检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：曹远昊华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

电子束传输作为等离子体物理的一个重要分支,研究其在不同环境下的传输特性对磁场探测、研发高功率微波源等方面具有重大意义。电子束在现实场景中传输时常常需要考虑外界环境产生的影响,如在气体中传输会电离产生二次电子和阳离子形成... 详细信息

电子束传输作为等离子体物理的一个重要分支,研究其在不同环境下的传输特性对磁场探测、研发高功率微波源等方面具有重大意义。电子束在现实场景中传输时常常需要考虑外界环境产生的影响,如在气体中传输会电离产生二次电子和阳离子形成离子聚焦区箍缩电子束半径。为实现电子束在实际环境中稳定、持续、高效的传输,需要剖析各种环境下电子束的传输特性。本文从电子束在真空、气体、本底等离子体三种环境下出发,重点分析电子束在真空中传输时,电子束使用片状束和柱状束而导致的电子束的变化性差异,电子束在气体中传输时理论与模拟的契合程度;气体压力变化对电子束传输的影响以及本底等离子体对电子束传输品质的影响。据此分析了电子束在不同环境下传输的各项参数,为实现高品质电子束传输的应用提供了理论依据。本文主要工作与研究内容如下:(1)构建电子束传输计算模型对真空以及气体环境下电子束传输特性进行研究。考虑到开放空间会对电子束产生全电磁模型的干扰,本文使用传统粒子模拟静电模型并加入了电子束自身径向磁场对束包络的影响,构建了电子束在笛卡尔坐标系以及柱状坐标系下的模拟计算模型;真空环境下通过计算电子束半径演化,分析研究了真空环境下片状束和柱状束电子束半径的弥散变化。构建气体环境模型时,考虑到电子束会与本底气体发生电离碰撞、弹性碰撞、电子雪崩等物理过程,为节约计算资源,电子束在气体中传输时使用蒙特卡罗技术来计算模拟电子束与气体碰撞的过程,实现了电子束在气体中传输时理论与模拟的结合。模拟结果表明:在气体压力增大的过程中,由于产生的二次电子和阳离子逐渐增多,所以很容易形成离子聚焦区,促使电子束在满足Budker箍缩条件下传输距离更远。(2)相比于在真空或气体中传输的电子束,采用不同密度分布的本底等离子体可以使电子束流在传输过程中所受的箍缩力与发散力之间有更好的平衡,以此实现不同应用场合中电子束流的有效传输。基于实验室实现与契合准备目的,对不同密度分布的本底等离子体中电子束传输特性进行计算分析,给出了可以优化电子束传输品质的本底等离子体分布,以及严重破坏电子束传输品质的本底等离子体分布。(3)通过参考实验室中产生的等离子体分布以及等离子体常态分布的理论模型,提出一种契合于实验室内产生的等离子体密度分布相仿的等离子体Gauss分布,为之后可能会出现的实验提供理论上的参考。分析了电子束在等离子体Gauss分布和等离子体均匀分布中的传输品质,给出了电子束密度与本底等离子体密度之比对电子束束流半径、电子束振荡频率、电子束振荡幅值的影响规律。研究结果表明:等离子体Gauss分布中传输的电子束相比于均匀等离子体中传输的电子束在束流品质的各个方面都有优势。

关键词：电子束传输等离子体粒子模拟方法束流品质空间电荷效应柱状电子束包络方程

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基于三维快速扫描算法与到时差数据库技术的层状介质震源定位方法研究

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岩土力学 2019年第3期40卷 1229-1238页

作者：郭超高永涛吴顺川成子桥张诗淮韩龙强北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 中电建路桥集团有限公司北京100044

定位算法是微震监测的核心,而速度模型是影响微震定位算法精度的主要因素。快速扫描法(fast sweeping method,FSM)是一种基于复杂速度模型利用求解程函方程(eikonal equation)计算地震波初至到时的算法,已广泛应用于地震定位及地球物理... 详细信息

