检索结果-内蒙古大学图书馆

化工进展 2025年第2期44卷 635-645页

作者：熊思恒黄冬梅肖媛黄晓璜易智康崔国民上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

质量交换网络是减少化工过程中污染物排放和降低经济成本的有效手段,其集成优化具有重要意义。本文提出了一种新的基于混合整数非线性规划(MINLP)的同步优化模型,允许分流非等浓度混合与考虑流股再生的连续非结构模型(NSM)。连续非结构... 详细信息

质量交换网络是减少化工过程中污染物排放和降低经济成本的有效手段,其集成优化具有重要意义。本文提出了一种新的基于混合整数非线性规划(MINLP)的同步优化模型,允许分流非等浓度混合与考虑流股再生的连续非结构模型(NSM)。连续非结构模型预先不设置结构化参数,没有固定的匹配模式,使用连续的实数区间划分不同的流股,随机生成具体的实数代表传质单元在流股上的位置。连续非结构模型在形成质量交换网络结构方面非常随机与灵活,具有极广的搜索域。在此基础上,使用强制进化随机游走算法(RWCE)同时优化连续非结构模型中的整形变量与连续变量,该算法具有个体间独立进化的特点。最后通过三个算例进行验证,结果表明:连续非结构模型结合启发算法可以得到低于目前文献最优的结果,能够灵活地表达复杂的质量交换网络结构,验证了方法的有效性。

关键词：质量交换网络连续非结构模型过程系统优化算法

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基于Sobol指数的翼型动态失速优化全局敏感性分析

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工程热物理学报 2025年第2期46卷 402-409页

作者：张强缪维跑刘青松李春岳敏楠张万福上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

翼型动态失速会在吸力面形成前缘失速涡导致气动力波动,严重影响风能捕获效率。气动形状优化提供了一种有效方法延缓翼型动态失速特性。然而,采用计算流体动力学(CFD)模拟进行多次评估使得优化过程的计算成本很高。因此,本文提出了一种... 详细信息

翼型动态失速会在吸力面形成前缘失速涡导致气动力波动,严重影响风能捕获效率。气动形状优化提供了一种有效方法延缓翼型动态失速特性。然而,采用计算流体动力学(CFD)模拟进行多次评估使得优化过程的计算成本很高。因此,本文提出了一种基于代理的优化(SBO)技术,以减轻计算负担。通过对S809风力机翼型的优化,验证了该框架的可行性。由于优化翼型厚度和前缘半径的增加,抑制了尾缘涡向前缘的发展。与基准翼型相比,优化后的翼型在一个振荡周期内的平均阻力系数和弯矩系数分别降低了23.91%和17.62%,而升力系数并未减小。最后,利用Sobol指数对设计变量进行全局敏感性分析,揭示了对翼型动态失速特性影响最大的几何参数及其相互作用。

关键词：风力机翼型动态失速代理模型敏感性分析翼型优化

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基于广义换热网络的质量交换网络质能比拟及全局优化

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化工进展 2025年第1期44卷 121-134页

作者：肖媛陈怡刘思琪崔国民上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

质量交换网络是过程系统高效经济回收污染物或杂质的重要途径,其中组分浓度的小尺度特征对于其求解域和全局优化性能存在一定限制。基于质量传递和能量传递比拟理论,本文假设了单位高度塔板提供有效传质的塔板质量,建立了非连续传质的... 详细信息

质量交换网络是过程系统高效经济回收污染物或杂质的重要途径,其中组分浓度的小尺度特征对于其求解域和全局优化性能存在一定限制。基于质量传递和能量传递比拟理论,本文假设了单位高度塔板提供有效传质的塔板质量,建立了非连续传质的板式塔和广义换热器的比拟关系;在此基础上,将小尺度质量交换网络比拟为广义换热网络,进而采用节点非结构模型和强制进化随机游走算法对广义换热网络进行全局优化;最后,将优化所得的广义换热网络回归为质量交换网络,使其满足传质可行性约束。算例分析表明,该方法可有效拓展质量交换网络搜索空间,提升流股匹配的多样性和全局优化性能。同时,灵活调整比拟尺度和协调系数能够进一步丰富优化路径,提升最优解的质量,获得了R2S3算例和R2S2算例优于文献最优的结构。

关键词：过程系统质量交换网络质能比拟广义换热网络全局优化强制进化随机游走算法

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遮光度对激光散射法粒径测量影响及修正

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工程热物理学报 2024年第9期45卷 2696-2701页

作者：苏格毅孙存金邓飞苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

针对液固两相流体系分散相粒径表征中复散射导致低估粒度问题,建立基于蒙特卡罗(Monte Carlo)方法的激光散射模型,研究高遮光度下颗粒光散射特性。为验证模型准确性,搭建一套散射光能分布和遮光度同步测量系统,对不同浓度聚苯乙烯悬浮... 详细信息

