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多层复合型声学覆盖层的吸声机理研究与性能优化

多层复合型声学覆盖层的吸声机理研究与性能优化

引用

作者：刘悦北京化工大学

学位级别：硕士

水下吸声材料是实现水下航行器声学隐身的重要构件,一般的水下吸声材料在静水压下的吸声性能会严重下降。多层复合吸声材料通过不同力学性能的橡胶层来形成各层间的声阻抗设计,以此来消耗声波能量,被认为具备良好的耐压性能和声学性能... 详细信息

水下吸声材料是实现水下航行器声学隐身的重要构件,一般的水下吸声材料在静水压下的吸声性能会严重下降。多层复合吸声材料通过不同力学性能的橡胶层来形成各层间的声阻抗设计,以此来消耗声波能量,被认为具备良好的耐压性能和声学性能。目前关于多层复合吸声材料的研究,在仿真方法与吸声性能的优化方面尚有不足,因此建立一套更完备的仿真方法,探究多层复合吸声材料的吸声性能影响规律,优化出吸声性能优良的结构,对吸声材料的实际生产指导具有重要意义。本论文首先建立了计算多层复合吸声材料声学性能的传递矩阵数学模型,制备了实验样品验证了模型的准确性,并对此模型开发了图形用户界面。然后应用此数学模型探究多层复合吸声材料中各层橡胶的动态模量分布、厚度分布与泊松比分布,以及层数对反射系数、透射系数与吸声系数的影响,在此过程中发现了一种储能模量内部高,两侧低的“模量夹芯”结构,其吸声性能优于传统声阻抗梯度结构。最后对多层复合吸声材料进行吸声性能的最优化求解,与均匀结构吸声材料相比,其平均吸声系数从0.57提高至0.79。具体研究内容与结论如下:(1)使用质点应力与质点振速作为传递参数构建了4阶传递矩阵数学模型,可以计算多层复合吸声材料的反射系数、透射系数、吸声系数、传递损失。此外,传统传递矩阵模型只可计算声波垂直入射的工况,本论文的数学模型还具有计算声波斜入射进吸声材料的功能。为了便于用户使用,将数学模型开发出了图形用户界面。(2)所构建的数学模型与有限元法相比,在声学性能的仿真准确度相同的情况下,计算速度大幅提高。为了进一步验证数学模型的有效性,设计制备了丁苯橡胶双层结构吸声材料样品,并进行了声学性能与动态力学性能测试。经比较,实验测试值与计算值的平均相对误差为5.23%,在允许范围内,证明了模型的有效性。(3)应用此模型探究了多层复合吸声材料的各层橡胶的动态模量分布、厚度分布与泊松比分布,以及层数对吸声材料反射系数、透射系数与吸声系数的影响规律。结果表明,在吸声材料整体模量梯度固定不变的情况下,多层复合吸声材料的层数对吸声性能无显著影响;储能模量与材料的声阻抗呈正比关系,与传递损失呈反比关系;损耗因子与材料的声阻抗、传递损失均呈正比关系,但储能模量的分布对材料的吸声性能、声阻抗与传递损失影响较大,损耗因子对其的影响相对较小;此外,适当提高材料中低模量层的厚度占比,有利于提高材料的吸声性能。吸声材料中的少量高泊松比层的加入有利于低频声波进入吸声材料,提升吸声材料低频段下的吸声性能。(4)研究了声阻抗与模量梯度对吸声材料吸声性能的影响,结果发现,沿声波入射方向,声阻抗逐层递减型结构的吸声性能高于传统的声阻抗递增型结构。在此基础上,厚度逐层递增的设计,可使其吸声性能更高。经过最优化设计后,声阻抗梯度结构的平均吸声系数比含30份炭黑均匀结构丁苯橡胶吸声材料提高了31.1%。(5)对于储能模量中间层高,两侧低的“模量夹芯结构”的吸声材料,其通过中间的高模量层与两侧的低模量层间的声阻抗失配设计,大幅提高了对声波的耗散能力,使其吸声性能优于传统阻抗梯度结构。在此基础上,适当提升声波透射面的低模量层厚度更有利于吸声材料的吸声。经过最优化设计后的模量夹芯结构,平均吸声系数比含30份炭黑均匀结构丁苯橡胶吸声材料提高了39.6%。

