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面向旋翼型无人机空气动力学分析的高性能数值算法研究

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面向旋翼型无人机空气动力学分析的高性能数值算法研究

作者：程载恒江西师范大学

学位级别：硕士

在现代飞行器设计中,数值模拟方法以低成本、高效率和高灵活性等优点成为研究飞行器空气动力学的重要方法。在旋翼型无人机流场模拟中,由于旋翼与机身存在相互作用,为获得精确模拟结果需要对整个无人机的流场进行模拟,因此,有效地模拟... 详细信息

在现代飞行器设计中,数值模拟方法以低成本、高效率和高灵活性等优点成为研究飞行器空气动力学的重要方法。在旋翼型无人机流场模拟中,由于旋翼与机身存在相互作用,为获得精确模拟结果需要对整个无人机的流场进行模拟,因此,有效地模拟旋翼与机身的相对运动是实现成功模拟的关键步骤,这使得此类模拟问题极具挑战性。本文设计了一套求解旋翼型无人机空气动力学数值模拟问题的基于非结构滑移网格技术的高可扩展并行计算方法。该方法对控制方程的离散,在空间方向,采用非结构移动网格有限元方法,时间推进采用全隐式二阶向后差分格式,最后采用一种并行Newton-Krylov-Schwarz方法求解离散后的非线性方程组。作为应用,我们对一个真实旋翼型无人机模型在悬停状态下的外流场进行了数值模拟,获得了一些非常详细的流场信息。数值结果显示,算法在天河2号上使用4096个处理器核时仍具有接近线性的并行加速比,这为下一步开展旋翼型无人机的高保真度快速模拟奠定了良好的基础。

关键词：并行流体计算非结构网格滑移网格技术旋翼型无人机区域分解算法

基于个体化计算机流体动力学方法评估阿尔茨海默病脑血流动力学改变

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中国神经精神疾病杂志 2023年第5期49卷 257-262页

作者：顾子言谢健程载恒顾丽华吴伯凯张高嘉陈荣亮张志珺东南大学医学院南京210009 东南大学附属中大医院神经内科中国科学院深圳先进技术研究院先进计算与数字工程研究所

目的基于阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者和认知功能正常对照者影像学数据构建个体化计算机流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模型,并定量评估受试者脑血流动力学状态及其对AD的诊断效能。方法纳入AD患者30例及认... 详细信息

目的基于阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者和认知功能正常对照者影像学数据构建个体化计算机流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模型,并定量评估受试者脑血流动力学状态及其对AD的诊断效能。方法纳入AD患者30例及认知功能正常的对照34名,基于磁共振血管成像(magnetic resonance angiography,MRA)重建其几何动脉树,结合颈/椎动脉超声血流动力学参数以及同步动脉血压构建个体化CFD模型,以模拟其血流状态并计算相关动力学指标。结果AD组与对照组相比,年龄[(75.33±8.93)岁vs.(68.12±10.73)岁]、体质指数[(22.89±3.41)kg·m^(-2)vs.(24.48±2.90)kg·m^(-2)]、尿酸[(265.17±80.36)μmmol·L^(-1)vs.(323.15±89.70)μmmol·L^(-1)]、白蛋白[(38.29±4.22)g·L^(-1)vs.(40.46±3.62)g·L^(-1)]、脑血流量(cerebral blood flow,CBF)[(10.14±3.10)cm^(3)·s^(-1)vs.(12.73±3.42)cm^(3)·s^(-1)]、脑血管阻力(cerebrovascular resistance,CVR)[(10.72±4.12)dyn·s·cm^(-5)·1000 vs.(8.21±2.38)dyn·s·cm^(-5)·1000]的差异有统计学意义(P<0.05)。AD组颅内动脉血管体积分别与CBF(r=0.493,P=0.006)和颅内血管出口数目(r=0.519,P=0.003)呈正相关,CVR与CBF呈负相关(r=-0.826,P<0.001)。logistic回归分析显示,AD患病与年龄(OR=1.083,95%CI:1.014~1.157,P=0.017)和CBF(OR=0.803,95%CI:0.652~0.989,P=0.039)有关联。ROC曲线分析显示,CVR、CBF区分两组的曲线下面积分别为0.687、0.709(P<0.05)。结论年龄增加和CBF减少是AD独立危险因素。个体化CFD模型测定的CVR升高和CBF减低对AD诊断具有价值,该无创、无放射性定量测定脑血流动力学的方法值得临床推广。

关键词：阿尔茨海默病计算机流体动力学脑血流量磁共振成像脑血流动力学脑血管阻力认知功能障碍

基于主成分分析和因子分析的宁夏水资源承载力研究

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水文 2017年第2期37卷 64-72页

作者：赵自阳李王成王霞崔婷婷程载恒王帅宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心宁夏银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心宁夏银川750021