定位算法是微震监测的核心,而速度模型是影响微震定位算法精度的主要因素。快速扫描法(fast sweeping method,FSM)是一种基于复杂速度模型利用求解程函方程(eikonal equation)计算地震波初至到时的算法,已广泛应用于地震定位及地球物理勘探等领域。将该方法引入岩土工程稳定性监测与评价领域,提出一种针对层状速度模型的震源快速定位方法。建立笛卡尔坐标系下三维FSM算法,分别在单一速度模型和水平分层速度模型中采用FSM算法计算点震源初至波走时,与理论解对比分析算法精度及其误差分布特征;进而针对层状速度模型,提出一种基于FSM算法的到时差数据库微地震震源快速定位方法;与基于简化地质模型的传统定位算法进行对比,研究该方法定位精度和计算效率。结果表明,相比较于传统定位方法,提出的基于FSM算法建立的到时差数据库震源定位方法对于层状地质模型微地震事件位置精度具有显著提升,且大大缩减了定位耗时。该算法可为层状地层震源定位、微震监测及室内声发射监测等提供重要的理论和技术支撑。

关键词：微震定位快速扫描法到时差数据库层状速度模型

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输电导线钢芯断股漏磁检测及缺陷识别方法研究

输电导线钢芯断股漏磁检测及缺陷识别方法研究

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作者：魏超政华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

受微风振动、风雨激振、脱冰跳跃等多种外界载荷的影响,输电导线疲劳损伤甚至断股现象时有发生。由于钢芯铝绞线外层铝线股的非导磁特性,对检测架空输电导线特别是内层钢芯状态造成极大困扰。因此,本论文对钢芯铝绞线断股漏磁检测和缺... 详细信息

受微风振动、风雨激振、脱冰跳跃等多种外界载荷的影响,输电导线疲劳损伤甚至断股现象时有发生。由于钢芯铝绞线外层铝线股的非导磁特性,对检测架空输电导线特别是内层钢芯状态造成极大困扰。因此,本论文对钢芯铝绞线断股漏磁检测和缺陷识别方法的研究,对于输电线路运维检修具有重要的工程意义。首先,利用漏磁场理论和Ansoft Maxwell有限元方法,讨论了钢芯铝绞线与常规钢丝绳漏磁场分布的异同。研究发现,由于铝股层的影响,钢芯铝绞线缺陷漏磁场呈现出强度低、空间发散性强、提离效应弱、周向分布相对均匀的特征。基于钢芯铝绞线的特性,提出steel-air复合层模型代替钢芯铝绞线进行数值计算,在不降低模拟精度的条件下缩减了计算时间。其次,有限元数值计算分析了励磁结构的回路形式及关键尺寸参数磁极间距L、径向气隙δ、提离值Δf等对输电导线磁化效果的影响。分析发现,双回路形式可有效提升待测件的磁化强度且磁化均匀性较好。而且,绘制了一定范围内励磁结构参数—磁化强度的曲线图,为励磁装置的结构设计提供了理论依据。再次,利用Ansoft Maxwell对不同断股缺陷参数的钢芯铝绞线进行仿真模拟,建立漏磁实验平台加以验证。利用漏磁成像理论对实验数据进行了可视化处理,得到了不同缺陷参数下漏磁信号的基本形态以及断股缺陷参数—漏磁信号幅值的关系曲线,初步建立了二者之间的数学关系。最后,对断股缺陷识别方法展开研究。将基于压缩感知小波滤波的图像识别法迁移应用于输电导线漏磁检测,发现此法在钢芯铝绞线断股识别中存在一定的局限性。为此,进一步提出一种利用单通道时频分析法进行断股识别的新思路。研究发现,该单通道时频分析法在识别导线断股时表现出更高的精度,在测试样本中断口宽度w的计算误差不超过2 mm,钢芯断股数的识别精度可达 91.67%。