关键词：多层复合结构吸声材料传递矩阵动态力学性能丁苯橡胶

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SiC晶圆减薄空气静压主轴结构设计与多场耦合建模分析

SiC晶圆减薄空气静压主轴结构设计与多场耦合建模分析

引用

作者：陈钊北京工业大学

学位级别：硕士

随着集成电路所用半导体材料进入第三代研发阶段,以SiC和Ga N为主要代表,已在多个领域出现替代Si和Ga As的颠覆性变革技术,使得半导体器件性能得到根本性提升。由于SiC硬度非常高,磨削难度大,对于磨削减薄设备的核心零部件空气静压主轴... 详细信息

随着集成电路所用半导体材料进入第三代研发阶段,以SiC和Ga N为主要代表,已在多个领域出现替代Si和Ga As的颠覆性变革技术,使得半导体器件性能得到根本性提升。由于SiC硬度非常高,磨削难度大,对于磨削减薄设备的核心零部件空气静压主轴提出了更高要求。SiC晶圆减薄技术主要被日本Disco等国外企业垄断,国内严重缺乏SiC晶圆减薄工艺及设备关键技术研究的积累,国内SiC器件生产企业如三安光电、株洲中车等企业大规模使用国外技术和设备。针对我国集成电路晶圆减薄设备关键部件的重大应用需求,围绕SiC晶圆减薄空气静压主轴的结构设计、工作机理及性能分析,多物理场耦合作用下主轴的稳态性能等关键科学问题,以高刚度、大承载力、大功率、精密稳定为目标,重点开展空气静压主轴研究。研究从以下几个方面进行: (1)空气静压主轴结构设计及性能分析方法研究。基于SiC晶圆减薄对空气静压主轴的性能需求,分析主轴所涉及的关键技术,以磨削减薄SiC晶圆为目标,创新性的提出高刚度大承载力主轴总体结构设计方案;提出主轴关键零部件性能分析方法及主轴多物理场耦合分析方法,为主轴性能分析奠定基础。 (2)主轴电机和空气静压轴承性能分析。根据SiC晶圆磨削减薄对主轴功率、转矩等性能的要求,基于主轴电机性能分析方法,对主轴电机进行设计,分析其空载和负载性能,并采用多目标遗传算法进行优化设计;基于空气静压轴承性能分析方法,通过数学方法求解非线性可压缩雷诺方程和CFD数值仿真方法对轴承的承载力、刚度和耗气量等性能进行分析;基于轴承性能分析方法研究不同几何参数对其性能影响,对轴承进行优化设计。 (3)空气静压主轴多物理场耦合仿真分析。基于ANSYS Workbench平台,建立主轴电-磁-热-固-流-转子动力学多物理场仿真平台,研究主轴多物理场模型中的各子模型,分析多物理场集成作用下空气静压主轴的稳态性能,揭示主轴各场之间相互作用机理。 (4)空气静压主轴性能实验研究。搭建主轴电机台架测试平台,通过实验研究主轴电机的空载和负载性能,验证电机数值分析方法的准确性;研发空气静压主轴样机,通过在止推轴承上预留测压孔,外接测压表测量止推轴承上该点压力值,并与止推轴承数值分析模型对应处的压力对比,验证模型的准确性。

关键词： SiC晶圆空气静压主轴结构设计稳态性能多物理场耦合

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基于改进麻雀搜索算法的微电网多目标优化调度研究

基于改进麻雀搜索算法的微电网多目标优化调度研究

引用

作者：卜张金中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

随着社会不断发展,能源总量日益短缺,人类越来越重视开发利用清洁能源。传统电网存在高投资、高污染、大停电事故风险较高等缺陷,严重制约分布式发电技术的发展。微电网内包含各种分布式电源,其发电造成的环境污染低、应用范围广、运行... 详细信息

