基于贝叶斯优化XGBoost的石灰窑气预测

石灰窑是碳酸钙产业的关键生产设备,窑气中的CO_(2)是生产碳酸钙的原料,CO_(2)浓度直接影响碳酸钙产量,然而石灰窑气浓度依靠产品产出后采样化验得到,存在严重的滞后性,无法作为石灰窑在线工艺参数调整的依据。因此提出一种基于贝叶斯优化的eXtreme Gradient Boosting石灰窑气浓度预测模型BO-XGBoost,根据历史数据预测1 h后的窑气浓度,为生产工艺参数的调整提供依据。该方法首先对石灰窑传感器数据集中的缺失值、异常值进行剔除、插补,然后统一窑气浓度检测历史数据的时间尺度,构成石灰窑气监测数据集,在此基础上提出针对石灰窑气的BO-XGBoost模型。模型经训练后,采用实际生产数据进行测试,并与Light Gradient Boosting Machine(Light-GBM)模型、Category Boosting(Catboost)模型预测结果进行比较,结果表明,所提模型可以实现高维数据集的超参数快速优化,且预测模型有较好的精度,均方根误差(RMSE)达到0.70,平均绝对百分比误差(MAPE)达到2.03%。

复杂动态负荷幅度域波形模态聚类与电能表误差敏感特征

针对复杂动态负荷游程波形模态及引起电能表误差的典型特征认识不足的问题,首先提出动态电流信号幅度域游程波形模态提取算法,提取了多种幅度域毫秒级小颗粒度游程波形模态;其次,提出LK-Shape游程波形模态聚类算法,提取了动态电流信号幅度域的6类典型游程波形模态及其快速变化特征;最后,提出导致电能表超差的两种敏感游程波形模态,并通过实验验证了该游程波形模态适于测试电能表误差,表明了所提方法的有效性和实用性。

X射线光电子能谱技术及其应用

X射线光电子能谱法(XPS)是最重要且使用最广泛的表面分析技术。较为全面地介绍了X射线能谱法,内容涵盖原理、分析方法、应用及技术进展。原理介绍基于理工科大学本科层级的知识,阐述了XPS的科学原理以及仪器原理;分析方法部分概述了分析的关键步骤及要点;应用部分以热门研究的材料类型分类(催化剂、生物材料、碳材料、高分子材料等)进行介绍,介绍的同时兼顾介绍了X射线光电子能谱法的一些常用技术以及在各种材料中的应用特点。本文旨在帮助该领域的初学者,包括尚未完全熟悉该技术的研究人员、研究生和X射线光电子能谱从业人员,使他们能够全面了解X射线光电子能谱技术。

大豆皂脚与玉米秸秆厌氧发酵沼渣共热解特性及应用

将大豆皂脚与玉米秸秆厌氧发酵沼渣两种固体废弃物以不同比例混合后进行共热解,采用元素分析、扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附-脱附法(BET)对得到的共热解炭进行表征,并将共热解炭循环应用到玉米秸秆厌氧发酵环境中,考察共热解炭对厌氧发酵过程的影响。结果表明:共热解炭的产率随着沼渣加入量的增大而增大;沼渣加入量较少时,可以促进共热解气的生成,但对共热解液的产生有较弱的抑制作用;共热解炭的比表面积和平均孔径介于两种单一热解炭之间,并且平均孔径随沼渣加入量的增大呈减小趋势;将大豆皂脚与沼渣的质量比为4∶3下制备的共热解炭加入厌氧发酵系统中,发酵30 d时累积产气量达到390.80 mL/g,累积产甲烷量达到213 mL/g,累积产气量达到总产气量80%所需要的时间t_(80)为(14±1) d,比不添加热解炭的空白组提前了12.5%。

基于NSGA-HVC算法的含高熔点原油单管道炼油系统短期调度优化

为了解决含高熔点原油的单管道短期调度优化问题,对调度过程中出现的目标函数和约束条件建立数学模型,并采用基于超体积贡献(HVC)的进化算法优化求解该问题。通过种群聚类获得唯一目标值集合,然后计算HVC,并根据目标价值优化参考点的选取,提出改进的基于HVC的非支配排序遗传算法(NSGA-HVC)对含高熔点原油的单管道短期调度问题进行多目标优化求解。实例分析表明,与其他算法相比,NSGA-HVC算法的求解性能更优,超体积(HV)指标高于其他算法10%左右,所得解集表现出更好的多样性和收敛性。将NSGA-HVC算法得到的调度结果与已有文献进行对比,结果表明所提算法在不同目标上的优化效果提升了3.1%~24.1%,整体上调度成本显著降低。