为了探求宁夏水资源承载力状况,利用主成分分析法和因子分析法,在分析宁夏2004~2014年水资源承载力状况的基础上,对宁夏5市2013年水资源承载力分水资源支持力、社会经济技术水平和社会生活水平3个方面进行综合考虑,得到宁夏5市的水资源... 详细信息

为了探求宁夏水资源承载力状况,利用主成分分析法和因子分析法,在分析宁夏2004~2014年水资源承载力状况的基础上,对宁夏5市2013年水资源承载力分水资源支持力、社会经济技术水平和社会生活水平3个方面进行综合考虑,得到宁夏5市的水资源利用状况指数和分级标准。具体得到以下几个结论:(1)2004~2014年间,宁夏水资源承载力仅在2005~2006年有所波动,其余年份两种方法结果一致,11年间保持稳定上升;(2)对于宁夏5市2013年水资源承载力状况,主成分分析结果由大到小排序为吴忠市、银川市、石嘴山市、固原市和中卫市,因子分析结果由大到小排序为吴忠市、银川市、固原市、石嘴山市和中卫市;(3)建立宁夏5市水资源承载力状况分级阈值,主成分分析下吴忠市和银川市的水资源利用状况高,石嘴山市的水资源利用状况中等,固原市和中卫市的水资源利用状况低;因子分析下吴忠市和银川市的水资源利用状况高,其余3市水资源利用状况都较低。

关键词：主成分分析因子分析水资源承载力宁夏

科教兴国背景下职业院校智慧育人体系构建路径研究

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中国职业技术教育 2024年第10期 79-87页

作者：徐进奚茂龙程载和无锡职业技术学院开源创新创业学院/智能制造技术研究院无锡职业技术学院党总支无锡职业技术学院无锡职业技术学院人事处

职业院校智慧育人体系是促动技能型人才培育模式重塑的新路径、驱动职业教育资源高效配置的新动能、推动区域数字经济高质量发展的新引擎。科教兴国背景下,职业院校智慧育人体系在初始融合阶段完成“人—物”双元融合以提升主动智能服... 详细信息

职业院校智慧育人体系是促动技能型人才培育模式重塑的新路径、驱动职业教育资源高效配置的新动能、推动区域数字经济高质量发展的新引擎。科教兴国背景下,职业院校智慧育人体系在初始融合阶段完成“人—物”双元融合以提升主动智能服务水平,中度融合阶段实现“人—机”双元融合拓展主体认知边界,深度融合阶段推动“人—机—物”三元融合构建虚实一体的智慧育人场域。基于此,从智慧育人制度、智慧育人目标、智慧育人服务、智慧育人模式、智慧育人生态等五方面创新,着力提升职业院校高素质技能人才的智能化培育能力,深入推进科教兴国发展战略的全面实施。

关键词：科教兴国智慧育人体系职业院校

“差序格局”与“私人道德”——《乡土中国》核心概念的梳理与探究

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语文教学通讯 2024年第25期 16-17页

作者：程载国浙江省余姚中学浙江宁波315402

运用梳理与探究之法引导学生全面而深刻地理解学术著作的关键概念:一是要立足文本,从文本中找出与该概念相关的解说与描述;二是要联系前后篇章,深入理解这一概念的形成原因及深远影响;三是能联系历史与现实,探讨该如何兴其利而除其弊。... 详细信息

运用梳理与探究之法引导学生全面而深刻地理解学术著作的关键概念:一是要立足文本,从文本中找出与该概念相关的解说与描述;二是要联系前后篇章,深入理解这一概念的形成原因及深远影响;三是能联系历史与现实,探讨该如何兴其利而除其弊。学术著作概念教学应立足阅读困惑,指向思维发展。

关键词：整本书阅读乡土中国概念理解梳理探究

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滴灌水肥一体化技术对果蔬综合效益的影响

现代农业科技 2017年第16期 92-93页

作者：程载恒李王成宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心

结合文献资料,探讨滴灌水肥一体化对果蔬综合效益的影响。结果表明,与传统灌溉方式相比,采用滴灌水肥一体化技术能有效提高蔬菜、果树的综合效益。蔬菜方面,最高增产19%,有效节肥13%~50%,节水最多可达70%,增收19 605~173 970元/hm2;果... 详细信息

结合文献资料,探讨滴灌水肥一体化对果蔬综合效益的影响。结果表明,与传统灌溉方式相比,采用滴灌水肥一体化技术能有效提高蔬菜、果树的综合效益。蔬菜方面,最高增产19%,有效节肥13%~50%,节水最多可达70%,增收19 605~173 970元/hm2;果树方面,最高能节肥73.3%,增产67.0%,最高增收206 302.5元/hm2。由此表明,水肥一体化技术能有效节水节肥,提高农户收入,改善农户的生活水平。

