过滤器数据结构研究综述

过滤器数据结构可以近似地判断某个元素是否属于给定集合。典型的过滤器数据结构,如布隆过滤器、布谷鸟过滤器、商过滤器,以牺牲查询准确性为代价换取更低的内存空间消耗和查询时间开销。因此,得益于空间时间高效性,过滤器数据结构现已被广泛应用于计算机网络、物联网、数据库系统、文件系统、生物信息学、机器学习等领域的近似成员资格查询操作中。自20世纪70年代以来,过滤器数据结构受到了广泛的研究,在诸多领域取得了重要的进展,其研究思路也在不断变化。文中整理了近五十年来关于过滤器数据结构的经典研究成果,从过滤器数据结构的原理出发对已有工作进行分类总结,并比较不同工作之间的引证关系和改进思路,最后讨论了过滤器数据结构的未来研究方向。

泵前和泵后组合型网式过滤器的过滤性能

为探究泵前和泵后组合型网式过滤器的过滤性能,将泵前和泵后网式过滤器串联,通过室内原型试验,开展不同进水流量、含沙质量浓度和滤网目数对组合型过滤器水头损失和除沙率的影响规律试验研究,并与单一网式过滤器的水头损失和除沙率进行对比.研究结果表明:清水条件下组合型过滤器的水头损失与进水流量具有统计学意义;浑水条件下水头损失随进水流量和滤网目数增大而增大,在进水流量为130 m^(3)/h工况下,进水含沙质量浓度对初始水头损失和总水头损失峰值影响较小;通过极差分析得到各因素对除沙率的影响程度由大到小依次为滤网目数、进水含沙质量浓度和进水流量,确定了最优参数组合为泵前60目滤网、泵后100目滤网、进水流量130 m^(3)/h、进水含沙质量浓度0.18 g/L;当进水流量为110~150 m^(3)/h时,组合型网式过滤器最大水头损失峰值较单一泵前或泵后过滤器分别高41.51%和39.58%.研究结果可为组合型网式过滤器的设计和应用提供一定参考.

学习型过滤器综述

作为一种高效的概率性结构,过滤器可以高效地解决近似集合成员查询问题。近年来,随着机器学习技术的发展,一些学习型过滤器表现出色,超越了传统的过滤器。这些学习型过滤器考虑数据分布信息,将集合成员查询问题视为二分类问题,实现了超越传统过滤器的性能。受此启发,学习型过滤器研究领域迅速发展,出现了多个变种。然而,目前还缺乏对近些年相关工作的系统性回顾和比较。为了填补上述空缺,文中全面回顾了近年来的学习型过滤器相关工作,并展望了未来的发展方向。

泵前无压网式过滤器水力性能试验及研究

【目的】探究不同灌溉水源及反清洗装置参数对一种新型无压网式过滤器水力性能的影响。【方法】以一种无压网式过滤器为研究对象,利用多因素方差分析探究在过滤流量为120~160 m^(3)/h、颗粒质量浓度为0.2~0.8g/L以及反清洗装置的反冲洗流量为1~20 m^(3)/h、滤筒转速为1~4r/min梯度下的最终水头损失以及过滤器能量损耗的影响因素贡献度。【结果】(1)不同工况下,颗粒质量浓度对无压网式过滤器的水力性能影响效应极低,贡献度仅为0.0108,过滤流量项比初始含沙量项贡献度大于159%;(2)利用Quadratic模型对一般的回归分析修正较好,模型残差值为0.8044,远高于其他模型,调整R2为0.9861;(3)当过滤流量为120.198 m^(3)/h,滤筒转速为1.112 r/min,自清洗流量为19.934 m^(3)/h,满足能量损失最小为16.024k Pa。【结论】Quadratic水力性能模型的预测能力能较好的符合试验值,通过优选最佳值,可以使能量损失达到最小化的目标,满足实际应用。

基于阿基米德螺旋转轮的自清洗泵前过滤器设计与试验

为提高泵前过滤器自清洗性能,解决过滤系统频繁中断问题,该研究将阿基米德螺旋转轮应用于泵前过滤器自清洗过程,通过数值仿真与物理试验,结合相关性分析和线性回归分析,探究叶片螺距、叶片角度、叶片数量对阿基米德螺旋转轮转速的影响规律。结果表明:转轮转速随螺距的增加逐渐下降,且降低幅度逐渐上升,随叶片角度和叶片数量的增加转轮转速的提升较小且提升幅度不断减小,对转轮转速影响程度由大到小为螺距、叶片角度和叶片数量。通过TOPSIS法(technique for order preference by similarity to an ideal solution)综合评价得到最佳结构参数组合为:螺距133 mm,叶片角度90°,叶片数量1。优化后水驱式自清洗泵前过滤器开展自清洗试验,结果显示流量经过最初下降阶段后稳定在294.9~296.6 m^(3)/h区间,流量降幅仅为1.13%~1.70%,利用水力驱动阿基米德螺旋转轮带动自清洗装置的滤网清洗效果良好。研究结果可为水驱式自清洗泵前过滤器的结构设计和优化提供参考。