基于多维可预知特征的TCN-LSTM城轨短期客流预测

地铁客流量波动受众多因素影响,准确的客流预测数据有利于制定更高效的行车控制方案和客流管控方案。为提高客流预测精度,提出一种基于多维可预知特征的时序卷积神经网络-长短期记忆神经网络模型(TCNLSTM)地铁短期客流预测方法。考虑外部因素的影响,引入Spearman相关系数分析并提取日期、天气等可预知特征及其状态集,以提升预测精度,缩小特征空间,克服了冗余特征数据导致的模型过于复杂问题;通过融合时序卷积神经网络(TCN)提取的客流时间序列特征和可预知特征状态集构建了长短期记忆神经网络(LSTM)层输入,组合模型学习客流与外部影响因素的长短期依赖,从而实现常规日、节假日、不同天气等多场景下的短期客流预测。基于某西南城市地铁刷卡交易数据,对比差分整合移动平均自回归模型(ARIMA)、TCN、LSTM及TCN-LSTM模型的短期客流预测结果,得出组合模型的总体平均绝对误差(MAE)值比其他方法低27%~48%,均方误差(MSE)值低13%~35%,平均绝对百分比误差(MAPE)值低2.8%~6.7%,上述3项指标均表明TCN-LSTM模型的客流预测效果更好。此外,对比实验表明通过融入提取的可预知特征数据,TCN-LSTM模型在测试集上的预测误差评价指标明显降低,所提方法能有效提高地铁短期客流预测精度。

基于GWO-FCM的输油泵故障诊断模型自学习框架

随着输油泵场站无人化建设的发展,企业对输油泵故障诊断技术的要求也越来越高。目前,被广泛使用的利用机器学习算法进行输油泵故障诊断的方法都只能针对模型训练集中已包含的几类故障进行诊断,在企业的实际使用中,仍会出现其他不包含在训练集中的故障而不能被正确自动识别、诊断。针对上述问题,设计了一种输油泵故障诊断模型自学习框架,通过信号处理技术结合深度学习提取深层故障特征,提高工业现场数据的可分性;通过模糊C均值聚类结合相似度度量判别已知故障和未知故障,对出现的未知故障模式进行识别和记录;利用频繁出现的未知故障数据重训练模型,在原有诊断功能的基础上提高对未知故障的识别、诊断及学习能力。为验证方法的有效性,使用工业现场采集的输油泵数据进行实验,结果表明,现有诊断方法所提出的输油泵故障诊断模型自学习框架能够实现对未知故障的准确识别。

从专利角度看静电纺聚偏氟乙烯纳米纤维的应用进展

静电纺丝技术是目前制备纳米纤维材料最重要的方法之一。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种半结晶性的热塑性塑料,具有独特的压电性、介电性、热电性和生物相容性。静电纺丝制备的聚偏氟乙烯纳米纤维在电工电气、环境工程、生物医学、纺织等领域有着广泛的应用。本文主要结合中国专利检索情况,从应用的角度阐述了静电纺丝聚偏氟乙烯纳米纤维的研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。

含错边焊缝缺陷弯管气固两相流冲蚀磨损研究

在天然气输送系统中,当考虑弯管焊接缺陷时,结构特征差异导致的流场变化会使弯管产生不同的冲蚀特性。采用Computational Fluid Dynamics-Discrete Phase Model(CFD-DPM)方法研究不同颗粒参数、弯管导向、缺陷高度及颗粒入射角度下无错边焊缝弯管、外错边焊缝弯管、内错边焊缝弯管的介质流态特征与冲蚀规律。研究结果表明:(1)气体在弯管部位出现二次流动现象,速度分布出现扭曲,其中外错边焊缝弯管速度分布曲线扭曲幅度大,二次流作用效应最明显;(2)流体速度对冲蚀速率的影响最大,两者呈幂指数函数关系,质量流量次之,与冲蚀速率呈线性函数关系,颗粒粒径的影响最小,与冲蚀速率近似呈线性函数关系;(3)外错边焊缝弯管会在弯头处形成第二冲蚀磨损严重区域,而内错边焊缝与无错边焊缝弯管冲蚀效果相似,均只有1个冲蚀严重区域;(4)当流体在竖直管流向一致时,“H-V”导向弯管最大冲蚀速率均大于“V-H”导向弯管,在不同弯管导向下外错边焊缝弯管冲蚀速率最大;(5)弯管最外侧最大磨损位置随着错边高度发生变化,在一定高度下会使弯头内壁形成第二冲蚀磨损严重区域,且错边高度越大,弯头最外侧所受冲蚀速率越大;(6)颗粒的入射角度会影响弯管的冲蚀效应,其影响程度需结合入口直管长度与颗粒运动状态分析。

