检索结果-南通市图书馆

面向运载火箭栅格舵的最优操纵效率特征与宽速域气动优化设计方法

同方期刊数据库

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

航空学报 2024年

作者：刘明奇韩忠华杜涛许晨舟曾涵张科施宋文萍西北工业大学航空学院飞行器基础布局全国重点实验室北京宇航系统工程研究所

宽速域栅格舵是目前运载火箭子级重复使用的关键技术之一。栅格舵在一子级返回飞行过程中经历亚、跨、超和高超声速多个速域，在不同速域下表现出截然不同的操纵效率和气动特性，甚至相互矛盾，使得高效率的宽速域栅格舵气动设计面临极... 详细信息

宽速域栅格舵是目前运载火箭子级重复使用的关键技术之一。栅格舵在一子级返回飞行过程中经历亚、跨、超和高超声速多个速域，在不同速域下表现出截然不同的操纵效率和气动特性，甚至相互矛盾，使得高效率的宽速域栅格舵气动设计面临极大挑战。本文针对上述问题，应用基于机器学习代理模型的气动优化设计方法，分别开展了栅格舵在亚声速、跨声速和超声速典型状态的气动优化设计，获得了不同速域下的最优气动外形。并分析揭示了不同速域下栅格舵最优操纵效率的流动机制，可为后续设计提供指导。由于不同速域优化机制的不同，造成了不同速域优化设计之间存在矛盾。针对上述矛盾，开展了宽速域栅格舵多目标气动优化设计，兼顾考虑亚、跨和超声速三个速域的影响，优化结果显著改善了栅格舵宽速域气动性能，提高了栅格舵操纵效率。

关键词：栅格舵宽速域气动优化设计代理模型计算流体力学

同方期刊数据库评论

在线全文

同方期刊数据库

学校读者我要写书评

暂无评论

仿生水母的运动控制及推进性能研究

仿生水母的运动控制及推进性能研究

作者：苗兴宇齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着科技的飞速进步,仿生学取得了显著的发展,仿生机器人的重要性日益凸显,它们不仅在科学研究领域扮演着重要角色,也在实际应用中展现出巨大的潜力。水母由于其灵活且高效的游泳方式成为了仿生机器人设计的绝佳对象。本文以海月水母为... 详细信息

随着科技的飞速进步,仿生学取得了显著的发展,仿生机器人的重要性日益凸显,它们不仅在科学研究领域扮演着重要角色,也在实际应用中展现出巨大的潜力。水母由于其灵活且高效的游泳方式成为了仿生机器人设计的绝佳对象。本文以海月水母为仿生对象,对水母的运动学进行分析并建立动力学模型,采用流体力学仿真模拟分析选择仿生水母的运动方式,对仿生水母进行应力仿真模拟,设计并搭建仿生水母装配体,进行动力学仿真分析,研究仿生水母的控制方法,设计并实现仿生水母的控制系统,对仿生水母运动控制进行实验研究并优化仿生水母推进性能。本文的主要工作包括:1)对生物水母进行运动学分析,研究生物水母的推进机制,建立动力学模型,结合生物水母的运动方式对水母的运动性能进行仿真分析,通过对推力以及速度分布图的分析选择了类水母臂的运动方式,得到仿生水母的各个参数对推进性能有较大影响的结论,为后续仿生水母运动方式和结构参数的选择提供设计方法和参考依据。2)对仿生水母的结构力学进行仿真,分析仿生水母臂的应力承受情况,设计仿生水母的结构并制作出样机,对仿生水母进行动力学仿真,分析水母臂的运动轨迹并完成预设的运动状态,为后续的舵机控制提供指导作用。3)对仿生水母的控制方法进行研究,选定适用于仿生水母的Hopf振荡器作为控制策略,研究Hopf振荡器的极限环特性,在此基础上建立仿生水母的振荡器耦合模型,通过实验探究Hopf振荡器参数变化对仿生水母控制效果的影响,引入PID算法对仿生水母的运动控制进行优化,构建仿生水母的控制系统并完成相应的硬件和软件设计,最后完成仿生水母的运动控制结果测试。4)测试仿生水母在水下的控制情况,通过拉压力传感器分别研究仿生水母的开合角度、头身比和开合比三种参数对仿生水母推进性能的影响,得到结论:70°是仿生水母推进性能的最佳选择,仿生水母的臂长度增加能够显著提升其推进性能,但随着臂长增加仿生水母的应力承受也显著增加,应结合实际情况选择仿生水母臂的实际长度;开合比方面仿生水母的开合比越小其推进性能越好,但在考虑到舵机的性能以及负载情况下舵机收缩70°最快需要约0.2秒,周期为1s的情况下确定开合比为0.2是仿生水母最优性能的情况。