随着社会不断发展,能源总量日益短缺,人类越来越重视开发利用清洁能源。传统电网存在高投资、高污染、大停电事故风险较高等缺陷,严重制约分布式发电技术的发展。微电网内包含各种分布式电源,其发电造成的环境污染低、应用范围广、运行效率高,因此各国都非常重视微电网技术的发展,但由于各微电源特点不一,需要对其进行合理地优化调度来提高发电稳定性和合理性,因此协调微电网优化运行是目前研究的热点。研究的重点是对微电网进行合理优化调度,在满足用户用电需求的前提下,尽可能地降低微电网发电成本,主要工作如下所示: 1.设计了一个包含多种分布式电源的小型区域微电网,依据各分布式电源发电原理,建立了风力发电机、光伏发电系统、微型燃气轮机、柴油发电机、燃料电池以及蓄电池的数学模型。综合考虑了微电网发电的燃料成本、运行维护成本、折旧成本、主网交互成本、环境保护成本,在这些成本的基础上设定了三个目标函数:微电网运行成本、环境保护成本以及总体成本,并给出了微电网的运行策略和必要的约束条件,建立了微电网多目标优化调度模型。 2.对基本麻雀搜索算法(SSA)进行了改进,为提高微电网优化算法的全局搜索能力和搜索速度,降低微电网的发电成本,在SSA算法的基础上结合了三种经典的改进策略:Lévy飞行、混沌映射和自适应t分布式变异,提出了改进的麻雀搜索算法(ISSA)。通过多个基准函数测试实验结果验证:ISSA算法具有更加优秀的寻优能力。 3.以北方某城市小区的天气以及负荷需求量为实验数据,使用PSO、SSA以及ISSA算法对微电网多目标优化调度模型进行求解,依据所设定的运行策略和约束条件,在Matlab中进行仿真计算,得到了三种季节下并网微电网在各个目标函数下的优化调度结果。多个优化调度算例的仿真结果验证:(1)所建立的微电网多目标优化调度模型的合理性及有效性;(2)多目标优化的必要性以及所提目标函数的合理性;(3)所改进ISSA算法在微电网优化调度应用中的优越性和可行性。微电网作为未来智能配电网的一种补充,是供电系统实现可靠稳定的重要途径。随着科技水平的发展,其理论依据和技术手段将会不断完善,同时政府也需要匹配相对应的政策法规和市场机制。

关键词：微电网优化调度改进麻雀搜索算法发电成本多目标优化

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基于物质点法的弹塑性固体仿真方法研究

基于物质点法的弹塑性固体仿真方法研究

引用

作者：靖博涵北京工业大学

学位级别：硕士

材料仿真是融合了材料学、工程学、计算机图形学等多个学科知识的重要研究方向,其研究成果能被广泛的应用于影视、游戏、医学、工程等多个行业。弹塑性材料由于能够产生大变形、断裂、破碎等效果,在影视动画中广泛存在,如积雪、流沙、... 详细信息

材料仿真是融合了材料学、工程学、计算机图形学等多个学科知识的重要研究方向,其研究成果能被广泛的应用于影视、游戏、医学、工程等多个行业。弹塑性材料由于能够产生大变形、断裂、破碎等效果,在影视动画中广泛存在,如积雪、流沙、物体破碎等均属于弹塑性材料仿真的范畴。基于物理方法仿真弹塑性材料的运动行为,能够使画面具有更高的准确度与可信度,带来更为震撼的视觉效果。但现有的弹塑性材料仿真方法大多难以保持固体的结构性,材料的实现效果多缺乏韧性断裂或脆性断裂,视觉上接近粘性流体。除此之外,弹塑性材料的相关研究多集中于颗粒状材料,实现固体的研究成果较为匮乏。本文基于物质点法的弹塑性仿真框架与塑性固体的实现方法,结合工程学中的屈服准则与图形学中的投影模型,实现视觉效果优秀的弹塑性固体材料。本文的主要工作及贡献有如下三个方面: 首先,本文基于MLS-MPM传输方案与等体积Neo-Hookean超弹性本构模型,实现保证材料等体积变形的弹性仿真框架。在此基础上,增加针对材料塑性的仿真方法,提出适用于多种材料的弹塑性仿真框架。其次,本文将工程学中的MSCC屈服准则引入图形学,并结合图形学中大应变的计算方法与强化准则对其进行优化,提出改进的MSCC屈服准则。在此基础上,本文进一步提出结构参数的概念,增强材料固体性质的表现。最后,本文基于非关联塑性流动法则与NACC回映算法,提出应力的投影方法,解决试验应力超出屈服面的问题。本文基于有利断裂强化准则,实现屈服应力的演化,使材料在受强外力时能够得到良好的仿真结果。实验表明,本文方法实现的弹塑性固体能够更好的保持材料的结构性,并且能够在变形中保持材料体积守恒。本文提出的参数能够准确控制材料的变形,使其具有更可控的塑性行为。本文方法对于多种材料均能产生可观的断裂与破碎效果,为电影特效中的材料破碎场景提供可靠的制作方法。