关键词：输电线路钢芯铝绞线漏磁检测时频分析神经网络

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二维接触问题的互补算法及工程应用

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岩土力学 2018年第10期39卷 3863-3874页

作者：林姗李春光孙冠华王水林杨永涛中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

接触问题是一种常见的非线性问题,如何能够很好地模拟接触面的变形及受力特性,以及实现对变形体间的接触问题的真实模拟是该领域研究的难点问题。基于二维接触问题的实际物理意义,分别在法向和切向建立等价的互补模型。用非线性互补函数... 详细信息

接触问题是一种常见的非线性问题,如何能够很好地模拟接触面的变形及受力特性,以及实现对变形体间的接触问题的真实模拟是该领域研究的难点问题。基于二维接触问题的实际物理意义,分别在法向和切向建立等价的互补模型。用非线性互补函数(NCP)中的Fischer-Burmeister(FB)函数将互补函数模型转化为非光滑方程组表达,用常规的Newton法求解。同时,基于高斯积分法可以用较少的积分点达到较高的精度,为了进一步提高求解精度,改善不连续的通病,对面-面接触模型在高斯点上对接触面进行处理,可通过调节积分点数目对求解精度进行控制,方法易于理解,实现方便。在此基础上建立二维接触有限元模型,通过一系列工程算例验证该方法的可行性与有效性。结果表明,与ABAQUS有限元的计算结果相比,该方法有着较高的精度,更真实地反映问题的实际。

关键词：互补理论接触问题有限元工程应用

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高压蒸汽管道内单个凝结段塞的运动学特性研究

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工程热物理学报 2024年第10期45卷 3079-3085页

作者：康竞澜侯庆志李源林磊刘昉范怀诚中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司成都611130 青海民族大学土木与交通工程学院西宁810007 天津大学建筑工程学院天津300350 苏州热工研究院苏州215004

为了探究高压气体作用下段塞在管道内的运动学特性,利用三维CFD数值模拟实验,研究了单个高速运动段塞在含弯头空管中的冲击压力及其运动过程中的质量脱落。研究发现,段塞质量脱落系数与其运动距离成正比,且与驱动压力无关;质量脱落率与... 详细信息

为了探究高压气体作用下段塞在管道内的运动学特性,利用三维CFD数值模拟实验,研究了单个高速运动段塞在含弯头空管中的冲击压力及其运动过程中的质量脱落。研究发现,段塞质量脱落系数与其运动距离成正比,且与驱动压力无关;质量脱落率与运动距离有关,与后方驱动压力及段塞初始长度无关。基于所得质量脱落率,建立了一个新的一维数学模型,并对计算结果进行了验证。结果表明,数值模拟和理论计算结果与实验结果吻合良好。此外,从段塞质量脱落的角度合理地解释了之前学者的实验发现:当段塞运动距离大于其初始长度的5倍时,段塞将被驱动气体贯穿,从而使冲击力幅值大幅下降的现象。文章提出的一维数学模型可指导实际工程应用。

关键词：段塞流弯管冲击三维CFD模型质量脱落一维数学模型

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柔直换流阀阀控板卡磁场骚扰特性研究

柔直换流阀阀控板卡磁场骚扰特性研究

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作者：王沐雪华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着高比例可再生能源、高比例电力电子设备电力系统的建设,柔性直流换流阀标准化设计与可靠性提升专项工作迫在眉睫。柔直换流阀阀控板卡作为直接布置于子模块内部的关键设备,所处电磁环境复杂严苛,强磁场干扰将会导致阀控板卡自身逻... 详细信息