针对液固两相流体系分散相粒径表征中复散射导致低估粒度问题,建立基于蒙特卡罗(Monte Carlo)方法的激光散射模型,研究高遮光度下颗粒光散射特性。为验证模型准确性,搭建一套散射光能分布和遮光度同步测量系统,对不同浓度聚苯乙烯悬浮液进行试验。结果表明:未考虑复散射时,蒙特卡罗模型与传统模型散射光能吻合度良好。考虑复散射时,随着遮光度增加,散射光能曲线逐渐偏移,反演误差逐渐变大。遮光度为0.15~0.20,反演误差在5%以内。然而,遮光度为0.55~0.60,反演误差超过13%。进行误差修正,通过蒙特卡罗方法建立的激光散射模型构造系数矩阵,对粒径2.6μm颗粒的实验谱反演,误差在3%以内,表明该模型可在高遮光度下准确反演粒度。

关键词：复散射激光散射法蒙特卡罗方法遮光度反演

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PEMFC催化层耦合气体电荷传输过程的介观模拟

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化工学报 2024年第8期75卷 3002-3010页

作者：豆少军郝亮上海理工大学能源与动力工程学院动力工程多相流动与传热上海市重点实验室上海200093

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导... 详细信息

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导及电化学反应的介尺度电化学模型解析不同操作条件下催化层中的物理量分布并获得了催化层极化曲线,进一步研究确定催化层运行的最佳相对湿度为95%~98%。

关键词：燃料电池催化层介尺度数值模拟液态水

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不同旋流器作用下气液螺旋环状流动特性研究

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化工学报 2024年第8期75卷 2744-2755,F0002页

作者：王皓宇杨杨荆文婕杨斌唐雨刘毅上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

管内气液螺旋环状流动可以通过设置固定叶片的旋流器形成,旋流器的结构极大地影响了形成的螺旋环状流动的稳定性。对此,选取了四种典型旋流器结构开展三个典型来流工况下螺旋环状流形成的实验研究。通过图像处理结合概率密度函数(probab... 详细信息

管内气液螺旋环状流动可以通过设置固定叶片的旋流器形成,旋流器的结构极大地影响了形成的螺旋环状流动的稳定性。对此,选取了四种典型旋流器结构开展三个典型来流工况下螺旋环状流形成的实验研究。通过图像处理结合概率密度函数(probability density function,PDF)拟合的方法分析了形成螺旋环状流的稳定性,同时结合液膜波动特性与旋流器内部作用过程分析发现:平板式及平板有中心柱式旋流器在不同来流工况下产生的液膜相较于螺旋叶片式A/B旋流器都更加稳定,相同工况下的失稳距离也更长,而螺旋叶片式A/B旋流器产生的螺旋环状流的稳定性较差,在更短的距离内即发生了螺旋环状流失稳现象;不同工况下液相折算速度的上升有助于提高液膜稳定性与螺旋环状流失稳距离,从而形成更稳定的螺旋环状流;叶片作用下流体内部压力梯度和气液相分布规律高度相关,压力梯度和周向速度是形成螺旋环状流动的主要因素,并且压力梯度和周向速度的大小一定程度决定了螺旋环状流动气液交界面的稳定性。

关键词：气液两相流成像旋流器螺旋环状流动概率密度函数液膜稳定性

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有分流棋盘模型应用于不相容多组分质量交换网络优化

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化工进展 2024年第6期43卷 2986-2995页

作者：易智康刘思琪崔国民段欢欢肖媛上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

不相容多组分质量交换网络是质量交换网络综合中的难题之一。传统的分级超结构模型在模拟不相容多组分质量交换网络时,需要进行迭代计算,这使得优化过程变得复杂,并且难以兼顾计算效率。因此,本文提出将有分流棋盘模型用于优化不相容多... 详细信息

不相容多组分质量交换网络是质量交换网络综合中的难题之一。传统的分级超结构模型在模拟不相容多组分质量交换网络时,需要进行迭代计算,这使得优化过程变得复杂,并且难以兼顾计算效率。因此,本文提出将有分流棋盘模型用于优化不相容多组分质量交换网络问题,并采用基于种群识别策略的强制进化随机游走(RWCE)算法进行求解。有分流棋盘模型简化了模拟时的计算复杂度,且种群识别策略能够解决种群中个体“团聚”现象,从而全面提升了搜索全局最优解的计算效率。焦炉气脱硫算例的验证结果显示:有分流棋盘模型和基于种群识别策略的RWCE算法能够高效地解决不相容多组分质量交换网络问题,并且在优化平均时长和年综合费用方面取得了更为显著的成果。