关键词：仿生水母机器人运动控制动力学分析

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

二维流场纹影法定量测试技术研究

二维流场纹影法定量测试技术研究

作者：陈斯彤西安工业大学

学位级别：硕士

流场检测在燃烧学、航空航天、空气动力学等领域具有重要应用价值。在工程实践中,轴对称流场非常常见,例如,燃烧场的气体动力学现象、导弹周围的流场、风洞中的气流情况。在实际情况中,许多流场经过抽象和简化处理具有轴对称性。因此,... 详细信息

流场检测在燃烧学、航空航天、空气动力学等领域具有重要应用价值。在工程实践中,轴对称流场非常常见,例如,燃烧场的气体动力学现象、导弹周围的流场、风洞中的气流情况。在实际情况中,许多流场经过抽象和简化处理具有轴对称性。因此,研究轴对称流场的测量方法可以帮助理解和预测复杂流动现象。但是由于流体运动本身具有复杂性,导致流场多变给检测工作带来了巨大的挑战。纹影技术基于光在非均匀流场的传播特性,通过观察流场引起的折射率变化,实现了对流场的非接触式测量。纹影技术具有非接触、误差小和信息捕获能力强的优势,在流场的检测中表现卓越。论文以燃烧火焰为测量媒介,利用纹影技术实现燃烧流场分布测量,研究工作主要包括:1.探讨了流场纹影法测量理论,深入研究了纹影成像的基本原理和实现方式。纹影图像的灰度值变化反映了光线通过流场光线偏折的变化,从而间接反映了流场折射率的分布情况。详细介绍了单光程纹影光路和双光程纹影光路两种光路系统。2.针对纹影系统小型化、便携化的设备需求,设计了基于双光程纹影光路的单反射镜纹影系统。该系统由光学部分和机械调节部分组成。系统具有高灵敏度、简便易操作、体积小巧的特点。对设计的纹影系统开展了纹影像面均匀性测试和光源亮度测试实验,结果显示纹影系统符合实验要求。采用刀口对纹影系统进行标定,通过刀口切割不同形状的光源像,确定切割方形光源像得到线性度高的标定曲线。该标定曲线建立了纹影图像相对灰度值与相对偏移量之间的定量关系。3.开发了专用的纹影图像处理计算软件,为后续计算流场分布情况提供了技术支持。针对原始纹影图像对后续计算存在的干扰因素,对原始纹影图像进行了边缘检测和中值滤波的操作。在轴对称假设下,对投影反演算法的离散化计算方法进行了深入研究,比较了离散法、两点法和三次样条插值法的原理和仿真验证,结果显示三次样条插值法误差最小。最终选用三次样条插值法作为计算流场折射率分布的算法,将折射率与其他物理量结合,可以得到流场其他物理量的信息。4.搭建了基于双光程纹影光路的单反射镜纹影系统。利用此系统对喷枪形成的燃烧温度场进行测量,结合折射率反演算法和折射率与温度的关系,成功推导出火焰的温度。通过与热电偶进行对照测试,得到的结果准确地反映了温度变化趋势,验证了系统流场检测的可靠性。

关键词：纹影技术流场测量投影反演算法燃烧温度场温度测量

适用高原环境的中空纤维膜制氧装置结构设计与性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

适用高原环境的中空纤维膜制氧装置结构设计与性能研究

作者：丁新兵齐鲁工业大学

学位级别：硕士

高原地区由于海拔较高,空气稀薄,造成人体吸入的氧气含量相对较低,从而导致人体不同程度的缺氧。这种环境对人类的生存和生活产生极大影响,因此开发一种能够在高原地区提供充足氧气的便携式供氧装置显得尤为重要。膜分离技术因具有低能... 详细信息