关键词：弹塑性固体仿真屈服准则流动法则回映算法强化准则

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材料高性能计算方法的发展及应用

材料高性能计算方法的发展及应用

引用

2017中国材料大会(cmc2017)

作者：宋海峰高兴誉赵亚帆林德烨方俊王涵北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心

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硅橡胶介电弹性体发电性能的数值模拟研究

硅橡胶介电弹性体发电性能的数值模拟研究

引用

作者：董志聪北京化工大学

学位级别：硕士

介电弹性体是一种新型电活性功能材料,具有模量低、应变大、比能密度高等优点,在清洁能源收集领域具有广泛的应用前景,是最具潜力的新型发电材料之一。然而,介电弹性体兼具复杂的力学和电学材料特性,且其工作载荷还有大变形与机电耦合... 详细信息

介电弹性体是一种新型电活性功能材料,具有模量低、应变大、比能密度高等优点,在清洁能源收集领域具有广泛的应用前景,是最具潜力的新型发电材料之一。然而,介电弹性体兼具复杂的力学和电学材料特性,且其工作载荷还有大变形与机电耦合的特点,使得难以建立准确描述材料变形状态的物理模型,同时,发电过程中的能量损耗也是亟需探明的重要问题。本课题旨在研究介电弹性体材料的机电耦合特性,开发介电弹性体的发电性能与基于非线性粘弹性的能量损耗数值算法,对介电弹性体及其发电器件的优化设计提供理论指导。本文主要工作内容如下:(1)基于前人研究基础,推导了介电弹性体机电耦合本构的主坐标形式和张量形式,数值分析了介电弹性体发电器件的失效行为和许用区域,理论分析三种发电循环模式的机理与发电性能,发现恒电荷模式是一种相对最优的发电循环模式。(2)采用UMAT子程序和PYTHON脚本进行ABAQUS软件的二次开发,构建介电弹性体力场与电场的数值耦合方法。结合静电能理论,建立了硅橡胶介电弹性体发电性能参数的模拟算法,并对算法进行了实验验证。模拟计算了不同初始条件、不同拉伸模式下硅橡胶薄膜的发电能量密度,提出了优化发电性能的方法,以指导发电薄膜及其制品的优化设计。(3)研究了硅橡胶薄膜发电过程的能量损耗。建立了大变形下的非线性粘弹性模型,采用粒子群优化算法辨识模型参数,并实验验证了粘弹性模型及其参数识别方法的可靠性。基于介电弹性体材料的非欧姆传导特性,建立了硅橡胶发电薄膜的漏电损耗模型和回缩发电过程的电荷泄漏计算方法。(4)结合发电性能参数与能量耗散的计算方法,分析了硅橡胶平面拉伸发电过程中的能量转化与耗散行为。结果表明,硅橡胶材料在单个发电循环中的滞后损耗和漏电损耗相对较小,具有较高的机电换能潜力。对比实验结果,各损耗能量和发电能量密度的计算值均具有较好的吻合精度,从而验证了硅橡胶薄膜发电过程中能量计算方法的可靠性。

关键词：有限元数值模拟硅橡胶介电弹性体机电耦合能量转化非线性粘弹性

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基于多级氨氧化的PN/A/PN/A城市污水脱氮研究

基于多级氨氧化的PN/A/PN/A城市污水脱氮研究

引用

作者：陈昊北京工业大学

学位级别：硕士

基于人们对于生态保护理念的高度重视,对生活污水进行深度脱氮除磷以避免水体富营养化成为了污水重新流入自然水体前的一个重要环节。传统的硝化反硝化脱氮方式往往受到生活污水中碳含量不足的限制,而人为的添加有机物又会增加水厂的运... 详细信息