基于STIRPAT的河北省碳达峰预测研究

我国已宣布力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,为确保河北省能够保质保量完成碳达峰目标,采用联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)排放因子法测算河北省2005-2021年化石能源消费碳排放量,选取人口、人均GDP、城镇化率、产业结构、能源强度和能源结构6个因素,构建了河北省碳排放人口、财富和技术影响(stochastic impacts by regression on population, affluence, and technology, STIRPAT)预测模型,通过构建河北省碳排放情景,对河北2022-2040年碳排放量进行了预测。结果表明在基准情景和经济发展情景下,河北省碳排放趋势是持续上升的,未出现达峰点;产业转型、绿色发展和目标导向情景下出现了峰值点,其中目标导向情景在2029年达峰,绿色发展情景在2030年达峰,碳达峰量分别为81 626.658万吨二氧化碳和86 018.255万吨二氧化碳,产业转型情景在2035年达峰,碳达峰量为85 214.349万吨二氧化碳。按照目前情景发展下河北省难以在2030年实现碳达峰,为保质保量完成达峰目标,需要以能源绿色低碳发展为关键手段,同时以科技和制度创新为动力,调整优化产业结构和能源结构。

相容剂对PBAT/硅灰石复合材料性能的影响

以生物降解塑料聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)为聚合物基体,硅灰石(WT)作为填料,以2,3-甲基丙烯酸环氧丙酯(ADR)作为相容剂,通过熔融挤出制备得到PBAT/硅灰石复合材料,考察了相容剂ADR对PBAT/硅灰石复合材料结构及性能的影响。研究结果表明,相容剂可改善硅灰石在PBAT基体中的分散性,增强界面相互作用,提高复合材料的力学性能和热稳定性。

基于多源域数据与机器学习算法的转子不平衡故障诊断

国内能源生产装置规模大型化发展趋势明显,与其配套的旋转机械设备发生故障导致的非计划停机将会造成严重的经济损失与重大安全问题。转子不平衡贯穿了旋转机械设备的整个生命周期,服役转子的状态诊断格外重要。针对大型旋转机械振动测点较多,振动信号具有非平稳特征等问题,提出基于多源域数据提取与机器学习算法的转子不平衡故障诊断模型。首先以多源振动监测数据为驱动,根据互相关系数提取故障信息丰富的振动信号,融合时域、频域、时频域等多域特征构建高维混合特征空间;其次利用基于t分布的随机邻域嵌入方法揭示高维空间的特征信息,反映为可视化的三维空间;最终通过最邻近节点算法进行故障分类,判断转子的不平衡质量与相位。本文提出利用互相关系数表征多源数据的故障信息丰富程度,并结合机器学习手段判断转子不平衡类型。通过设计不同附加质量的转子在多转速下不平衡状态实验,验证了所提模型的有效性,解决了转子在线诊断和现场动平衡问题。

不同固定方案的腰椎后路椎间融合术生物力学有限元分析

腰椎后路椎间融合术结合内固定系统已被广泛用于治疗腰椎滑脱等疾病。不同的内固定方案会使内固定系统和腰椎产生不同的力学响应,其结果会影响到内固定方案的选择。针对腰椎L5-S1骶骨节段轻度滑脱完全复位状态,在1例健康成年人腰椎模型的基础上,设计了3种不同节段的内固定手术方案:A组L5-S1融合固定、B组L4-L5-S1融合固定、C组L5-S1-S2融合固定,并建立相应的有限元模型。固定骶髂关节的耳状面,在L1椎体上表面施加垂直向下400 N的载荷和不同方向的7.5 N·m力矩,模拟脊柱前屈、后伸、侧弯和旋转等生理活动,比较不同方案模型中固定节段的钉棒应力情况、相邻近节段的椎间盘应力情况和各节段活动度的差异。结果表明,相比于A组模型,B组和C组模型的椎弓根螺钉和连接棒最大应力值较大;B组和C组椎间盘的应力最大值的集中区域明显大于A组;A组、B组和C组模型的腰椎活动总量较完整模型均有所减少。实验结果表明,采用A组L5-S1融合固定的方案可以降低内固定系统断裂的发生率,减少邻近节段椎间盘退变的发生率,在完成复位的情况下仍然可以保持一定的腰椎活动度,且A组方案的手术时间短、术中出血量少,是一种更优的内固定方案。

