基于浓度敏感性分析的甲烷机理简化

随着数值模拟技术的发展,化学反应机理开始应用于燃烧过程的重构和深入分析。详细机理是通过大量的实验研究得到的,其包含了大量的化学反应动力学信息,可以较为完备的描述化学反应过程,但是由于详细机理过于庞大一般不能直接运用到数值模拟中去,很有必要在研究特定问题时对详细机理进行一定的简化。介绍了PCAS机理简化方法,并运用该方法对甲烷燃烧的详细机理进行了简化研究,通过简化得到的101步简化机理与详细机理吻合较好。     

初始温度对可燃气体爆炸下限影响的研究

研究初始温度对可燃气体爆炸下限的影响规律,运用阿累尼乌斯定律,可得出温度与化学反应速度之间的关系式,从而得出简化的温度和爆炸极限影响的模型。利用该模型对5种烷烃在不同温度下的爆炸下限实验值进行拟合相关度比较,所得爆炸下限模型平均拟合相关系数达到0.995 5。结果表明,该简化模型具有较强的可靠性。     

DME简化反应模型及其在HCCI燃烧分析中的应用研究

提出了一个可应用于HCCI发动机工作过程研究的DME化学反应动力学简化模型,该模型由28种组分、38个基元反应组成,包括3个子模型,即低温反应和负温度系数区子模型、高温裂解和高温氧化子模型以及甲酸生成过程子模型.通过算例对比分析,该DME简化模型能正确揭示DME燃烧过程主要生成物组分的变化规律,能准确计算DME燃烧过程低温和高温阶段的放热特征时刻,其计算结果与详细机理计算结果吻合.相对于详细机理,简化模型节省了计算时间,为实现化学反应动力学与CFD多维模型耦合的燃烧计算提供了一个可行而有效的途径.     

基于化学反应动力学机理的中等尺寸甲烷湍流扩散火焰的数值模拟

通过代码修改,在大涡模拟(LES)中嵌入气相化学反应速率、组分热力学性质和输运特性三大机理文件,严格意义上实现甲烷燃烧的四步简化机理与火灾动力学模拟软件(FDS)的成功对接。燃烧模型采用针对多组分燃料的涡耗散概念(EDC)模型,模拟0.3m直径的甲烷湍流扩散火焰,并分别与基于无限快反应速率的总包单步和两步化学反应预测结果对比。分析预测结果可知:四步机理能够很好的适应FDS框架,其模拟结果具有可靠性,时均温度、速度和主要反应物的预测结果高度一致;机理导入后可以预测CO2、H2O以及中间产物CO和H2的浓度,更合理地描述了火灾中气相产物的产生与输运过程。不同反应机制下主产物CO2和H2O浓度对比结果理想,在高温反应区内存在一定的差异,在高温反应区外呈现出高度的一致性。     

神经元网络在安全评价中的应用

利用人工神经元网络进行安全评价可以克服传统的安全评价方法的缺点,提高安全评价方法的精确度和可靠性。笔者在BP神经网络基本原理的基础上,利用机会约束的思想建立了综合安全评价模型;运用反向传播算法和遗传算法对神经元网络进行训练;进而就系统综合安全评价模型进行求解,并对运用神经元网络进行综合安全评价的优点进行了分析。最后,通过对实例进行综合安全评价,得出计算结果,同时也证明将人工神经元网络应用于安全评价的可行性     

基于风险的化工园区供热工程布局优化

为从风险角度对化工园区枝状热网的布局进行优化,运用风险评估理论,首先建立了枝状热网的风险评估模型;然后建立了基于风险的热网布局优化模型和基于当量费用长度的热网投资模型;最后,应用遗传算法进行枝状热网布局优化,并根据优化目标函数设计了适应度函数,采用单亲进化策略中的交叉和变异算子来保证有效个体的数量。在遗传进化过程中,输出每一代风险最小个体的投资,作为选择最终布局方案的一个参考。结合具体例子,得到了风险最小的较佳热源位置和相应的管网布置方案;输出了不同热源位置下每一布局方案的当量费用长度,分析了不同布局方案的风险和投资分布情况;定义风险和当量费用长度的比值为R/E,用来判断各布局方案的风险和投资的合理性。将遗传算法与Dijkstra和Kruskal算法进行比较,结果表明,遗传算法能够得到风险最小的布置方案,且具有更好的寻优效果。     

