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基于二级时空分桶的伴随轨迹查询

计算机学报 2024年第1期47卷 131-147页

作者：王晨旭汪谨权杨鑫西安交通大学软件学院西安710049 西安交通大学智能网络与网络安全教育部重点实验室西安710049

随着移动传感器设备的普及,人们能够采集到的位置数据越来越多,轨迹数据的规模也越来越庞大.从大规模时空数据中查找与指定轨迹最相似的前k条轨迹一直是时空大数据挖掘的重要挑战之一.现有的相似轨迹查询方法大都包括三个阶段:(1)对海... 详细信息

随着移动传感器设备的普及,人们能够采集到的位置数据越来越多,轨迹数据的规模也越来越庞大.从大规模时空数据中查找与指定轨迹最相似的前k条轨迹一直是时空大数据挖掘的重要挑战之一.现有的相似轨迹查询方法大都包括三个阶段:(1)对海量的离线轨迹数据建立索引;(2)基于索引结构从已知轨迹集中查询与指定轨迹相似的候选轨迹;(3)计算指定轨迹与候选轨迹之间的精确相似度并返回相似度最大的前k条轨迹.但大多数现有方法对轨迹进行聚类索引时不能有效利用时间和空间信息,导致时间相似度不高的轨迹也会被划分到相同的索引项上,最终影响查询的准确性和效率.此外,现有的时空轨迹相似度计算方法存在大量的无效运算,使得相似轨迹的查询效率整体较低.针对当前伴随轨迹查询方法对时间与空间信息利用不充分的问题,本文提出一种新的二级时空分桶索引结构,首先将每条轨迹数据按照时间滑动窗口划分为若干带有时间槽信息的子轨迹,在时间上对轨迹进行一级索引聚类;在此基础上对在相同时间槽内的子轨迹进行二级空间索引聚类,利用哈希算法将具有连续相同位置点的子轨迹映射到同一时空分桶中.与已有索引方法相比,该方法对不同轨迹在索引时具有更好的区分度,查询时的筛选条件更为严格,有效降低了候选轨迹集的规模.针对现有轨迹相似度计算方法效率低下的问题,提出一种基于时差约束的轨迹相似度计算方法.利用轨迹之间的时差排除大量不必要的位置比较运算,将轨迹相似度的计算复杂度控制在线性级别,大大提高了计算效率,同时为过滤伴随轨迹查询过程中的无效计算,对基于时差约束的轨迹相似度计算方法进行变体得到一种上下界过滤方法,最大限度地避免了无效计算.最后,在4个真实的大规模轨迹数据集上对所提方法进行实验验证,实验结果表明所提方法的轨迹查找效率是已知最好方法的9~20倍,证明了算法的有效性.

关键词：二级时空索引轨迹相似度计算伴随轨迹查询

燃气透平叶片前缘冲击/气膜复合冷却的管网耦合方法研究

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西安交通大学学报 2024年第6期58卷 114-127页

作者：包林焌刘钊张韦馨丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为方便燃气透平叶片前缘冲击/气膜复合冷却结构的设计与研发,提出了一种管网耦合计算方法。利用Python编制了叶片冷却结构设计的一维管网程序,并采用冲击冷却的实验结果对管网程序进行了验证;结合ANSYS CFX三维数值计算软件,搭建了用于... 详细信息