基于AR技术的双重预防机制信息化平台

推行双重预防机制是解决安全生产领域“认不清”和“想不到”等突出问题的重要手段,但在企业实行风险分级管控与隐患排查治理过程中存在数据信息化滞后、数据信息缺失和数据真实性难以考证等问题,严重影响了双重预防机制的建设与运行。基于增强现实(augmented reality,AR)技术,结合Web应用开发、Android应用开发与WebRTC技术,以风险分级管控与隐患排查治理的双重预防机制为主要依据,搭建了包含网页端与AR眼镜端应用的实时信息化平台。经企业初步验证使用表明,该平台能够及时有效地激活双重预防机制的运行,提高企业对安全风险的分析决策效能以及落实安全主体责任。

蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔的非对称温度控制

蒸汽再压缩热泵(VRHP)可以提升隔离壁蒸馏塔(DWDC)的稳态性能,但也加剧了被控变量间的相互耦合,给蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔(VRHP-DWDC)的平稳操作带来困难。针对分离中间组分(甲苯)绝对占优的苯/甲苯/二甲苯三元物系的VRHP-DWDC,通过非方相对增益矩阵对操纵与被控变量进行配对,并依据闭环响应分析给出了一种新颖的单温度分散控制系统。由于采用塔顶/侧线热泵压缩机分别控制侧线段/公共提馏段的灵敏板温度,不但加快了侧线产品的响应速度,而且降低了塔底产品的峰值偏差。鉴于高度内部耦合以及失真的温度与组分对应关系导致二者存在较大的稳态偏差,采用双温差结构进一步强化系统设计,由此给出了一种非对称温度控制系统,降低了系统内在非线性因素的影响,因而能够减小侧线和塔底产品的稳态偏差。闭环仿真结果显示了该非对称温度控制系统的优越性。研究表明,VRHP的引入虽然加重了VRHP-DWDC的内部耦合,但也提供了压缩机功率这一潜在操作变量,其较好的控制通道特性与双温差结构的有效应用能在一定程度上改善VRHP-DWDC的闭环操作。

基于J-T阀和机械制冷工艺调节天然气露点的热力学及经济分析

在天然气输送过程中,常采用J-T阀制冷、机械制冷这两种低温分离法析出液烃和水来控制露点保证管输安全。针对两种工艺结构差异较大的情况,从能量、经济上对J-T阀制冷和机械制冷这两种天然气露点调节方法进行了模拟分析。研究结果表明,两种工艺的烃露点降接近,而机械制冷工艺的水露点降更高。在(火用)分析对比上,JT阀制冷工艺(火用)损(5 159kW)明显高于机械制冷工艺(1 961kW),机械制冷工艺的系统换热效率更高,使得其整体(火用)效率高于J-T阀制冷;高级(火用)分析结果显示,机械制冷工艺可避免(火用)损占比(69.8%)高于J-T阀制冷工艺(66.7%),改进潜力更大且代价更低。在资本投资对比方面,机械制冷工艺采用外部制冷系统提供冷量,设备的购置成本更高,但其保留了原料气的压力能,在相同外输条件下运行成本更低。综合投资成本及产品收益,在整个运行周期,机械制冷工艺的收益高出812.64×10^(4)美元。对两种工艺的敏感性分析显示,丙烷的冷却性能不会随其流量的增加而持续增加;随着地层压力的降低,利用压差来改善天然气性质的工艺效果低于采用外部丙烷制冷工艺。