基于人们对于生态保护理念的高度重视,对生活污水进行深度脱氮除磷以避免水体富营养化成为了污水重新流入自然水体前的一个重要环节。传统的硝化反硝化脱氮方式往往受到生活污水中碳含量不足的限制,而人为的添加有机物又会增加水厂的运行成本。近年来厌氧氨氧化细菌的发现为降低成本甚至实现碳回收提供了可能。以短程硝化/厌氧氨氧化（partial nitrification/anaerobic ammonium oxidation,PN/A）为代表的新型脱氮工艺具有节约100%碳源,减少60%曝气需求以及降低污泥产量等优势。该工艺应用的最大瓶颈之一在于亚硝酸盐氧化细菌（nitrite-oxidizing bacteria,NOB）的大量增殖会将亚硝酸盐氧化为硝酸盐,导致厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX）细菌因缺乏底物而死亡。莫纳德方程和以往的研究结果均证实饥饿条件有利于氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria,AOB）扩大竞争优势并淘汰掉NOB。但以往的饥饿效果只能依靠对溶解氧（dissolved oxygen,DO）浓度的控制来实现。DO浓度过低时不但会影响AOB的活性,还会使得污泥沉降性能恶化。这是因为DO既是AOB的底物也是NOB的底物,在控制NOB活性的同时无法规避对AOB造成的负面影响。因此本研究拟从NOB的独有代谢底物亚硝酸盐入手,通过降低亚硝酸盐的浓度实现NOB的选择性饥饿。拟通过构建PN/A/PN/A的运行模式,将氨氮间歇地转化和消耗,以避免亚硝酸盐浓度积累,从而实现饥饿。首先通过联合好氧饥饿和高浓度氨的供给,实现对NOB的选择性饥饿预处理,驯化活性污泥并启动PN单元。而后通过响应曲面法（response surface method,RSM）确定PN/A/PN/A工艺运行过程中的重要影响参数以指导其优化运行,最后验证PN/A/PN/A工艺稳定运行过程中的处理性能和微生物活性的变化,并探究其脱氮途径和相关微生物贡献。实验首先采用了一种结合好氧饥饿和游离氨（free ammonia,FA）抑制启动短程硝化的新策略。在200天的实验过程中,探索了不同组合方式对于硝化细菌的影响。结果表明,以FA抑制1天/好氧饥饿7天/FA抑制14天的方式启动PN效果最好。在不向合成废水中添加碳源的情况下,启动成功后出水中氨的平均浓度低于检测限,亚硝酸盐和硝酸盐的平均浓度分别为68.12 mg/L和3.46 mg/L。即使将DO浓度提高至1.50 mg/L,亚硝酸盐积累率（nitrite accumulation rate,NAR）仍可以保持在90.15%。进一步分析表明,PN是通过选择性阻止因饥饿失活的硝化细菌中NOB的活性恢复而实现的。在稳定运行阶段,比氨氧化速率为46.25 mg N/g MLVSS/h而比硝酸盐产生速率仅为0.73 mg N/g MLVSS/h。AOB的相对丰度的增加（从2.79%增加到7.13%）和NOB丰度的减少（从8.75%减少到1.44%）解释了这一现象。最后,通过对细菌胞外聚合物的分泌、微生物抵御恶劣环境的策略和污泥物理特性的分析,探索了其潜在的机制,为应用组合策略提供了参考。待PN单元启动成功后开展了一系列批次实验,以探究DO浓度,反应过程中亚硝酸盐浓度和反应时间对于工艺运行的影响。以ARE,NAR和出水亚硝酸盐浓度作为因变量,上述参数作为自变量,利用RSM法建立了对应的数学模型。通过对模型的分析表明,运行过程中的亚硝酸盐浓度对于ARE和NAR均具有非常明显的不利影响。比如,当DO浓度为0.3 mg/L时,将亚硝酸盐浓度从5.0mg/L提升到45.0 mg/L会使得NAR降低一半。此后利用RSM模型的预测功能,将PN单元的运行参数调整如下:溶解氧浓度为0.60 mg/L,周期持续时间为90min。稳定运行后PN单元的ARE为32.62%,NAR为83.28%,均在预测区间内(（31.6045%,33.2836%）和（79.4648%,86.7781%）),表明模型具有较高的拟合度。将PN单元和ANAMMOX单元串联成PN/A/PN/A工艺,以克服传统PN/A工艺在处理低氨废水时面临的亚硝酸盐过度积累和FA抑制程度不足等问题。同时通过调节DO浓度和反应时间,改善PN/A/PN/A工艺的氮去除率。在经历了60天的调整期后,通过将亚硝酸盐浓度控制在10 mg/L以下,实现了良好的脱氮效果。脱氮率达到了81.44±4.15%,且脱氮速率为0.18±0.02 kg N/（m3?d）。出水总氮浓度仅为9.93±2.59 mg/L,比硝酸盐产生率为0.66±0.19 mg/L且NOB的相对丰度为0.15±0.03%。为进一步明晰PN/A/PN/A工艺的独