高原地区由于海拔较高,空气稀薄,造成人体吸入的氧气含量相对较低,从而导致人体不同程度的缺氧。这种环境对人类的生存和生活产生极大影响,因此开发一种能够在高原地区提供充足氧气的便携式供氧装置显得尤为重要。膜分离技术因具有低能耗、无污染、轻便和操作简便等优势,成为研究和开发便携式制氧装置的热点。这种技术通过特殊材料制成的膜来分离氧气,相比于传统的制氧方法,如分子筛等,具有显著的优越性。然而,膜分离技术在实际应用中仍面临一些挑战。例如,现有的膜组件设计限制了氧气分离的效率,因为其中的壳程流场存在许多流动死区,这不仅降低了氧气的分离效率,还造成了资源的浪费。此外,目前使用的膜材料也限制了膜组件的制氧效率和使用寿命。当前关于膜组件壳程流域的研究主要集中在壳程流体流动特性的解析上,而在高原环境下如何提高膜组件分离效率的研究则相对较少。针对这一问题,本课题将探索高原环境下膜组件壳程流域的流体流动特性,并识别流体流动中存在的问题。本课题采用从微观到宏观、从外部到内部的设计理念,以理论分析为基础,结构设计为主导,同时结合仿真计算和实验验证的方法,研究壳程流体流动效果与膜组件外壳结构设计的关联,以及结构改变对流体流动均匀性的影响。通过这种方法,旨在开发出性能更优的中空纤维膜和设计出分离效率更高的膜组件外壳结构,以满足高原环境下工作者的供氧需求。本课题主要研究内容如下:（1）对现有的制氧装置进行分析,对符合高原条件下小型化便携制氧装置进行选型。确定使用膜分离法为制氧原理,确定膜组件中膜结构,膜材料及膜组件构型。（2）总结仿真计算所需流体力学理论,使用CFD软件对高原条件下膜组件壳程流域流体流动效果进行仿真计算,得到膜组件壳程流体流动规律,发现壳程流体域内存在大范围的流动死区。尝试改进膜组件壳程流体流动中存在问题的方法,确定膜组件内中空纤维膜管的排列方式为三角形排列,膜组件进出口的布局位置为切向进出口。（3）借鉴仿生学理念,设计出仿生人体呼吸道气管膜组件外壳结构,仿真计算其壳程流域流体流动效果,仿真计算结果显示这种结构设计对壳程流体流速分布均匀性效果提升显著,但膜组件芯部流动死区依然存在。为解决这一问题设计出三种隔板结构膜组件,仿真计算结果显示具有XY隔板结构的膜组件外壳结构流体域芯部流动死区面积最小,且整体膜组件壳程流体域内流速分布最均匀。并对隔板数量与隔板间隔对膜组件性能影响进行分析研究,最终确定最佳的隔板参数设置。（4）由PMDA,FDA和6FDA合成的三元PI为原材料,以干湿共混法纺丝制备出高分子量无缺陷三元PI非对称中空纤维膜,对其形貌、力学拉伸性能、气体渗透性能及耐用性进行测试,结果表明所制备中空纤维膜为海绵状致密层,力学性能处在商用膜平均水平,平均O渗透性为44.37GPU,平均O/N分离系数为4.80,耐用性良好。使用熔融沉积成形3D打印将基础膜组件外壳及具有XY隔板结构膜组件外壳进行打印,将其与制备出的中空纤维膜组装密封制成膜组件,对两种结构膜组件进行透氧流量测试,结果表明具有XY隔板结构膜组件产出氧气流量远大于基础膜组件透氧流量。综上所述,本课题设计和优化的膜组件外壳结构大幅提升膜组件氧气分离效率,为实现小型化便携高原供氧装置提供理论与技术支持,为商业化高原膜分离法供氧便携装置提供新思路。

关键词：高原环境中空纤维膜组件氧气分离结构设计流场仿真

带有时间阻尼的Euler方程组及相关模型自由边界问题研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

带有时间阻尼的Euler方程组及相关模型自由边界问题研究

作者：王诗语长春工业大学

学位级别：硕士

可压缩Euler方程组及Euler-Poisson方程组是用以描述流体流动现象的典型模型.由于流体方程在自由边界处会产生退化,而无法使用Friedrich-Lax-Kato经典理论来研究解的适定性,故关于流体的自由边界问题一直是流体力学研究的重难点.本文研... 详细信息