基于PPR和NSGA-Ⅱ的泵前微压过滤器水力与过滤性能研究

【目的】探究泵前微压过滤器的性能。【方法】开展5组流量(2~8m^(3)/h)、5组含沙量(0.5~2.0g/L)、3组滤网过滤面积(1 105、1 582、2 060 cm^(2))和4组分水器型式(不加、1型、2型、3型)的物理模型试验,采用投影寻踪回归分析法(PPR)、多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),建立水头损失、截沙质量和总过滤效率的预测模型,探究各指标的影响因素排序,确定泵前微压过滤器的最佳运行工况。【结果】影响泵前微压过滤器水头损失的因素排序为进水流量?含沙量?滤网过滤面积;影响截沙质量的因素排序为含沙量?滤网过滤面积?进水流量;影响总过滤效率的因素排序为滤网过滤面积?含沙量?进水流量;以相对误差≤10%作为判定标准,建立的截沙质量和总过滤效率PPR预测模型合格率为100%,模型精度较高,但水头损失PPR预测模型合格率仅为70%,模型不可靠。本试验范围下泵前微压过滤器的最佳运行工况为:含沙量2 g/L、进水流量7 m^(3)/h、滤网过滤面积2 060 cm^(2)。【结论】PPR预测模型对截沙质量和总过滤效率的预测精度较高,对水头损失的预测误差较大,在后期可用量纲分析与多元回归相结合预测水头损失、截沙质量和总过滤效率。

串联网式过滤器拦截特性和过滤时间分析

针对网式过滤器在实际灌溉水源条件下易堵塞、使用寿命短等问题,该研究将泵前和泵后网式过滤器串联组合,通过室内原型试验分析各级过滤器对泥沙和木屑的拦截规律。结果表明:过滤器拦截泥沙和木屑的分布情况与各级滤网孔径有关,当水源杂质以泥沙为主时,建议选取0.32和0.20 mm孔径滤网的泵前和泵后过滤器进行过滤,当有机物杂质含量较高时,采用0.25~0.32 mm滤网孔径的泵前过滤器有利于延长过滤时间。对水头损失随过滤时间的变化规律进行分析,明确了水源条件和滤网孔径对过滤时间的影响,极差和方差分析结果表明:不同进水流量条件下,初始水头损失和水头损失峰值分别集中在2.43~5.87和13.92~28.92 m,杂质含量对水头损失影响较小;进水流量越大,过滤器过滤时间越短。建立水头损失计算公式和过滤时间拟合经验公式,拟合与试验结果误差小于7%。各因素对过滤时间影响程度由大到小依次是杂质含量、滤网孔径、含沙量、进水流量。基于多层感知机(multilayer perceptron,MLP)神经网络模型对过滤时间进行预测,预测值与实测值误差基本在10%以内,均方误差和平均相对误差分别为0.32%、5.85%,该模型适用于对复杂水源条件下过滤时间的预测。研究结果可为灌溉工程中串联网式过滤器各级滤网参数的合理配置提供参考。

串联网式过滤器泥沙拦截效果试验研究

为了探究泵前、后串联网式过滤器在实际灌溉工程中的分级过滤特性并提高滤网拦沙率,对3种进水含沙量、4种滤网孔径和3种颗粒级配条件下串联网式过滤器的过滤性能开展了正交试验和全试验。结果表明:增大含沙量会加速过滤器滤网堵塞,使部分大于滤网孔径的泥沙颗粒通过滤网;随着进水粗颗粒泥沙的增多,一级过滤效果越明显;不同滤网孔径条件下各粒组出水沙中值粒径和最大粒径变化率范围分别在5.1%~13.0%、1.7%~17.6%之间;通过极差分析和方差分析探究拦沙率对各因素的敏感度,其主次顺序为滤网孔径、颗粒级配、含沙量;当进水沙中值粒径为0.50 mm、含沙量为0.20 g/L时,泵后过滤器滤网孔径较优组合为0.25 mm×0.16 mm;拦沙量与各级滤网孔径有关,选择滤网孔径为(0.49~0.78)d 50的泵前过滤器和(0.32~0.50)d 50的泵后过滤器进行过滤,有利于提高过滤器拦沙率,延长其使用寿命。

不同尺寸砂石过滤器内部流场数值模拟

针对不同结构和尺寸的砂石过滤器影响微灌用砂石过滤器水力性能,利用FloEFD流体仿真软件并采用多孔介质模型,对3种不同尺寸过滤器的流场进行数值模拟。结果表明:对4寸的砂石过滤器进行数值模拟所得到的结果,与实际的试验结果相比较,最大相对误差为8.94%,平均相对误差为6.47%,说明采用多孔介质模型及边界条件设置合理,所选模拟具有较好可靠度和准确性;由模拟结果可知不同尺寸的过滤器内部流场分布基本一致,确定不同尺寸的过滤器最佳进水流量范围,根据灌溉面积、水质情况以及泵功率等因素为选择合理的过滤器尺寸提供依据。