关键词：饥饿亚硝酸盐短程硝化厌氧氨氧化

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基于双极化SAR特征的水体信息精细化提取方法研究

基于双极化SAR特征的水体信息精细化提取方法研究

引用

作者：罗莹北京化工大学

学位级别：硕士

雷达遥感技术的快速发展为地表水调查与监测提供了广阔、快速的场景信息。其中,极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,Pol SAR)相比于传统SAR系统具备了丰富的地物散射信息,同时双极化SAR系统相比全极化SAR系统拥有... 详细信息

雷达遥感技术的快速发展为地表水调查与监测提供了广阔、快速的场景信息。其中,极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,Pol SAR)相比于传统SAR系统具备了丰富的地物散射信息,同时双极化SAR系统相比全极化SAR系统拥有更大的成像幅宽,更便捷的数据获取途径,更利于大范围的地表水遥感研究。而现有的水体空间分布研究大多是基于单极化SAR数据展开的,极少探索双极化的极化信息潜力。由于传统SAR数据不具备极化散射信息,过去为解决SAR图像上存在的一些与水体后向散射系数值相近的弱散射目标,例如:阴影、道路和裸土等目标的区分问题,就常借用辅助信息,例如:DEM数据等进行区分,但高精度的DEM数据往往难以获得。同时,在地表水研究中的水体悬浮物监测方面,过去更多使用多光谱和高光谱数据,利用悬浮物对光辐射散射和吸收的性能对其进行研究,也忽略了Pol SAR微波波段对悬浮物表面几何监测以提高定量估计精度和监测悬浮物时空分布的潜力。针对以上问题,本研究主要目标是探索双极化的极化信息在地表水体信息精细化提取上的潜力,主要内容和创新点如下:1、常用SAR和全极化SAR水体提取方法的双极化数据适用性分析。针对以往常用的水体信息提取方法大多应用于单极化SAR数据,以及少量利用全极化SAR数据进行包含水体目标在内的地物场景分类的现状,本研究对比分析了这些方法在双极化数据不同水体环境类型下的适用性,例如:四周存在山体、四周平坦以及城市等不同周边环境。2、提出了基于极化熵差((35)H)的水与易混淆非水目标区分方法。针对水体与易混淆非水弱散射目标区分的问题,通过分析这些目标已有的双极化特征以发掘可使用的有效特征,随后联合考虑目标周围环境因素,构造全新的双极化特征—极化熵差(35)H,实验表明利用该特征使用自适应阈值法可对水与易混淆非水目标进行有效的区分。3、提出了基于改进各向异性度的水体内部悬浮物提取方法。由于双极化目标分解(H/α分解)的计算过程复杂,且表达式的物理含义不直观,后续通过改进各项异性度A参数得到新参数A',相比于极化熵H,该参数表示的物理意义更为直观,对于大数据的参数计算也有一定速度的提升。随后利用A'构造类似于H/α的新分类平面A/'α,该平面也能对目标进行有效分类。联合A/'α平面,通过分析水体悬浮物区域与清澈水体区域的特征,选取有效特征进行进一步的水体内部区域分类。分类结果表明此方法适用于悬浮物的空间分布监测。

关键词：双极化SAR 水体提取弱散射目标悬浮物无监督分类

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松科二井地层压力及地应力测井精细评价

松科二井地层压力及地应力测井精细评价

引用

作者：陈敏杰中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

在工程勘探方面,钻井过程中可能会遇到各种复杂地层情况导致钻井难度增加。了解地下地层压力以及地应力状况可以避免井喷、井眼坍塌、泥浆漏失等钻井事故地发生。在科学研究方面,深部地层压力及地应力评价是大陆科学钻探计划最重要的研... 详细信息

