Dynamic temperature model for proton exchange membrane fuel cell using online variations in load current and ambient temperature

This paper presents a dynamic temperature model for a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system. The proposed model overcomes the complexity of conventional models using first-order expressions consisting of load current and ambient temperature. The proposed model also incorporates a PEMFC cooling system, which depends upon the temperature difference between events. A dynamic algorithm is developed to detect load changing events and calculate instantaneous PEMFC temperature variations. The parameters of the model are extracted by employing the lightning search algorithm (LSA). The temperature characteristics of the NEXA 1.2 kW PEMFC system are experimentally studied to validate model performance. The results show that the proposed model output and the temperature data obtained from experiments for linear and abrupt changes in PEMFC load current are in agreement. The root-mean-square error between the model output and experimental results is less than 0.9. Moreover, the proposed model outperforms the conventional models and provides advantages such as simplicity and adaptability for low and high sampling data rates of input variables, namely, load current and ambient temperature. The model is not only helpful for simulations but also suitable for dynamic real-time controllers and emulators.     

Hydrodynamic Modeling Improves Green River Reconnection with Floodplain Wetlands for Endangered Fish Species Recovery

We performed two‐dimensional (2D) hydrodynamic modeling to aid recovery of the endangered razorback sucker (Xyrauchen texanus) by reconnecting the Green River with its historic bottomland floodplain wetlands at Ouray National Wildlife Refuge, Utah. Reconnection allows spring flood flows to overtop the river levee every two to three years, and passively transport razorback sucker larvae to the wetlands to grow in critical habitat. This study includes (1) river hydrologic analysis, (2) simulation of a levee breach/weir, overtopping of river flood flows, and 2D flow through the wetlands using Hydrologic Engineering Center River Analysis System 2D, and (3) modeling flow and restoration scenarios. Indicators of hydrologic alteration were used to evaluate river flow metrics, in particular flood magnitudes, frequency, and duration. Results showed a target spring flow of 16,000 cfs (453 m³/s) and a levee breach elevation of 4,663 ft (1,421 m) amsl would result in a median flow >6,000 acre‐feet (7.4 million m³) over five days into the wetlands, which is adequate for razorback sucker larvae transport and rearing. Modeling of flow/restoration scenarios showed using gated water control structures and passive low‐water crossings between wetland units can provide adequate control of flow movement into and storage in multiple units. Levee breaching can be a relatively simple, cost‐effective method to reconnect rivers and historic floodplains, and hydrodynamic modeling is an important tool for analyzing and designing wetland reconnection.     

降水量与城市大气环境关系——以113个环保重点城市为例

为研究降水量与大气污染物之间的关系,依据2017年全国113个环保重点城市大气质量数据,得出城市聚类空间分布规律及两者之间线性拟合方程。基于南北降水量分布特性与城市空气污染指数,采用模糊聚类法对具有不同亲疏程度的城市进行类别划分,运用Spearman相关性与拟合方程对大气污染特征值与降水量进行分析。结果表明：随着聚类种数增多,城市聚集在空间分布上由“环环相套”发展为“依流域分布”,降水量与大气污染物浓度呈现负向关联性,晋冀鲁豫陕省份污染最严重。采用Kolmogorov-Smirnov检验法,得出NO₂、O₃、PM_2.5总体分布符合正态分布,SO₂、PM₁₀、CO既不符合正态分布,也不符合均匀、指数分布,它们与降水量的相关系数为：-0.316、-0.238、-0.332、-0.617、-0.574、-0.695;线性拟合方程系数处于 [-0.031, -0.008] 之间,降水量与大气污染物浓度之间负相关性明显。研究结果有助于了解和认识降水量对城市大气环境变化的影响。     

我国农村生活污水污染排放及环境治理效率

当前我国农村生活污水治理形势依然严峻.利用第二次全国污染源普查成果,分析了我国2017年农村生活污水排放情况,并基于熵值法和数据包络分析（DEA）模型从技术效率、经济效率两个角度对治理效率进行评价.结果表明:①我国农村生活污水中COD排放量约占生活源排放总量的50.8%,NH₃-N、TN和TP排放量分别占生活源排放总量的35.0%、30.5%、38.7%,污水及污染物排放去向以直排入水体、直排入农田和其他途径为主,三者占80%以上.②我国沿海用水量较大地区的水冲式厕所比例超过80%,且农村生活污水有效治理比例仅为11.0%,导致我国农村生活污水治理的技术效率仅为8.6%,且区域差异较大,其中有23个省份小于10%,技术效率普遍较低.③相比浙江省、上海市、山西省、内蒙古自治区、青海省、西藏自治区等地（经济效率均为1）,我国其他省份农村生活污水治理的经济效率有很大改善空间.农村生活污水中人均COD排放强度、人均NH₃-N排放强度与农村居民人均可支配收入之间的环境库兹涅茨曲线（EKC）均呈一定的倒“U”型关系,人均TN排放强度、人均TP排放强度与农村居民人均可支配收入之间的EKC则均呈“N”型特征,有波动上升趋势.研究显示,我国农村生活污水治理效率存在较大的提升空间,与城镇相比,农村的环境保护基础设施建设还比较落后,应以源头减量、分类处理、循环利用为导向,加强统筹规划,梯次推进,加快提升我国农村污水治理水平.      