基于遗传投影寻踪聚类模型的煤层自燃危险性预测方法

为了更加科学、准确地对煤层的自燃危险性进行预测,从煤自然属性、地质条件和开采条件3方面选取指标构建了煤层自燃危险性预测指标体系,结合遗传投影寻踪算法和聚类方法建立了煤层自燃危险性预测的遗传投影寻踪聚类模型。该模型通过运用遗传算法对投影方向进行优化,计算能够反映煤层自燃危险程度的一维投影特征值,并对投影特征值进行聚类分析,从而得出煤层自燃危险性等级。将模型运用于所选的8个样本工作面,得出的煤层自燃危险性预测等级和实际情况吻合度较高。结果表明,遗传投影寻踪聚类方法能够实现对工作面煤层自燃危险性程度的有效预测。     

城市道路交通应急警力配置模型研究

为实现区域性的紧急交通事件的快速疏导与救援,进行科学合理的调度警力,提出应急警力配置模型。该模型基于图论原理构建原始问题的拓扑结构,利用遗传算法求解。通过该模型的求解可以得出应急警力布点的最优配置,以满足在给定警力数量的情况下应急警力能够在指定时间内到达辖区内可能发生交通事件的任意应急点,并结合算例对该模型进行验证。结果表明:在满足模型要求的假设条件下,利用MATLAB软件结合遗传算法,可以最终获得优化的警力配置方案。因此,基于图论与遗传算法相结合构建的城市道路交通应急警力配置模型,可以实现公安警力救援的优化调度,进一步实现科学而高效率的救援。     

基于浓度敏感性分析和遗传算法的甲烷燃烧机理简化与优化

采用良搅拌反应器模型和层流预混火焰模型计算甲烷/空气燃烧过程,通过元素流通法和浓度敏感性分析法,对甲烷燃烧详细化学动力学机理GRIMECH 3.0进行简化。利用遗传算法,以甲烷/空气详细机理获得的组分浓度和一维层流火焰速度为目标,对简化机理进行优化。结果表明,相比于优化之前的简化机理,优化后的简化机理在描述甲烷/空气燃烧反应的组分浓度、层流火焰速度以及反应物和产物的时空分布方面,具有更高的精度。     

用投影寻踪分类模型进行环境监测优化布点

为处理各单项环境监测指标优选结果的不相容问题,提出用投影寻踪分类模型(PPC-RAGA)进行环境监测优化布点的新方法.利用该模型可把监测点多维环境指标值综合成一维投影值,投影值越大表示该监测点的环境综合质量越差,根据投影值的大小就可对环境监测点样本集进行合理分类.采用实码加速遗传算法进行PPC-RAGA建模,简化了投影寻踪技术的实现过程,克服了目前投影寻踪技术计算复杂、编程实现困难的缺点,为投影寻踪技术在各种系统工程中的广泛应用提供了新的工具.应用实例表明,直接由样本数据驱动的PPC-RAGA模型用于环境监测优化布点,简便可行,计算结果稳健,适用性和可操作性强,在非线性、非正态高维数据分类中具有广泛的应用价值.     

输油管道中汽油蒸汽爆炸的规律研究

综合考虑湍流及化学反应动力学机理对燃烧的影响,建立了详细流动耦合简化的详细化学反应机理的湍流燃烧模型,以有限体积法求解爆炸流动及反应控制方程,对二维压力管道中汽油蒸汽爆炸的过程及规律进行了数值模拟,模拟结果与实验数据有较好的吻合性;分析了各种组分的变化过程及对爆炸的控制作用.为汽油蒸汽爆炸特性及规律的进一步研究、工业防...     

基于改进QUAL2Kw模型的水环境重金属污染模拟

重金属污染是目前最主要的水环境问题之一。由于水体中的重金属迁移转化过程复杂,加之当前我国重金属污染形势严峻,以及重金属监测数据缺乏,相关的重金属模型在准确模拟重金属浓度变化方面存在一定的局限性。通过对一维河道水质模型(QUAL2Kw)进行改进,嵌入重金属模拟模块,并将其应用于刁江的水质模拟中,同时实现了河道常规水质指标和重金属指标的模拟。在此基础上,运用遗传算法率定模型参数,并进行了模型验证。结果表明,改进的QUAL2Kw模型能够较好地模拟实际水质状况,模拟结果显示,北京屯支流对刁江干流总氮、总磷及重金属锌、铅、镉浓度的影响较大。这一研究结果有利于准确评估重金属污染状况与其他水质指标的相关性,为水环境管理部门预测重金属污染风险及制定水污染治理措施提供依据。     

森林火灾灾情快速预判模型

为在火灾发生时进行灾情的快速评估,为消防决策提供参考,提出一种简化的林火蔓延模型。通过遥感影像,获取火灾首日燃火点和火场边界,利用风向、风速和USDA蔓延模型数据库中对应植被类型的蔓延速度,进行林火蔓延计算,预判无干扰状态下的林火蔓延范围,以达到灾情快速预判的目的。通过2006年黑龙江省和2009年中蒙边境特大森林草原火灾案例的分析,结合运用卫星遥感图像对逐天火迹和火点解译的结果,验证该模型的可靠性及适用性。研究结果表明,基于实时遥感影像与气象预报信息,运用简化的林火蔓延模型,并结合林火宏观扩散的特征,能够对火灾灾情的发展进行快速研判。     