在工程勘探方面,钻井过程中可能会遇到各种复杂地层情况导致钻井难度增加。了解地下地层压力以及地应力状况可以避免井喷、井眼坍塌、泥浆漏失等钻井事故地发生。在科学研究方面,深部地层压力及地应力评价是大陆科学钻探计划最重要的研究项目之一。而松科二井是ICDP实施以来的最深钻井,地层岩性变化复杂。对松科二井地层压力及地应力进行测井精细评价,可以为类似及相邻地区的钻井设计提供重要支撑,有助于降低未来科学钻探过程中可能遇到的风险,具有十分重要的现实意义。本文在松科二井岩石物理实验成果的基础上,结合测井资料以及地质信息,对松科二井的地层压力以及地应力进行精细评价。建立松科二井纵向岩石力学参数剖面,对岩石力学特征进行分析;结合邻井实测压力数据对多种不同的地层压力预测模型进行方法优选,计算松科二井的地层压力分布;优选组合弹簧模型构建松科二井的地层压力剖面,确定不同组泥浆安全密度窗口的范围,构建应力多边形对松科二井0～7km沉积地层的应力状态进行分析。通过对松科二井的地层压力及地应力进行测井精细评价,主要取得了以下几点结论与认识:(1)厘清了松科二井地区岩石各力学参数的分布特征,松科二井嫩江组至火石岭组除泊松比外的弹性模量以及强度参数都与深度呈正相关关系。(2)优选Eaton法方法对研究区域进行地层压力预测,得到松科二井嫩江组至基底(439.80-7026.60m)的地层压力分布范围为4.45～75.42 MPa。(3)优选组合弹簧模型对松科二井水平地应力进行计算,根据组合弹簧模型的计算结果建立了松科二井地区的420.00-7026.00m地层压力剖面,确定了松科二井嫩江组-基底的泥浆密度安全窗口整体分布范围为0.97～2.20 g/(88),且与实际钻井数据比较吻合,应用效果较好。(4)通过应力多边形分析结果得到:松科二井0～7km地层最大水平主应力的分布范围为7.97～134.27 MPa;最小水平主应力的分布范围为6.03～116.96 MPa;垂向应力的分布范围为9.55～159.11 MPa。三个主应力在0～7km的地层随深度的增加几乎呈线性增长,且三个主应力的关系为>>,沉积层为正断层的应力状态。

关键词：松科二井地层压力地应力应力多边形测井评价

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超重力强化毛油碱炼脱酸过程研究

超重力强化毛油碱炼脱酸过程研究

引用

作者：王福莹北京化工大学

学位级别：硕士

游离脂肪酸作为毛油中的非理想组分,会影响植物油的品质和威胁人体健康,因此需要通过化学、物理或生物的方法将其去除。碱炼脱酸因其对毛油的适用性广泛和获得的成品油质量高,已成为工业上最常用的脱酸方法。传统的碱炼脱酸工艺使用的... 详细信息

游离脂肪酸作为毛油中的非理想组分,会影响植物油的品质和威胁人体健康,因此需要通过化学、物理或生物的方法将其去除。碱炼脱酸因其对毛油的适用性广泛和获得的成品油质量高,已成为工业上最常用的脱酸方法。传统的碱炼脱酸工艺使用的搅拌釜反应器液-液传质效率低,导致脱酸效率低和脱酸试剂消耗大等问题。因此,本课题开展了甘油三酯碱性水解反应的本征反应动力学以及碱炼脱酸传质模型的基础研究,提出超重力强化毛油碱炼脱酸的新方法,进而探究旋转填充床内工艺操作条件对脱酸率的影响。具体研究内容和结论如下:(1)在将甘油三酯水解过程简化处理为反应速率常数相等的串联反应基础上,构建了甘油三酯碱性水解反应动力学模型。采用电导法获得了甘油三酯水解反应速率常数,并通过萃取滴定法实验对动力学模型进行了校验,验证计算值与实验值之间的相对误差小于20%且平均相对误差为7.1%,说明模型假设合理且动力学实验参数具有良好的准确性。(2)基于甘油三酯水解反应动力学参数,构建了碱炼脱酸过程过程的数学模型,揭示了体积传质系数和油水相比对碱炼脱酸的影响规律:较大的体积传质系数和较小的油水相比可以提高脱酸性能。在较高传质水平下,模型预测理论脱酸率和理论脱酸时间可分别高于99.99%和小于1 s。根据文献报道不同反应器的传质系数结果,确定旋转填充床为强化碱炼脱酸过程的较优反应器。通过探究旋转填充床的操作工艺参数和结构参数对碱炼脱酸效果的影响,确定较优工艺条件:转速1100 r/min,油相流量500g/min,氢氧化钠浓度8.07 wt%,超碱量0%,反应温度70°C,丝网填料半径10 mm和孔隙率0.931。在此条件下,脱酸率为99.85%,反应器内停留时间小于1 s且避免了超量碱的使用。对比传统的搅拌反应釜,提高了脱酸效率,削减了脱酸试剂的使用量。

关键词：游离脂肪酸碱炼脱酸动力学液-液传质旋转填充床

来源：评论

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