飞机典型液压管路系统减振优化计算方法研究

目的研究管道走向和卡箍位置对管道应力的影响。方法以飞机典型液压管路系统为优化对象,对管路系统及支持结构进行动力学参数化建模,使用MATLAB和MSC.NASTRAN构筑基于遗传算法的自动减振优化计算平台,以管壁结构和飞机支持结构的动态应力响应最小为优化目标,对管路走向(包括拐折位置、曲率半径)、卡箍位置进行优化计算,从而建立一种飞机管路系统设计中的自动减振优化计算方法。结果使用建立的减振优化计算平台优化计算设计后,飞机典型液压管路系统最大动态应力值降低了50%。结论提供的优化方法能够有效地通过优化管道布置参数降低应力水平。     

基于改进FWA-NN的污水处理过程溶解氧浓度预测

为实现对污水处理过程溶解氧质量浓度的实时准确预测,提出了一种改进的混沌烟花混合优化算法并构建了基于改进算法的神经网络在线软测量模型.结合污水处理过程的数据特征,定义了一项新的样本相似度衡量指标用于提取更具代表性的建模数据.在改进算法中,为提高基本烟花算法初始成员的质量,定义了一种改进的两级正弦混沌映射并利用混沌运动的遍历性精选烟花算法的初始群成员;通过融合混沌算法改进了基本烟花算法的搜索机制,基于设定准则将寻优过程分为两阶段并采用两分群同时进行.测试结果表明改进算法的收敛速度和收敛精度有较大程度提高.将改进的软测量建模方法和样本数据提取方法用于污水处理过程溶解氧质量浓度软测量建模,应用结果表明该模型的均方根误差和平均泛化误差分别为0.0175和0.0118,具有较强的泛化性能.     

Transient modeling of trickling filters for biological ammonia removal

A dynamic model for nitrifying trickling filters is developed, based on material balances in the biofilm and the bulk liquid. The model predicts the profile of ammonia as a function of the operating parameters (volumetric flow rate and feed ammonia concentration) and the biofilm thickness as a function of filter depth and time. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

基于ABMS的矿山监管Agent工作倦怠现象的仿真研究

基于Agent的仿真建模方法（Agent based modeling and simulation,ABMS）和资源保存理论(conservation of resource theory,COR),构建了多Agent仿真模型,通过确定监管Agent、决策支持Agent、职能配合Agent和矿工Agent及其属性,借助Netlogo仿真平台模拟决策支持力度、职能配合程度以及矿工行为选择对监管Agent工作倦怠的影响,可以输出情感耗竭、人格解体和个人成就3个维度下监管Agent的数量。研究表明:决策支持系数Sc对监管Agent工作倦怠现象影响最大、处理有效性系数Ec影响次之、职能配合系数Fc影响最小,多Agent仿真模型促进了矿山监管Agnet工作倦怠现象的量化分析研究,为矿山安全治理提供了有效的决策依据。     

基于API极限工况下修井机井架强度计算研究

为研究井架在复杂工况下的强度与安全问题,以现场使用的350型修井机井架为研究对象,采用数值模拟对井架进行参数化建模;按照极限作业工况下24种组合载荷对井架进行强度分析,得出操作工况、非预期工况和可预期工况下井架的最大变形和应力云图;提取计算井架构件UC值的相关数据,对井架进行强度、刚度和整体安全性校核。结果表明:井架在常规风力作用下,最大钩载作业工况为其主要受力工况,此时井架最大等效应力小于许用应力,可满足安全需求;在相关工况中,井架的最大等效应力集中出现在上下体连接处、二层台和底部大腿处,计算井架构件各工况下的UC值均小于许用最大UC值,表明井架结构综合强度足够,满足API标准使用要求。     

基于多目标分布估计算法的地铁网络化应急站点选址

为提升地铁网络的应急救援能力,提出兼顾地下和地面交通两种运输方式的应急资源网络化共享模式,并建立多目标优化模型,对应急站点进行优化选址。模型以应急站点数量最少和总响应时间最短为优化目标,地铁车站重要程度为关键因素,求解各地铁车站的优化覆盖方案。提出了一种多目标分布估计算法,该算法采用拥挤比较算子和锦标赛选择算法获取优势群体,借助概率模型描述可行解的离散分布,并不断更新概率模型来实现种群的进化。运用建立的模型和算法求解北京市局部地铁网络应急站点选址问题,最终获得满足地面交通运输时效、并符合问题优化目标的Pareto最优解集。与NSGE-Ⅱ算法相比,多目标分布估计算法提前123代开始收敛,且针对最小化问题,多目标分布估计算法最优解的两个目标函数值较NSGE-Ⅱ算法分别减小64%和29%。可见,模型符合地铁应急站点选址问题的决策规则;多目标分布估计算法有效地缩小了决策空间,它比NSGE-Ⅱ算法更快地收敛,且能够获得更为优化的应急站点选址方案。