为方便燃气透平叶片前缘冲击/气膜复合冷却结构的设计与研发,提出了一种管网耦合计算方法。利用Python编制了叶片冷却结构设计的一维管网程序,并采用冲击冷却的实验结果对管网程序进行了验证;结合ANSYS CFX三维数值计算软件,搭建了用于叶片前缘冲击/气膜复合冷却的管网耦合设计计算平台,设计了用于计算内部流场的管网模型,并提出了管网耦合计算中的外部气膜冷却修正方法;通过与经湍流模型验证和网格无关性考核后的三维气热耦合计算结果进行对比分析,验证了管网耦合计算方法的可靠性。结果表明:所设计的管网模型对叶片内部冷却具有较好的模拟精度,可用于管网耦合过程中内部流场的计算;与三维气动计算相比,采用气膜冷却修正方法得到的平均气膜冷却效率的相对误差在2.18%~12.2%之间,验证了气膜冷却修正方法的可靠性;管网耦合计算结果与三维气热耦合计算结果吻合良好,两种方法计算的叶片壁面温度分布一致,但采用管网耦合方法可以大大节约计算时间,耗时为三维气热耦合计算的1/18。管网耦合计算方法可应用于叶片前缘冲击/气膜复合冷却的设计与研究。

关键词：冲击/气膜复合冷却管网计算管网耦合气膜冷却修正

实际风况下萨沃纽斯风力机集群性能及布局规律研究

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西安交通大学学报 2024年第4期58卷 85-95页

作者：齐文闯陈云瑞郭朋华邹瀚森李景银西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为探究风况条件对萨沃纽斯风力机集群功率输出和安装方向的影响,基于变转速控制策略和计算流体力学仿真结果,获得了集群在我国8个典型站点不同安装方向下的输出功率,分析了集群在实际风况下的最佳布局规律,并验证了规律的普适性。仿真... 详细信息

为探究风况条件对萨沃纽斯风力机集群功率输出和安装方向的影响,基于变转速控制策略和计算流体力学仿真结果,获得了集群在我国8个典型站点不同安装方向下的输出功率,分析了集群在实际风况下的最佳布局规律,并验证了规律的普适性。仿真结果表明:在沈阳、厦门、昆明、呼和浩特、青岛、喀什、大连以及郑州8个站点合理安装集群,可使单台机组的输出功率分别提升至原来的1.14、1.23、1.31、1.20、1.21、1.24、1.12、1.11倍;对于有明显单一主风能风向的地区,集群应正对此方向摆放;对于两个主风能风向相位差较大的地区,需选择两者中周围风能更丰富的方向排布集群;对于有3个主风能风向、主风能风向不明显或风能分布比较均匀的地区,应先使机组相互格挡的方位避开风能相对集中区,再选择风能资源较丰富的方向排布集群。该研究可使实际风况下萨沃纽斯风力机集群耦合增益最大化,并为复杂风场条件下集群安装方向的选择提供参考。

关键词：变转速控制萨沃纽斯风力机集群耦合增益安装方向

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等离子体激励下的凹槽叶顶气膜冷却性能

西安交通大学学报 2024年第1期58卷 42-53页

作者：徐柯文何坤晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

通过将等离子体激励力耦合至雷诺时均NS方程组的动量方程中,数值研究了等离子体控制下的燃气透平凹槽叶顶的气膜冷却性能,分析等离子体激励强度、激励频率对凹槽叶顶气膜冷却效率和总压损失的影响,提出了一种改善凹槽底部冷却气膜覆盖... 详细信息

通过将等离子体激励力耦合至雷诺时均NS方程组的动量方程中,数值研究了等离子体控制下的燃气透平凹槽叶顶的气膜冷却性能,分析等离子体激励强度、激励频率对凹槽叶顶气膜冷却效率和总压损失的影响,提出了一种改善凹槽底部冷却气膜覆盖的非均匀等离子体控制策略,阐明了等离子体激励对叶顶间隙内冷热气流的作用机制。研究结果表明:凹槽下游等离子体激励可有效抑制上游冷气对下游冷气的卷吸,且抑制作用随着激励强度、激励频率的增加而增强。激励强度较小时,上游冷气未对下游冷气造成卷吸,尾缘处气膜冷却性能较好;随着激励强度增大,尾缘冷气被上游冷气吹离凹槽底部,但中部气膜冷却性能较好。激励强度Ds为204时,凹槽底部平均气膜冷却效率相比无激励时提升了25.11%。激励频率与激励强度对叶顶气膜冷却性能的影响规律类似。当激励强度Ds为156,激励频率Dθ为6.25和Dθ为8.75时,凹槽底部平均气膜冷却效率相比于无激励时分别提升了28.71%和29.27%。施加非均匀等离子体控制时,凹槽底部平均气膜冷却效率比无激励时提升了39.12%。施加等离子体激励后,叶栅总压损失几乎不变。