可压缩Euler方程组及Euler-Poisson方程组是用以描述流体流动现象的典型模型.由于流体方程在自由边界处会产生退化,而无法使用Friedrich-Lax-Kato经典理论来研究解的适定性,故关于流体的自由边界问题一直是流体力学研究的重难点.本文研究了带有时间阻尼的可压缩Euler方程组及Euler-Poisson方程组物理真空自由边界问题圆柱对称情形解的适定性.本文通过将带有时间阻尼的可压缩Euler方程组及Euler-Poisson方程组与圆柱对称变换相结合,并引入Lagrange变换,将带有时间阻尼的可压缩Euler方程组及Euler-Poisson方程组的物理真空自由边界问题转换为固定边界上的初边值问题.为了克服方程组的退化性,我们利用Hardy不等式构造了适当的加权Sobolev空间,建立了先验估计,从而证明了带有时间阻尼的可压缩Euler方程组局部光滑解的存在性.进一步,我们应用Gronwall不等式证明了其局部光滑解的唯一性.对于带有时间阻尼的Euler-Poisson方程组也得到了平行结果.其中,第1章为绪论,在绪论中主要介绍了本文的研究背景、研究现状、研究意义以及全文的结构安排.第2章为预备知识与主要结论,此章详细地列出了全文所用到的基础知识以及本文的研究工作、主要结果与先验假设.第3章为能量估计,是在第2章先验假设成立的条件下,应用加权能量估计的方法得出了物理真空自由边界问题局部光滑解的高阶能量估计.第4章为椭圆估计,同样在先验假设成立的条件下,分别得出每一项的内部估计与边界估计.第5章为光滑解的适定性,应用不动点定理与Gronwall不等式证明了带有时间阻尼的可压缩Euler方程组局部光滑解的唯一存在性.第6章为总结与展望,总结了本文的创新点、难点以及此问题未来发展的一些设想.

关键词： Euler方程组时间阻尼物理真空自由边界适定性

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

软骨修复用水凝胶支架的制备与性能分析研究

软骨修复用水凝胶支架的制备与性能分析研究

作者：王文广齐鲁工业大学

学位级别：硕士

软骨由于退变、事故等各种原因受到损伤的状况十分常见,在受到损伤后自行恢复的能力较为低下。目前应对软骨损伤的方法,如使用非甾体类消炎药等常规治疗手段存在一定缺点。具备良好生物相容性、机械性能和生物性能的软骨组织工程支架是... 详细信息

软骨由于退变、事故等各种原因受到损伤的状况十分常见,在受到损伤后自行恢复的能力较为低下。目前应对软骨损伤的方法,如使用非甾体类消炎药等常规治疗手段存在一定缺点。具备良好生物相容性、机械性能和生物性能的软骨组织工程支架是一种理想的软骨修复工具,有利于营养物质运输和细胞活动。具体采用何种方法也要参考软骨缺损程度的不同。水凝胶是一类具有亲水基团的三维网络结构凝胶。良好的生物相容性是避免二次损伤的重要因素。明胶水凝胶因其生物相容性良好被应用在组织工程中,但因其力学性能弱等特性,应用受到限制。调节材料的属性是增强力学性能最为直接有效的方式,其成本较低,且对于软骨严重缺损的患者,也能够灵活做出调整。细胞活动需要一定空间,相较于通过材料本身的孔隙进行细胞活动和物质交换,具有一定孔径尺寸和空间结构的支架更有优势。伴随3D打印技术的发展,具有特定空间结构和尺寸的水凝胶支架能够被制备出来。本研究基于不同胞元结构设计了分层的水凝胶软骨支架,不同区域承担不同功能,从而实现有利于软骨组织修复的功能性梯度仿生。首先,制备了具有光敏特性的甲基丙烯酰化明胶(Gel MA),验证其反应的发生,并在该凝胶体系中加入交联剂聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)制备出复合水凝胶墨水。探究了复合水凝胶的各项性能受PEGDA含量的影响。对墨水进行了生物相容性实验。综合生物相容性、力学性能和打印精度等方面因素,最终确定了浓度为5wt%Gel MA+10wt%PEGDA的复合水凝胶。该水凝胶是一种具有应用前景的光固化3D打印水凝胶。其次,选用三种胞元结构,以此为基础构建了三种均质支架和两种复合支架。复合支架外侧采用带有支撑的胞元以提升支架的力学性能,内部采用空心胞元提升渗透率等生物性能。使用光固化3D打印技术打印出水凝胶支架模型,进一步对上述五种水凝胶软骨支架进行力学性能测试,探究其抗压缩性和自恢复性。两种复合水凝胶支架的抗压强度较由中空胞元组成的均质支架的抗压强度均有提升。最后,通过应用流体动力学仿真方法,结合达西定律,对流体在各种支架的流场内所产生的压力分布、剪应力分布情况以及流速分布情况进行了详尽的研究分析,并且计算了不同支架结构的渗透率。结果表明,两种复合支架的渗透率明显高于由带有支撑的胞元构成的两种均质支架b、c,低于由中空胞元构成的均质支架a,且壁面剪应力的分布情况更加合理。流速分布情况符合支架设计初衷,即外侧起支撑作用,内部起物质交换作用。综合考虑力学性能和生物性能,由中空胞元和改型对角胞元组成的复合支架b表现更好。使用3D打印方法制备出流体实验模型,利用落差法,依据达西定律计算出流体实验模型的渗透率并将数据与仿真所得数据进行对比。结果表明,流体实验结果与仿真结果正相关,进一步验证了仿真结果的有效性。综上所述,合理的材料组成和结构对提高支架的生物、力学性能是有利的。本研究所提出的材料、结构复合方法为设计多孔软骨水凝胶支架提供了参考,为设计更加合理有效的支架提供了新思路。