基于粗糙集与遗传算法的航空器空中相撞事故因素分析

为高效准确挖掘航空器空中相撞事故与相应事故致因因素间的规律,利用事故数据,提出一种基于粗糙集和遗传算法的分析模型。首先运用粗糙集理论对SHELL模型提供的第一层次因素进行重要性程度排序,并确定其权重;然后分析事故中各环节的具体因素,结合遗传算法对这些子因素进行约简,约简时重点考虑重要度高的主因素,确定最终的事故因素及其决策规则;最后,实例分析得出导致事故的主要因素为机组违规、管制差错与违规、气象和空域。实例分析结果表明,该模型与算法能适应航空事故数据特点,能客观描述几个主要因素与事故发生之间的关联关系。     

基于网络流理论的矿井通风网络可靠性研究

矿井通风网络是通风系统的重要组成部分,对其进行可靠性研究具有非常重要的意义。针对矿井通风网络系统的自身属性,结合网络流理论建立了通风网络可靠性评价模型。对各风路的风量进行动态实时监测,并运用统计学方法分析了风网中风流的变化趋势及风量分布规律,得到了通风系统中任一风路风量的分布密度函数,进而推导出各风路的可靠性指标值。运用简化的邻接终点矩阵法求解通风网络最小路集并基于MATLAB编程实现此算法。提出了一种简化的不交化最小路集算法:对于任一长度为m-1的最小路,只需在其中添加n-m+1条该最小路中不出现的分支的逆,就可直接获得不交化结果,其余最小路采用BDD算法进行不交化运算。通过以上方法可量化分析通风网络的可靠性。最后通过实例解算检验其可行性。     

基于耦合逐步回归的PLS模型城市用水量预测

城市用水量受到多重因素的影响,且各因素之间存在相关性。将逐步回归技术引入偏最小二乘(PLS)用水量预测模型影响因子的筛选过程,可对PLS回归建模过程进行改进,在保证拟合精度的条件下,有效解决了自变量间的多重相关性问题;同时实现测定指标的降维,达到了简化、精炼模型的目的。将所提理论和方法应用于某城市用水量预测中,运用R软件进行求解,并将耦合逐步回归的PLS模型与单一的PLS回归模型进行比较分析。结果表明,模型的拟合和预报精度较好。     

三角模糊需求下水上应急储备库选址-分配优化模型

为研究模糊需求下水上应急物资储备库的选址-分配问题,考虑自然条件对应急物资储备库覆盖半径的影响,基于覆盖模型、重力模型、三角模糊数学相关理论,构建了三角模糊需求下水上应急物资储备库选址-分配优化模型,并设计了遗传算法求解。算例分析结果表明,最终选址-分配方案能够实现对水域的全面覆盖和重点加强;程序运行50次,48次得到相同结果,计算结果具有稳定性。研究表明,选址-分配模型和算法是有效的。     

城市群综合承灾能力评价的RAGA-PP模型

为解决已有模型普遍存在的难以动态评价非线性寻优的现实问题,引入投影寻踪(PP)模型进行城市群综合承灾能力评价,并运用基于实数编码的加速遗传算法(RAGA)优化辅助多维数据空间拓扑结构的投影方向,对长三角城市群(YRDUA)地区进行实证研究。结果表明：RAGA-PP模型与典型的熵权法(EWM)、灰色关联分析法(GRA)评价结果具有高度一致性,且RAGA-PP评价结果更符合实际,表明RAGA-PP模型具有较强的精确性、稳健性和抗干扰性,不仅能够聚焦于优秀个体的取值区间来实现全局搜索和加速评估,也在较大程度上避免传统方法长期存在的权重设置主观性较强、高维数据不易处理的现实问题;另外,各子系统维度的目标投影值平均水平排序为：抗灾维度>防灾维度>救灾维度>恢复维度,表明抗灾维度指标对综合承灾力影响程度最大。     

基于遗传神经网络的化工企业安全评价

基于化工企业特点,建立了比较合理的安全评价指标结构,并构建了以遗传神经网络为基础的评价模型。通过建立训练样本,确定BP神经网络的网络结构,运用遗传算法（GA ）去优化BP网络的初始权值和阈值,再把优化之后的权值和阈值赋给BP神经网络,然后对其进行训练,训练完毕后将所建立的模型通过实例评价进行了验证,结果表明此模型在化工企业安全评价中具有较好的应用价值。     

水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响

空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates(DO)辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H_2 H+H_2O(R(15))逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。