随着高比例可再生能源、高比例电力电子设备电力系统的建设,柔性直流换流阀标准化设计与可靠性提升专项工作迫在眉睫。柔直换流阀阀控板卡作为直接布置于子模块内部的关键设备,所处电磁环境复杂严苛,强磁场干扰将会导致阀控板卡自身逻辑功能混乱、执行命令模糊,增加其死机、误报等问题出现的可能,造成停电事故和财产损失,严重威胁柔性直流输电工程的运行可靠性。为此,本文针对柔直换流阀阀控板卡受磁场骚扰问题,先后从磁场骚扰源分析、磁场计算方法以及磁场骚扰特性等方面展开深入研究,最终提出了磁场骚扰抑制的改进建议。首先,基于现有MMC换流阀子模块等效功率实验回路,借助IGBT行为模型与快恢复二极管模型,在Saber软件中搭建了综合考虑子模块内外杂散电感影响的仿真电路。通过与实测结果对比所建仿真电路的有效性得以验证,明确了柔直换流阀正常运行时子模块内部磁场骚扰产生机理,获得了阀控板卡主要遭受的工频磁场与脉冲磁场骚扰源。其次,利用随机函数实现了对子模块非顺序投切过程的模拟,并从换流阀及半桥子模块物理实体结构着手,在考虑趋肤效应对电流分布影响的基础上对不同频率的磁场骚扰源提出具体的线电流等效方案,最终得到了一种满足工程需要的柔直换流阀阀控板卡磁场骚扰计算模型,并通过与子模块等效运行实验平台实测磁场骚扰水平对比验证了计算模型的有效性。最后,针对某实际工程所用±500kV模块化多电平换流阀塔建立了阀控板卡磁场骚扰计算模型,计算得到了换流阀正常运行时阀塔内不同位置子模块处各类阀控板卡的磁场骚扰时域、空间分布规律,并从抑制骚扰源、阻断骚扰耦合路径两个不同角度就阀控板卡的磁场骚扰抑制提出改进建议。本文研究工作可以为柔直工程中换流阀塔内部电磁环境评估和二次设备磁场抗扰度研究提供理论与数据支撑,有助于弥补目前国内针对柔直换流阀设备层级的可靠性研究短板,对于解决柔性直流换流阀电磁兼容问题、促进柔性直流输电技术大规模工程应用具有重要意义。

关键词：柔性直流换流阀阀控板卡磁场骚扰非顺序投切

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非互溶液体上液体透镜蒸发过程的数值模拟

非互溶液体上液体透镜蒸发过程的数值模拟

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作者：李娜华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

液体透镜在不混溶液体上的蒸发广泛应用在许多工业和科学领域中,因此准确预测液体透镜在蒸发过程中的能量转换、物质输运以及时间演变都至关重要。在蒸发过程中,液体透镜内部的热毛细流动、外部自然对流和气液界面的蒸发冷却效应耦合在... 详细信息

液体透镜在不混溶液体上的蒸发广泛应用在许多工业和科学领域中,因此准确预测液体透镜在蒸发过程中的能量转换、物质输运以及时间演变都至关重要。在蒸发过程中,液体透镜内部的热毛细流动、外部自然对流和气液界面的蒸发冷却效应耦合在一起,对蒸发特性产生了较大的影响。本文使用理论分析的方法研究了只考虑蒸发冷却效应下的慢速蒸发,利用数值模拟研究了界面蒸发冷却、内部热毛细流、外部自然对流多物理场耦合情况下的快速蒸发,分析了内部热毛细对流、外部自然对流、蒸发冷却系数、透镜初始体积、受热面过热度、切向角之比等因素对透镜温度场、蒸发通量、蒸发速率以及蒸发寿命的影响。本文首先通过理论分析推导了只考虑蒸发冷却效应时液体透镜的蒸发速率、内部的温度场以及外部浓度场分布,并数值模拟了在全物理场耦合作用下液体透镜蒸发的数学模型。研究发现,蒸发冷却一直抑制液体透镜的蒸发,而热毛细流动和自然对流能够促进液体透镜的蒸发。透镜的总蒸发速率是由界面蒸发通量与液体透镜上表面蒸发面积共同决定的。随着液体透镜初始体积的增加,快速蒸发下的液体透镜总蒸发速率一般会增加,而处于慢速蒸发状态下的液体透镜,在切向角比较低时,总蒸发速率随着初始体积的增加而降低。透镜的蒸发寿命随着受热面过热度和切向角之比的增加而降低。考虑液滴透镜外部空气侧的导热,理论推导了透镜内外部的蒸发温度场以及外部浓度场,同时建立了数值模型,计算了在不同的外部环境与液体透镜导热率之比下透镜的蒸发速率,发现外部环境的导热会抑制透镜的蒸发,并定量分析了在不同的受热面过热度、切向角比值条件下外部导热对蒸发的影响程度。在透镜下方加液池,通过数值模拟计算了液池高度、液池导热率、基底过热度等因素对透镜蒸发的影响。液体透镜的蒸发遵循恒定接触角模式,与液滴以恒定接触角模式下在固体基板上的蒸发类似,透镜体积随时间的瞬态变化也满足“2/3定律”,该定律与蒸发冷却效应、热毛细对流和自然对流无关。这些研究结果可为液体透镜蒸发技术的广泛应用提供一定的理论指导。