关键词：燃气透平凹槽叶顶等离子体激励气膜冷却

燃气透平榫头/榫槽装配间隙流动与换热特性研究

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西安交通大学学报 2024年第5期58卷 88-98页

作者：刘钊孙睿樊远航丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先... 详细信息

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先,采用压力扫描阀和热色液晶测温技术测量了榫头/榫槽内的流阻和努塞尔数分布。然后,利用试验结果对所采用的数值计算方法进行了考核,并进行了网格无关性验证。最后,详细分析了5种雷诺数、5种结构参数榫头/榫槽高度及5种间隙宽度下榫头/榫槽装配间隙结构内部流动与换热特性。结果表明:在试验测量范围内,左侧壁面的平均努塞尔数始终比右侧高10%左右;随着雷诺数的增大,榫头/榫槽装配间隙的阻力损失系数和换热强度均逐渐增大,当雷诺数从15000增大到35000时,平均阻力系数增大了2倍,两侧面整体平均努塞尔数均增大了1.1倍;随着榫头/榫槽装配间隙相对高度的增大,阻力损失系数及壁面努塞尔数均逐渐减小;随着榫头/榫槽装配间隙宽度的增大,试验范围内平均阻力系数增大了30.7%,左右两侧面平均努塞尔数分别增大了95.5%和94.9%。

关键词：榫头/榫槽装配间隙流动特性换热特性

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先进抽水压缩空气复合储能技术

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 1-9页

作者：王焕然席光李瑞雄姚尔人孙中国王志恒邹瀚森令兰宁贺新张宇飞西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作... 详细信息

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作为混合工作介质,利用水力机械设备和空气透平作为系统的复合做功设备,实现储能介质高效等温压缩/膨胀。相比于传统压缩空气储能技术,新型气液复合空气储能技术具有响应快、效率高、投资成本低等优点。团队通过10余年的攻关研究,完成了关键设备与储能系统的性能表征、时域特性研究、流体机械关键共性技术集中攻关、空气储能技术全寿命周期性能评估软件的研发及应用,研究成果可为气液复合压缩空气储能技术的规模化推广应用提供坚实的理论与数据支撑。

关键词：压缩空气储能技术近等温压缩抽水压缩空气复合储能技术高效运行

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气膜孔堵塞对凹槽叶顶冷却传热性能的影响

西安交通大学学报 2024年第6期58卷 139-152页

作者：徐柯文何坤晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

采用数值方法,研究了燃气透平叶片气膜孔堵塞条件下凹槽叶顶的冷却传热性能,获得了3种吹风比M=0.5, 1.0, 1.5和不同堵塞比B=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8条件下的凹槽叶顶的气膜冷却效率和传热系数分布。研究表明:气膜孔堵塞会导致凹槽叶顶气... 详细信息