关键词：复合材料 3D打印功能梯度软骨支架计算流体动力学

超临界发泡制备可降解PBAT复合泡沫材料及其性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

超临界发泡制备可降解PBAT复合泡沫材料及其性能研究

作者：王梓丞长春工业大学

学位级别：硕士

聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）是一种具有良好力学性能与加工性能的生物可降解聚合物。目前,在生物降解材料领域,PBAT的应用市场日渐扩大,但由于PBAT自身的低分子量与线性结构,导致PBAT拥有较低的熔体强度和柔软的特性,这限制了P... 详细信息

聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）是一种具有良好力学性能与加工性能的生物可降解聚合物。目前,在生物降解材料领域,PBAT的应用市场日渐扩大,但由于PBAT自身的低分子量与线性结构,导致PBAT拥有较低的熔体强度和柔软的特性,这限制了PBAT在聚合物泡沫领域的应用。尤其是在超临界流体发泡领域,PBAT很容易在发泡过程中出现泡孔坍缩、破裂、发泡剂逸出等情况。为了解决上述问题,本文分别以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（MMA-GMA,简称MG）对PBAT进行扩链、MG协同聚丁二酸丁二醇酯（PBS）以及MG协同聚乳酸（PLA）制备了一系列高性能PBAT基复合材料,并制备了一系列PBAT复合泡沫材料,深入探讨了PBAT基复合材料的结构与性能。主要内容如下:（1）采用由实验室制备的MG作为扩链剂来对PBAT进行扩链,并对其扩链机理、分子量、力学、结晶、流变性能进行了研究;在14MPa的压力下,分别以90、95和100℃作为饱和温度来进行发泡实验,并进行了CO溶解度和泡孔的形态分析。结果表明MG在对PBAT扩链的同时几乎不产生交联结构。MG扩链后的PBAT的力学强度与熔体强都获得了显著的提升,结晶能力下降。MG的存在可以提高CO在PBAT中的保留率和PBAT的CO捕捉能力,这为泡孔的生长提供了更多的成核点位。在95℃的饱和温度下,与纯PBAT相比,加入6%的MG后,泡孔密度从1.6×10～7cells/cm提升到了6.1×10～7cells/cm。并且引入MG后,在更高的力学强度和更优异CO亲和性的协同作用下,PBAT泡沫的泡孔收缩行为减少。随着饱和温度的提高,样品的膨胀率提高,泡孔密度与CO溶解度下降。（2）为了进一步提升PBAT在较高发泡温度下的发泡能力,选用MG为相容剂,制备了一系列不同MG含量的PBAT/PBS/MG复合材料,并在13.5MPa的发泡压力下分别以104、107和110℃下使用超临界CO进行了发泡实验。研究了MG对共混物的增容机理、相形态以及力学、结晶、流变、动态力学等性能的影响并研究了MG对PBAT/PBS复合发泡材料微观形态与泡孔参数的影响。MG的引入明显提升了PBAT与PBS的相容性,SEM证明了MG促进了PBS在PBAT中的分散。增容后的复合材料的力学强度与熔体强度均获得提升。当饱和温度为110℃,MG含量为4%时,泡沫样品的膨胀率从PBAT/PBS泡沫样品的4.7提升到了11.1,泡孔密度从1.5×10～6cells/cm提升到了1.9×10～6 cells/cm。（3）选用PLA作为增强材料,添加定量的MG作为相容剂,制备了一系列不同PLA含量的PBAT/PLA/MG复合材料,并在100℃的发泡温度下,分别以13、14和15MPa的发泡压力进行了超临界CO发泡。研究了PLA对PBAT/PLA复合材料的力学、结晶、流变性能的影响,以及PLA对PBAT/PLA复合泡沫材料的微观形态与泡孔参数的影响。PLA的引入提升了PBAT/PLA复合泡沫材料的膨胀率与泡孔密度,为制备一种高膨胀率、抗收缩的高性能可生物降解泡沫材料提供了一种可行性方案。