关键词：液体透镜数值模拟蒸发速率时间演变多物理场耦合

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基于双变流器串联的可编程交流电源控制特性研究

基于双变流器串联的可编程交流电源控制特性研究

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作者：杨震华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

可编程交流电源可以输出稳定纯净的三相电压为一些特殊场合如医疗、高精度加工、通信基站等提供高质量、高精度电能,从而减少因电能质量问题而造成的损失,也可以输出频率和幅值可调的交流电压用于实验室和研发机构等用于产品的测试。随... 详细信息

可编程交流电源可以输出稳定纯净的三相电压为一些特殊场合如医疗、高精度加工、通信基站等提供高质量、高精度电能,从而减少因电能质量问题而造成的损失,也可以输出频率和幅值可调的交流电压用于实验室和研发机构等用于产品的测试。随着电力电子技术的不断发展,整流设备的应用也愈加广泛,可编程交流电源也经常工作于非线性负载情况下,会导致输出电压具有很大的畸变,不能满足电压质量要求,需要对其进行补偿改善。本文首先研究单变流器可编程交流主电源的工作原理,采用状态空间建模方法建立了交流主电源的数学模型,对双闭环比例积分控制策略进行了介绍,并设计了控制参数,对交流主电源带非线性负载情况进行了研究,分析输出电压中有较高的谐波分量的原因。为了提高在非线性负载情况下可编程交流电源输出的电能质量,本文在交流主电源基础上增加了一个串联补偿电源用以补偿输出电压畸变,目前串联补偿中常采用dq变换法进行电压谐波检测计算,由于引入低通滤波器环节会导致动态性能较差,结合可编程交流电源特点,设计了一种快速谐波补偿方法,即直接采用交流主电源指令信号作为串联补偿电源基波指令信号,该方法电压谐波检测计算环节不需要采用低通滤波器进行滤波,可以满足可编程交流电源在非线性负载情况下快速输出所需高质量交流电压的要求,接着针对电压暂降情况下传统检测计算方法中的锁相和低通滤波器对串联补偿效果影响进行研究,发现锁相和低通滤波器会导致补偿后负载电压发生畸变,采用上述提出的方法也可以解决该问题。工程实际中常采用DSP数字计算芯片进行数字采样和控制,会引入采样计算延时和脉冲调制延时两部分延时,双闭环控制系统也存在稳态延时,本文详细分析了数字控制延时对交流主电源和串联补偿电源的影响,针对控制延时对串联补偿电源谐波补偿效果的影响,本文提出了一种闭环反馈控制方法,通过采集串联补偿后的负载输出电压来控制串联补偿电源进行谐波补偿输出,从而减小延时问题带来的影响,在此基础上还提出将采集交流主电源输出电压的开环控制和采集负载电压的闭环控制相结合组成的复合控制方法,对上述开环、闭环和复合控制三种控制方法进行分析比较,并通过仿真验证了采用闭环反馈控制方法可以有效降低控制延时对串联补偿电源谐波补偿的影响,复合控制方法补偿效果最佳。