关键词：过程系统模型质量交换网络算法种群识别策略

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基于蒙特卡罗模型的高浓度浆液细度在线测量

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仪器仪表学报 2024年第1期45卷 170-179页

作者：张世玮刘鸿彬陈朝雷田昌苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

近年来颗粒粒径测量问题受到了国内外的广泛研究。针对燃煤电厂高浓度脱硫石灰石浆液细度在线测量,将基于蒙特卡罗方法的声衰减模型拓展至高浓度范围,高浓度蒙特卡罗模型(HC-MCM)预测衰减系数与实验测量值相吻合。构建HC-MCM矩阵用于颗... 详细信息

近年来颗粒粒径测量问题受到了国内外的广泛研究。针对燃煤电厂高浓度脱硫石灰石浆液细度在线测量,将基于蒙特卡罗方法的声衰减模型拓展至高浓度范围,高浓度蒙特卡罗模型(HC-MCM)预测衰减系数与实验测量值相吻合。构建HC-MCM矩阵用于颗粒粒径分布的反演可减小计算时间,且差分进化算法的计算结果与设定粒径和分布宽度的相对误差小于1%。搭建基于透射和反射法的双模式超声检测装置并开发软件测量系统,加工适用于高浓度浆液细度测量的透射传感器和超声探针,依托燃煤电厂完成长达168 h的浆液细度在线测量实验。结果表明,两种模式超声衰减谱的变化趋势和数值大小基本吻合。粒径分布参数D_(V50)与激光粒度仪测量结果的相对误差小于8%,其粒径分布满足燃煤电厂成品石灰石浆液的细度要求。

关键词：高浓度石灰石浆液蒙特卡罗模型超声测量粒径分布

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基于格子Boltzmann方法的液滴在圆柱壁面上运动过程研究

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化工学报 2024年第8期75卷 2897-2908页

作者：金虎杨帆戴梦瑶上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

采用真实流体状态方程的伪势格子Boltzmann方法大密度比多相流模型,模拟了重力作用下的单液滴在圆柱壁面上的运动过程。计算结果表明,随着圆柱壁面疏水性沿重力方向逐渐增强,液滴运动过程可分为铺展和滑落两个阶段。壁面浸润性分布及其... 详细信息

采用真实流体状态方程的伪势格子Boltzmann方法大密度比多相流模型,模拟了重力作用下的单液滴在圆柱壁面上的运动过程。计算结果表明,随着圆柱壁面疏水性沿重力方向逐渐增强,液滴运动过程可分为铺展和滑落两个阶段。壁面浸润性分布及其变化率均会影响液滴运动过程,当液滴运动至圆柱下半部分时,其平均速度、最大速度、附着长度和液滴高度等参数随时间变化开始发生分化。此外,当液滴开始及完全运动至圆柱下半部分时,其所受附着力的水平及垂直分量分别达到最大。这些发现为深入理解液滴在圆柱壁面上的运动特性提供了重要的理论支持。

关键词：格子Boltzmann方法伪势模型液滴圆柱壁面浸润性分布多相流数值模拟计算流体力学

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磨煤机分离器中气固两相流行为数值模拟

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3658-3666页

作者：王鹏皓戴俐胡晓红凡凤仙上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为掌握磨煤机分离器中气固两相流运动行为与煤粉分离过程,针对实验室规模磨煤机分离器中气固两相流行为开展数值模拟。在欧拉-拉格朗日方法的框架下,采用Realizable k-ɛ湍流模型描述气相场,采用附加随机轨道模型的离散相模型描述煤粉颗... 详细信息

为掌握磨煤机分离器中气固两相流运动行为与煤粉分离过程,针对实验室规模磨煤机分离器中气固两相流行为开展数值模拟。在欧拉-拉格朗日方法的框架下,采用Realizable k-ɛ湍流模型描述气相场,采用附加随机轨道模型的离散相模型描述煤粉颗粒运动,在网格无关性验证的基础上,将单向耦合和双向耦合模拟结果与实验进行对比,发现双向耦合方法得到的煤粉颗粒粒径分布与实验数据的吻合更好。进一步采用双向耦合方法,对实验室规模磨煤机分离器中气相流动行为、颗粒运动特性和分离器性能进行研究。结果表明,采用双向耦合模拟时,颗粒溢出更晚且所经历的时间更长。受颗粒影响,筒体内壁与内锥体外壁附近气流速度差异增大,内锥体内气流速度分布均匀性变差,一次分离区与二次分离区出现明显的回流区。随着进口气流速度的增加,颗粒溢出率升高,颗粒排放率线性下降;进口气流速度对总颗粒返料率影响较小,但对分级返料率有重要影响。进口气流速度较低时,分级返料率呈单峰分布,气流速度较高时,分级返料率呈双峰分布。进口气流速度一定时,随着颗粒直径增大,分级分离效率增加;进口气流速度越大,分级分离效率随颗粒直径增加得越缓慢,分离器的切割粒径越大。

关键词：气固两相流磨煤机分离器双向耦合

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