关键词：聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯超临界二氧化碳反应增容扩链改性聚合物泡沫

水系锌离子电池锌负极的结构设计及电解液调控研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

水系锌离子电池锌负极的结构设计及电解液调控研究

作者：李林杰齐鲁工业大学

学位级别：硕士

在全球气候变化和传统能源存量告急的严峻背景下,为了实现“双碳目标”和推动经济社会的可持续发展,储能系统的开发与利用成为了绿色能源革新的重要抓手。锂离子电池在当前正负极材料及体系下,能量密度和循环寿命难以突破,同时受到安全... 详细信息

在全球气候变化和传统能源存量告急的严峻背景下,为了实现“双碳目标”和推动经济社会的可持续发展,储能系统的开发与利用成为了绿色能源革新的重要抓手。锂离子电池在当前正负极材料及体系下,能量密度和循环寿命难以突破,同时受到安全性和环境污染等问题的限制。以金属锌为负极的水系锌离子电池具有高理论比容量、绿色安全、低成本等特点,成为了极具替代潜力的新型电池体系。然而,锌负极在充放电循环中受到以下问题的困扰:（1）受到电极表面形貌、电流密度、电场分布等因素的影响,锌负极上发生不均匀的沉积和剥离行为,形成的枝晶进一步肆意生长会刺破隔膜导致电池短路故障。（2）充电过程中,H和Zn之间存在还原竞争关系,在对库伦效率造成损失的同时,H的不断析出会持续增加电池内部的压力,严重时会造成电池鼓包失效。（3）锌的化学活性导致了腐蚀现象的发生,具体表现为锌在电解液中反应生成相应的惰性副产物,会显著增大电池的极化和电阻,同时这部分损失的锌将无法在后续循环中被重复利用,对电池的稳定性及能量密度造成一定影响。为了改善以上问题,我们通过结构设计和电解液调控两种策略来对锌负极进行改性优化,有效提高了锌负极的稳定性和可逆性。具体的工作内容如下:（1）三维仿生锌负极（Zn@BCC）的制备及应用。受藻类形貌仿生学的启发,以三维结构的泡沫铜（CF）作为初始集流体,在此基础上通过简单的原位生长和退火还原,制备了新型仿生铜集流体（BCC）。在保留了CF的三维多孔结构的基础上,在其光滑的骨架表面接枝生长了大量均匀交联分布的亲锌铜纤维,为Zn提供了更多的成核位点和空间,同时有效调节了局部电场的分布和离子通量,大大缩短了传输路径。BCC在5 m A/cm的大电流下沉积/剥离了1600多次,实现了99.68%的平均库伦效率。通过电沉积的方法进一步预沉积锌后得到的Zn@BCC,相比于二维平面锌箔,其组装的对称电池的长循环寿命得到明显提升,实现了超过1500 h的稳定循环,可逆性和稳定性得到了显著提高,证明了三维仿生策略应用于锌负极结构设计的可行性与发展潜力,有望进一步推动锌负极的产业化进程。（2）以赤藓糖醇（Et）作为添加剂,通过电解液调控的策略来改善锌负极的性能。经过实验测试、分子动力学模拟、密度泛函理论计算和相关电化学分析,证明了Et分子可以部分取代配位HO分子,重塑Zn溶剂化鞘结构,破坏水系电解液的氢键网络,同时Et分子倾向于吸附在锌负极表面隔离HO分子来抑制析氢等副反应;更重要的,Et添加剂还能够调节Zn的扩散以及锌沉积过程中的成核尺寸,以促进均匀、致密的沉积,大大缓解了枝晶生长的风险。采用Et/Zn SO电解液的Cu||Zn半电池在1 m A/cm下成功沉积/剥离了1500次,实现了99.77%的高库伦效率。同样的,Zn||Zn对称电池的循环寿命也得到了极大提升,在1 m A/cm下稳定循环了超过3900 h。这些结果表明,Et添加剂可以有效提高锌金属负极的稳定性,低成本、成熟的Et制备工艺有望推动水系锌离子电池在电网规模储能系统中的应用。