关键词：可编程交流电源双变流器非线性负载数字延时控制特性

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鱼体结构及变形表示方法研究

鱼体结构及变形表示方法研究

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作者：赵国亮华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

通过高维参数控制三维鱼体模型变形,能够在计算机中快速构建逼真的三维鱼体变形姿态和运动,节约制作成本,对虚拟现实、游戏开发、动画影视等领域应用具有重要意义。由于鱼体骨骼结构多样性,设计出一个通用的鱼体骨架来控制三维鱼体模型... 详细信息

通过高维参数控制三维鱼体模型变形,能够在计算机中快速构建逼真的三维鱼体变形姿态和运动,节约制作成本,对虚拟现实、游戏开发、动画影视等领域应用具有重要意义。由于鱼体骨骼结构多样性,设计出一个通用的鱼体骨架来控制三维鱼体模型姿态变形,一直是挑战性问题。本文围绕三维鱼体骨架模型与鱼体变形方法展开研究,通过分析真实鱼体数据的骨架特征及姿态变形规律,采用迭代优化学习的方法确定一套通用的鱼体骨架模型,在此基础上对鱼体姿态进行参数化建模,能够通过输入高层参数快速生成逼真的鱼体姿态变形,为鱼体姿态估计等研究领域提供数据支持。本文主要工作如下:(1)设计并实现了一套鱼体姿态数据的采集及处理方案。本文选择常见纺锤型的草鱼作为研究对象,搭建了三维鱼体扫描平台。为保证本文方法在鱼体体型和姿态上具有较好的泛化性,本文首先利用上述鱼体扫描平台分别构造鱼体体型扫描数据集和鱼体姿态扫描数据集。对于体型扫描数据集,本文选用了两种通用的衡量鱼体体型的指标,即体长和体宽,对不同体型的零姿态鱼体进行扫描,进而可得到包含多种体型的扫描数据集;对于姿态扫描数据集,本文通过分析鱼体泳姿分布规律,将鱼体常见姿态划分为以下四类:“大角度左摆尾”,“小角度左摆尾”,“小角度右摆尾”,“大角度右摆尾”,并扫描不同体型下的上述四类鱼体姿态数据,进而可得到包含多种姿态的扫描数据集。然后,基于上述扫描数据集构建三维鱼体模板,并利用该模板对扫描数据集进行非刚性对齐。最后,采用三角面片相交检测与修正算法对非刚性对齐过程中出现的三角面片相交的问题进行处理,最终得到拓扑一致的鱼体网格数据集。(2)提出了一种基于变形姿态实例数据的鱼体骨架模型生成方法。从鱼体真实运动的生物特征入手分析,提取骨架并定义鱼体骨架模型;首先将骨架模型参数的优化求解近似等价于对鱼体躯干按关节分段变形的优化求解,以真实变形姿态实例数据为约束,在保证鱼体分段数量较少的同时,使得鱼体模板刚性变形姿态在一定误差范围内接近真实鱼体的变形姿态。随着关节数量的增加,鱼体分段逐渐增多,鱼体模板的刚性变形姿态与真实鱼体变形姿态之间的误差逐渐变小,当所有鱼体段中最大误差小于预设定阈值时,停止迭代优化,从而确定最终的鱼体骨架参数。然后将优化得到的鱼体骨架关节作为Ground Truth,利用深度神经网络提取鱼体骨架关节特征,使其能够根据给定的三维鱼体网格数据自动生成鱼体骨架。此外,本文从体型和姿态两个方面实现鱼体模型变形。对于体型变形,采用主成分分析法提取体型特征,对三维鱼体模型进行体型参数化建模,从而实现鱼体体型变形。对于姿态变形,采用姿态参数化建模方法,通过骨架参数驱动鱼体模板变形,可得到不同姿态下的鱼体变形。实验结果表明,本文方法不仅可以生成不同体型的鱼体数据,还可以根据给定的高维参数生成不同姿态的鱼体变形,且鱼体模型发生的变形符合真实变形姿态,进而验证了本文迭代优化方法生成骨架模型的合理性。(3)搭建了一个鱼体变形原型系统。基于鱼体骨架模型生成方法、体型或姿态变形方法,实现了数据处理、鱼体骨架关节求解、姿态变形参数学习、体型变形参数学习等功能,以满足鱼体参数化建模过程中可视化、可交互等需求。