关键词：滴灌水肥一体化蔬菜果树综合效益影响

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大客流干扰下多层公交-地铁网络的韧性评估

中国公路学报 2024年第6期37卷 267-278页

作者：马壮林程会媛邵逸恒刘悦程泽农马飞长安大学运输工程学院陕西西安710064 比亚迪汽车有限公司陕西西安710119 交通运输部科学研究院北京100029 城市公共交通智能化交通运输行业重点实验室北京100029 长安大学经济与管理学院陕西西安710064

为评估车站失效对公交-地铁网络结构和服务质量的影响,研究大客流干扰下公交-地铁网络的韧性是十分必要的。提出有向时间加权的多层公交-地铁网络建模方法,采用改进的耦合映像格子模型,从乘客和运营视角分别提出乘客出行效率比和网络服... 详细信息

为评估车站失效对公交-地铁网络结构和服务质量的影响,研究大客流干扰下公交-地铁网络的韧性是十分必要的。提出有向时间加权的多层公交-地铁网络建模方法,采用改进的耦合映像格子模型,从乘客和运营视角分别提出乘客出行效率比和网络服务效率比作为韧性评估指标,采用德尔菲法-熵权法和博弈论综合赋权法确定指标的综合权重。构建以多层公交-地铁网络韧性指标最大化为目标的时序优化模型,采用自适应遗传算法进行求解。以西安市多层公交-地铁网络为例,考虑大客流提出4种干扰情景,对比分析最优恢复策略与随机恢复策略、优先恢复策略在4种大客流干扰场景下对网络韧性恢复效果的差异。结果表明:在4种大客流干扰场景下,仅考虑车站在运营网络中的重要程度无法得到最优策略,应以网络韧性最大化角度构建模型求解最优恢复次序,最大程度地减少网络性能的损失;增加恢复资源可以缩短恢复时间和提高恢复效率,但恢复资源的增加与网络韧性的提升不成正比。研究结论可以为公交、地铁网络的韧性评估与抢修恢复提供决策依据。

关键词：交通工程多层公交-地铁网络韧性评估大客流干扰改进的耦合映像格子模型

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基于指数分解法的河南省水资源生态足迹分析

水文 2017年第4期37卷 57-61,51页

作者：赵自阳李王成王霞崔婷婷程载恒刘学智王帅宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心宁夏银川750021 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心宁夏银川750021

水资源生态足迹模型为水资源可持续利用的综合评价提供了新方向。首先分析了河南省2005~2014年间的水资源生态足迹和生态承载力的动态变化,然后利用指数分解法中的LMDI模型对水资源生态足迹的影响因素进行了深入研究。结果表明:(1)2005~... 详细信息

水资源生态足迹模型为水资源可持续利用的综合评价提供了新方向。首先分析了河南省2005~2014年间的水资源生态足迹和生态承载力的动态变化,然后利用指数分解法中的LMDI模型对水资源生态足迹的影响因素进行了深入研究。结果表明:(1)2005~2014年间河南省水资源生态足迹总体稳中有升,贡献大小依次为农业用水>工业用水>生活用水>生态环境补水;(2)万元GDP水资源生态足迹逐年下降,水资源利用效率不断提高,但10年间均出现不同程度的水资源生态赤字,水资源利用前景不容乐观;(3)4种分解因素对水资源生态足迹增长的推动作用大小排序为:结构效应>经济效应>人口效应>技术效应,但经济效应有逐渐赶超结构效应的趋势。

关键词：河南省水资源生态足迹生态承载力 LMDI 因素分解

基于非结构滑移网格技术的旋翼型无人机空气动力学并行数值模拟方法

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集成技术 2017年第3期6卷 82-91页

作者：程载恒陈荣亮孙哲江西师范大学数学与信息科学学院南昌330022 中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055

在现代飞行器设计中,数值模拟方法以低成本、高效率和高灵活性等优点成为研究飞行器空气动力学的重要方法。在旋翼型无人机流场模拟中,由于旋翼与机身存在相互作用,为获得精确模拟结果需要对整个无人机的流场进行模拟,因此,有效地模拟旋翼与机身的相对运动是实现成功模拟的关键步骤,这使得此类模拟问题极具挑战性。文章设计了一套求解旋翼型无人机空气动力学数值模拟问题的基于非结构滑移网格技术的高可扩展并行计算方法。该方法对控制方程的离散,在空间方向采用非结构移动网格有限元方法,时间推进采用全隐式二阶向后差分格式,最后采用一种并行Newton-Krylov-Schwarz方法求解离散后的非线性方程组。作为应用,文章对一个真实旋翼型无人机模型在悬停状态下的外流场进行了数值模拟,获得了一些非常详细的流场信息。数值结果显示,算法在天河2号上使用4 096个处理器核时仍具有接近线性的并行加速比,这为下一步开展旋翼型无人机的高保真度快速模拟奠定了良好的基础。

关键词：并行流体计算非结构网格滑移网格技术旋翼型无人机区域分解算法