关键词：水系锌离子电池锌负极结构设计电解液调控

典型结构稀疏线性方程组的异构并行优化方法研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

典型结构稀疏线性方程组的异构并行优化方法研究

作者：刘淇齐鲁工业大学

学位级别：硕士

数值模拟在科学计算和工程计算领域扮演着至关重要的角色。天气预报、流体动力学、计算金融学等数值模拟问题往往归结为三对角、块三角等典型结构稀疏线性方程组的求解。随着科技的日新月异,超级计算机架构的革新突破,异构众核架构逐渐... 详细信息

数值模拟在科学计算和工程计算领域扮演着至关重要的角色。天气预报、流体动力学、计算金融学等数值模拟问题往往归结为三对角、块三角等典型结构稀疏线性方程组的求解。随着科技的日新月异,超级计算机架构的革新突破,异构众核架构逐渐成为高端系统的首要选择。本文面向新一代神威超级计算机,设计典型结构稀疏线性方程组的并行求解算法,并结合申威26010pro众核处理器结构特征,实现高效的异构并行优化。本文的研究工作主要有:(1)结合Thomas算法和并行分裂法的优点,提出一种并行Thomas分裂算法。对求解三对角线性方程组的Thomas算法和并行分裂法进行综合分析,具体分析数据依赖性、算法的计算复杂度、通信开销、内存占用,从而提出并行Thomas分裂算法,将Thomas算法用于缩减三对角线性方程组模块的求解。通过减少数据传输量降低通信开销,提高算法效率。该算法对比并行分裂法最高加速比为10.34,相比Thomas算法有2.12倍的加速比。(2)在(1)的基础上设计并实现了异构并行Thomas分裂算法。使用主从加速并行的模式完成进程以及从核间的并行,使用批量传输来完成数据的分块及反复读取。提出一种缩减策略完成缩减方程组模块的任务,更新回代求解模块。该算法相比纯主核的并行Thomas分裂算法,计算热点最高有38.31倍的加速比,总时间有2.78倍的加速比。(3)基于申威26010Pro众核处理器平台,对PaScal＿TDMA移植和热点分析,提出一种三对角线性方程组自适应异构算法。对三维热传导问题用PaScal＿TDMA进行求解的过程进行性能热点分析,结果表明并行消元模块占比达94.5%,更新模块占比5.4%。对计算热点问题--三对角线性方程组求解进行申威异构众核优化,通过优化循环结构提出一种自适应的数据分块方案,利用共享LDM空间实现离散数据的连续传输,大幅提高了算法的计算效率。与PaScal＿TDMA相比,本文的算法加速59.4倍。三对角线性方程组自适应异构算法具有良好的可扩展性,以2个核组为基准,并行规模扩展至2048个核组,并行效率保持69.2%。(4)设计实现块三对角方程组的一种异构并行求解算法。提出一种计算与通信重叠的MPI并行方案,根据数据特性划分数据块以实现负载均衡,在申威架构上调用x Math中的swblas数学库实现块三对角方程组的一种异构并行算法。以130主从核为基准,并行规模扩展至4160个主从核,并行效率达30%以上。

关键词：典型结构稀疏线性方程组申威众核处理器异构并行优化