气力分级粉体团聚表征及其影响因素的研究

粉体团聚对气力分级设备的分级性能有着重要的影响,是制约机械法制备超细粉体的瓶颈问题。为表征气力分级制备超细粉体时的粉体团聚特性并分析其影响因素,利用筛分法和激光粒度分析法测得的粉体平均粒径比值,提出了团聚参数F,并以此为基础分析了粉体颗粒形貌、平均粒径、粒度分布以及粉体流动性对粉体团聚的影响。结果表明:当不同粉体之间的形貌(包括长扁度、球度、棱角度和粗糙度)差异不显著时,颗粒形貌不是引起粉体团聚有所差异的主要因素。粉体平均粒径越大,团聚程度越小;粒度分布指数对团聚的影响取决于粉体整体粗细程度,粗颗粒占比较高的情况下,颗粒不易团聚。因此,对于形貌相似的不同粉体而言,粉体平均粒径和粒度分布是影响粉体团聚的主要因素。此外,通过分析休止角和Hausner值发现,粉体流动性越差,团聚程度越强。

基于支持向量机的平稳期儿童哮喘诊断方法研究

哮喘是一种对儿童生活质量有重大影响的慢性呼吸系统疾病,它的及时预测和准确诊断对哮喘儿童的健康至关重要。但对处于哮喘平稳期的儿童而言,哮喘发作时儿童的呼吸音中不存在明显的喘鸣音等特征音,所以在听觉上处于哮喘平稳期儿童的呼吸音与健康儿童的呼吸音无明显区别,导致医护人员难以使用传统的听诊方法诊断哮喘。选用机器学习中的支持向量机算法(SVM)对儿童进行哮喘预测,研究结果表明,SVM在哮喘与健康儿童呼吸音的分类预测中表现出色,其对吸气相的预测准确率达到96.53%,而对呼气相的预测准确率达到91.66%。由此可见,SVM在儿童哮喘诊断中具有较好可行性,提高了儿童哮喘诊断的准确性和效率,为该领域提供了可靠的诊断工具。

射流管插入深度对螺旋通道传热性能的影响

为了揭示射流管插入深度对螺旋通道传热性能的影响规律,采用数值模拟方法对不同相对插入深度(δ=0~0.625)下通道内流场特性和强化换热特性进行了分析。结果表明:随着δ的增大,射流核心区到达外壁面的距离变短,在射流入射位置处射流管两侧的二次涡范围扩大,流体对上下壁面的冲击作用增强;上、下传热壁面的局部努赛尔数Nu_(c)随着δ的变化规律基本相同,最佳传热位置(Nu_(c)最大的位置)随着δ的增大向外壁面靠拢;内壁面的Nu_(c)在射流管壁内侧范围随着δ的增大而减小,在外侧范围随着δ的增大而增大;射流管插入深度增加对螺旋通道外壁面传热性能提高的效果最为明显;截面努赛尔数Nu_(θ)随着螺旋角度γ的增大呈现3个变化区域,即入口区域、射流影响区域和出口区域,其中入口区域和出口区域的Nu_(θ)随着γ的变化保持稳定,但出口区域的Nu_(θ)比入口区域高19%左右,Nu_(θ)最大值位于射流入射点下游5°左右的位置;在螺旋角度γ=-15°~45°的范围内射流对传热的影响最大,传热的影响范围基本与射流管的插入深度无关;综合换热评价指标(PEC)随着δ的增加呈现先增大后减小的变化规律,δ=0.250是螺旋通道最佳的综合传热性能结构参数。

连续法制备短切石英纤维/酚醛树脂预混料的固化反应动力学及其模压制品性能

采用连续浸胶法,使用自制的压辊式浸胶槽制备了短切石英纤维/酚醛树脂预混料,通过红外光谱法(FT-IR)、热重分析法(TG)和差示扫描量热法(DSC)对预混料进行了表征,并研究了其固化反应动力学。结果表明,溶剂乙醇影响石英纤维的浸胶过程,连续法制备的石英纤维/酚醛树脂预混料能够降低乙醇的影响;预混料的固化工艺参数为:凝胶温度108.40℃,固化温度183.04℃,后处理温度264.47℃;固化反应级数为0.95,固化反应动力学模型为:dα/dt=Aexp(-ΔE/RT)(1-α)n=4.3×10^(12)exp(-140.74/RT)(1-α)0.95。使用模压法对所制备的预混料进行压制,得到石英纤维/酚醛树脂复合材料的模压制品,该模压制品在800℃下的质量残留率为82.3%,拉伸强度为58 MPa,断裂伸长率为0.353%,剪切强度为105 MPa,线烧蚀率为0.088 mm/s,烧蚀表面形貌未见异常,结果表明采用连续法制备的石英纤维/酚醛树脂预混料的模压制品具有较好的耐热性、烧蚀性和力学性能。