关键词：三维模型参数化模型鱼体骨架鱼体姿态变形学习

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基于深度学习的对流传热问题算法及应用研究

基于深度学习的对流传热问题算法及应用研究

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作者：刘天赐华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

热工水力过程广泛存在于核电工程系统中,核电站窄缝通道中气液两相流流动传热特性十分复杂,对其信息的获取能帮助我们更好地分析反应堆内发生的热工水力过程,及时评估和控制事故风险。然而,由于窄缝管道尺寸较小、气液结构十分复杂,通... 详细信息

热工水力过程广泛存在于核电工程系统中,核电站窄缝通道中气液两相流流动传热特性十分复杂,对其信息的获取能帮助我们更好地分析反应堆内发生的热工水力过程,及时评估和控制事故风险。然而,由于窄缝管道尺寸较小、气液结构十分复杂,通过传统的参数测量手段存在测量对象单一、不能实时预测、操作复杂且准确率难以保障等问题,窄缝通道对流传热反演问题亟待解决。近年来,深度学习技术在气泡动力学信息获取、流场重建等任务上均取得显著进展,但仍存在对图像数据依赖性强、模型缺乏可解释性和模型训练不稳定等问题。针对以上不足,本文将深度学习算法与传统的实验方法、经典的数值模拟结合起来,将基于不同原理的深度学习技术应用在对流传热问题中,以解决窄缝盲区物理场信息快速获取的问题。本文主要内容及研究成果如下:(1)针对管道内气泡信息难以获取的问题,构建基于无监督学习的卷积自编码器模型,对气液两相流流型的实验数据进行特征提取,并用三种不同的机器学习分类算法进行流型识别,解决了流型识别方法中特征提取难、提取信息不完全和准确率低等问题,降低了分类模型训练过程对大量标签数据的依赖性,提高了机器学习算法流型识别的准确率和模型的泛化能力。(2)为进一步获取更多的气液两相流管内流场信息,构建基于图像识别的条件生成对抗神经网络模型,对管道内流体的流动状态进行预测,实现了从管道内气泡的几何轮廓到管内流场、压力场的快速准确预测。计算精度上,在测试集上的预测相对误差低于10%;而计算效率上,预测速度比数值仿真模拟计算快10倍,为窄缝通道中流体流动状态信息难以准确快速预测的问题提供了解决方案。(3)针对深度学习算法图像数据获取成本高、预测参数单一的问题,构建物理信息神经网络模型,通过物理信息神经网络仅用边界条件与控制方程实现了气液两相管道内速度场、压力场等多个耦合物理场的准确快速预测。为解决窄缝通道盲区测量问题提供了高准确率、训练成本更低的解决方案,解决了基于图像识别的算法数据获取难度大的问题,提高了预测效率。(4)为解决物理信息神经网络在求解对流传热问题上存在的梯度病理问题,对传统的物理信息神经网络方法训练过程进行改进,并验证了模型的可靠性。数值结果表明,自适应加权系数和学习率退火算法结合的方法能较好地缓解梯度在反向传播过程中存在的不平衡和梯度消失的问题,有效提高了物理信息神经网络预测对流传热问题的精度。

关键词：流型识别深度学习物理场快速预测物理信息神经网络

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