kriging法构建代理模型,用非支配排序遗传算法进行多目标优化求解,并对最优解进行仿真验证,为冲击波和破片联合作用下车顶防护结构优化设计提供了支持。

关键词：预制破片飞散初速度 I-Y型夹芯板防护性能多目标优化

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多电池组前端监控芯片数字化技术研究

多电池组前端监控芯片数字化技术研究

作者：石昊西安理工大学

学位级别：硕士

随着新能源汽车以及可移动电动工具的发展,锂电池的应用越来越广泛。锂电池具有高能量密度,高电池电压以及循环次数多等优点,但其有对环境温度敏感度高、充电电流(充电电压)敏感度较高等缺点。因此,为了提高锂电池的使用寿命,电池组前... 详细信息

随着新能源汽车以及可移动电动工具的发展,锂电池的应用越来越广泛。锂电池具有高能量密度,高电池电压以及循环次数多等优点,但其有对环境温度敏感度高、充电电流(充电电压)敏感度较高等缺点。因此,为了提高锂电池的使用寿命,电池组前端监控芯片应运而生。电池组前端监控芯片主要分为前端采集和后端处理两部分,后端处理是电池组前端监控芯片的核心部分,电池电压、电流的数字化以及数字化处理决定了芯片的整体性能,因此对于电池组前端监控芯片中数字化技术的研究具有重要意义。本文主要对电池组前端监控芯片的数字化技术进行研究。主要研究内容如下:(1)基于电池组前端监控的技术需求研究设计了一种12bit的高精度高一致性逐次逼近型模数转换器(Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter,SAR-ADC),采用了面积精度优化的电阻式数模转换器(Digital-to-Analog,DAC)和功耗速度优化的开关电容比较器等技术。基于传统分段电阻式DAC有结构上的精度误差情况下,设计了一种新的分段电阻式数模转换器补偿电路,提高了数据转换的精度。对于比较器电路,采用了开关电容比较器电路并设计了一种开关电容比较器快速响应电路,相比传统结构降低了比较器的功耗、提高了比较器的速度;(2)在多电池组前端监控芯片中,温度和电压的变化是导致芯片性能不稳定的重要因素,因此基于多电池组前端监控芯片的特性设计了一种基于电平翻转技术的低电源电压敏感度低功耗RC振荡器;(3)设计了适用于7-14节电池组前端监控芯片的集成电路总线(Inter-Integrated Circuit,IIC)电路,完成基于不同功能的寄存器配置,包括电池均衡、电池保护、充放电驱动、电池电压电流采集等功能。本文主要对以上三个方面进行研究,解决了多电池组前端监控芯片数字化过程转换精度低、一致性差、功耗大等问题,为多电池组前端监控芯片的数字化技术提供了一种新的解决方案。本文采用0.35μm BCD工艺完成芯片的电路原理设计、版图设计以及仿真验证,芯片整体版图面积为3.5mm×2.7mm。在温度-40℃～85℃,工艺角SS、FF、TT下对芯片进行了完整的仿真分析验证。结果表明:在25℃、TT工艺角下,SAR-ADC的量化电压范围在0V～2.56V,功耗为116μW,采样频率为16.7kHz,SNDR为73.47dB,SFDR为90.42dB,有效位数为11.91bit,DNL 为-0.3LSB～0.4LSB,INL 为-0.1LSB～0.4LSB;在温度-40℃～85℃,工艺角SS、FF、TT,电源电压2.5～5.5V下:振荡器频率随电源电压频率变化为0.299%/V。以上结果为多电池组前端监控芯片数字化技术提供了有力的保障。

关键词：电池管理系统数字化技术 SAR-ADC 高精度高一致性

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禹城市耕地信息提取及质量时空特征研究

禹城市耕地信息提取及质量时空特征研究

作者：石昊辉山东农业大学

学位级别：硕士

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两种推土机自动找平技术对比研究

工程机械 2024年第6期55卷 44-47,I0019,I0020页

作者：石昊山推工程机械股份有限公司 272199

以山推DH17G型推土机为例,在试验验证的基础上,通过对两种自动找平系统——激光控制和GNSS三维控制进行分析对比,介绍系统的主要配置,阐明系统的工作原理及功能,对比分析两种系统的作业效率,论述了推广和应用自动找平技术的可行性和必... 详细信息

以山推DH17G型推土机为例,在试验验证的基础上,通过对两种自动找平系统——激光控制和GNSS三维控制进行分析对比,介绍系统的主要配置,阐明系统的工作原理及功能,对比分析两种系统的作业效率,论述了推广和应用自动找平技术的可行性和必要性。

关键词：推土机自动找平激光控制 GNSS三维控制

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工业遗存砌体烟囱结构检测与鉴定

特种结构 2024年第5期 106-110页

作者：石昊上海市建筑科学研究院有限公司上海市工程结构安全重点实验室

城市中作为工业遗址保留的砌体结构烟囱,大多经加固改造后再利用,成为当地标志性景观构筑物。改造后的砌体结构烟囱主体结构形式不发生改变,仅对外表面进行装饰。其中部分烟囱已经过百年使用,缺乏日常维护,现有使用状况较差,需在继续使... 详细信息

城市中作为工业遗址保留的砌体结构烟囱,大多经加固改造后再利用,成为当地标志性景观构筑物。改造后的砌体结构烟囱主体结构形式不发生改变,仅对外表面进行装饰。其中部分烟囱已经过百年使用,缺乏日常维护,现有使用状况较差,需在继续使用前进行检测鉴定。本文基于市级文物点景观烟囱改造更新项目,研究了数字化测绘技术在砌体结构烟囱检测及评定技术中的应用,对今后检测工作具有一定参考作用。

关键词：烟囱无人机成像三维激光扫描数字化测绘技术安全性评估

考虑碳排放需求响应及碳交易的电力系统双层优化调度

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电力建设 2024年第5期45卷 94-104页

作者：张妍冷媛尚楠梁梓杨石昊罗钢南方电网能源发展研究院有限责任公司广州市510663 北京清能互联科技有限公司北京市100084

发展低碳发电技术及有效参与碳配额市场交易是促进电力低碳转型的关键,借助储能和需求响应等灵活资源,产消者在电能生产和消费上具有更强的平衡能力。基于碳排放流理论提出了一种考虑碳排放需求响应及碳交易的电力系统双层优化调度模型... 详细信息

发展低碳发电技术及有效参与碳配额市场交易是促进电力低碳转型的关键,借助储能和需求响应等灵活资源,产消者在电能生产和消费上具有更强的平衡能力。基于碳排放流理论提出了一种考虑碳排放需求响应及碳交易的电力系统双层优化调度模型。以配电网的节点碳势作为产消者需求响应的价格因素之一,通过上层配电网与下层产消者之间供/用能信息及电价、碳价信息的交互传递实现配电网优化运行。下层的产消者之间基于运行计划进行碳配额交易,并通过纳什议价方式完成收益确定。算例分析验证了所提模型在控制系统碳排放、促进需求响应积极性等方面的有效性。

关键词：碳排放需求响应碳交易产消者双层优化

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