采用数值方法,研究了燃气透平叶片气膜孔堵塞条件下凹槽叶顶的冷却传热性能,获得了3种吹风比M=0.5, 1.0, 1.5和不同堵塞比B=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8条件下的凹槽叶顶的气膜冷却效率和传热系数分布。研究表明:气膜孔堵塞会导致凹槽叶顶气膜冷却性能下降、热负荷升高,堵塞比越大,凹槽叶顶的冷却传热性能越差。气膜孔堵塞显著改变了叶顶区域的流场结构,加剧冷气的抬升效应,导致冷气过早离开凹槽。吹风比是影响堵塞工况下凹槽叶顶冷却传热性能的重要因素,吹风比为1.0、堵塞比为0.8时,凹槽叶顶的面积平均气膜冷却效率相比于未堵塞时下降了64.88%、传热系数上升了13.01%。减小吹风比可以改善小堵塞比工况下的叶顶气膜冷却性能,吹风比为0.5、堵塞比为0.4时,叶顶平均气膜冷却效率仅下降了6.82%,但小吹风比会导致大堵塞比工况下的气膜冷却性能恶化严重,吹风比为0.5、堵塞比为0.8时,平均气膜冷却效率下降了82.09%。增大吹风比,可改善大堵塞比工况下的叶顶气膜冷却性能,吹风比为1.5、堵塞比为0.8条件下叶顶平均气膜冷却效率下降了51.34%、传热系数上升了11.52%。

关键词：燃气透平凹槽叶顶气膜孔堵塞气膜冷却传热吹风比

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双股射流撞击雾化的无网格MPS法数值研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1385-1394页

作者：崔龙豪孙一颉周子棋孙中国席光西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为研究质量流量和撞击角对双股射流撞击雾场的影响规律,采取移动粒子半隐式(MPS)法对双股射流撞击雾化过程进行数值模拟,针对数值模拟结果提出了用于液滴空间弥散状态研究的染色法并对雾场进行后处理分析。首先通过对泊肃叶流动和方形... 详细信息

为研究质量流量和撞击角对双股射流撞击雾场的影响规律,采取移动粒子半隐式(MPS)法对双股射流撞击雾化过程进行数值模拟,针对数值模拟结果提出了用于液滴空间弥散状态研究的染色法并对雾场进行后处理分析。首先通过对泊肃叶流动和方形液滴变圆的模拟,验证了充分发展速度进口模型和表面张力模型的正确性:随后通过分析质量流量和撞击角对雾化特性参数的影响,得到了典型工况下雾化后液膜生成并破碎为液丝、液丝发展为液滴的全过程。最终得到结论:质量流量从5g/s增加到25g/s,液滴平均粒径减少80.00%,雾化角增加42.13%;撞击角从30°增加到90°,液滴平均粒径减少94.22%,雾化角增加59.95%;当质量流量为20g/s,撞击角为75°时,雾化场能达到相对最优的状态。

关键词：移动粒子半隐式方法双股射流雾化过程

缸内流场扰动对快速压缩机着火中间物种采样测量影响的数值研究

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西安交通大学学报 2024年第8期58卷 60-68页

作者：武颖韬饶伯暄汤成龙黄佐华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对燃料自燃活性表现出负温度系数(NTC)效应时的快速压缩机缸内流场扰动对物种采样精度影响不明的问题,建立了燃料自燃过程物种采样的数值模型,通过控制活塞缝隙容积在燃烧缸内产生了不同强度的气流扰动,探究了NTC及气流扰动共同作用... 详细信息

针对燃料自燃活性表现出负温度系数(NTC)效应时的快速压缩机缸内流场扰动对物种采样精度影响不明的问题,建立了燃料自燃过程物种采样的数值模型,通过控制活塞缝隙容积在燃烧缸内产生了不同强度的气流扰动,探究了NTC及气流扰动共同作用对正丁烷混合气自燃过程物种采样精度的影响规律。研究结果表明:受燃料NTC效应的影响,两种典型的物种采样方法均出现了反向稀释现象,即燃料的采样浓度偏低,中间产物的采样浓度偏高。反向稀释与采样方法的系统误差产生抵消,导致NTC区域内物种采样精度受气流扰动的敏感性降低。抑制燃烧缸内的气流扰动有利于提高采样精度,然而在绝对无扰动的流场下,整体冻结法的采样误差受热边界层作用反而会略微提高。该研究为燃料自燃过程中物种采样实验的设计及数据不确定性分析提供了有价值的参考。

关键词：物种采样气流扰动负温度系数着火延迟时间快速压缩机