针式过滤器对高效液相色谱法测定化妆品中10种美白祛斑剂的影响

按照《GB/T35954-2018化妆品中10种美白祛斑剂的测定高效液相色谱法》测定十种美白祛斑剂,发现不同材质的针式过滤器滤膜对测定结果有影响。收集了聚醚砜(PES)、尼龙(Nylon)、聚四氟乙烯(PTFE)三种针式过滤器滤膜对测定结果的影响作深入探讨。结果发现:聚醚砜(PES)滤膜、尼龙(Nylon)滤膜对部分美白祛斑剂有一定的吸附,对方法回收率有较大影响。使用聚四氟乙烯(PTFE)滤膜,10种美白祛斑剂都有良好的回收率,满足实验要求,且避免了因针式过滤器选择不当导致的结果不准确情况,具有较好的现实意义。

平板式电化学过滤器构建及对甲基橙去除机制研究

构建了一种“一锅式”平板式电化学过滤器。同时,从电压、流速、电解质、pH多角度优化其甲基橙降解效率,并对其降解机制、稳定性和普适性进行探究。实验结果表明,在电压3 V,电解质浓度10 mmol·L^(-1),流速1.5 mL·min^(-1),pH(4~10)的条件下,甲基橙去除率达95%。淬灭实验表明,体系降解机制为直接氧化。同时,在长时间稳定性实验中,甲基橙去除率仍处于较高水平。在最佳实验条件下,除甲基橙外,罗丹明B以及两者混合后的污染物降解率均在94%以上。

射流清洗对微灌过滤器滤网清洗效果及损伤研究

为探究射流清洗技术在农业微灌过滤器清洗过程中的应用,开展射流清洗试验研究,分析入射压力、喷嘴口径、喷嘴扩散角度等3个参数对微灌过滤器滤网清洗效果及表面损伤程度的影响规律.试验结果表明:清洗效果随入射压力、喷嘴口径、喷嘴扩散角度的增大而提升,但提升幅度不断减小;滤网表面损伤程度随入射压力、喷嘴口径的增大而增大,随喷嘴扩散角度的增大而减小,其幅度逐渐减小;通过方差分析可知,射流参数对清洗效果影响程度从大到小依次为喷嘴口径、入射压力、喷嘴扩散角度,对滤网表面损伤影响程度从大到小依次为喷嘴口径、喷嘴扩散角度、入射压力;通过TOPSIS综合评价得到最佳射流参数组合为入射压力0.3 MPa,喷嘴口径3 mm,喷嘴扩散角度80°.

航空过滤器压力脉动衰减抑制机理分析

应急放能源系统是飞机液压系统失效时用于飞机起落架收放的应急动力单元,但该系统存在压力脉动大导致系统不稳定等问题,严重影响飞机的运行安全。利用航空过滤器内部腔体形成压力脉动衰减器对脉动进行抑制。采用压力波声学传播理论及Comsol Multiphysics进行了有限元建模及仿真,得到过滤器腔体直径、腔体长度、入口直径、出口直径为影响过滤器传递损失的关键参数。通过实验测试,过滤器后压力脉动幅值由20.9±0.44 MPa衰减至20.9±0.15 MPa,衰减效果良好,增大腔体直径后脉动抑制效果进一步增强,与仿真结果一致。验证了过滤器压力脉动建模仿真方法的正确性,也为小流量液压系统过滤器设计提供了新的思路。

网式过滤器水头损失动态变化规律

网式过滤器是微灌系统的关键部件之一,对过滤杂质,减缓滴头堵塞起到重要作用,但过滤器水头损失往往随拦截杂质的增多而增大,导致滤网破损或系统被迫停机。为明晰过滤器水头损失变化规律,该研究采用文献数据归纳分析和试验相结合的方法,对7种网式过滤器水头损失数据开展聚类分析;以Y型网式过滤器为例,测试不同流量、泥沙浓度和沙粒级配对过滤器水头损失的影响,以减少水头损失激增、提高拦沙效果为主要目标开展综合评价,优选过滤器适宜的运行工况。结果表明:1)不同类型网式过滤器水头损失随时间变化可分为平稳增加阶段和突然增加阶段,突然增加阶段的水头损失增长速率更大,堵塞均匀度均大于1。2)相同流量和浓度下,以>100~125μm泥沙为主的Ⅲ级配和以>125~150μm泥沙为主Ⅳ级配含沙水较以>54~75μm泥沙为主Ⅰ级配和以>100~125μm泥沙为主Ⅱ级配含沙水更容易产生水头损失激增。相同流量下,高浓度工况更容易出现水头损失激增;相同浓度下,流量为3.5 m^(3)/h时最容易使过滤器水头损失激增。3)CRITIC-TOPSIS综合评价结果表明排名前3的分别是流量2.5 m^(3)/h、泥沙浓度60 mg/L工况下Ⅲ、Ⅳ和Ⅱ级配含沙水,综合得分指数分别为0.726、0.712和0.711;低泥沙浓度、大颗粒级配和高泥沙浓度、小颗粒级配在流量2.5 m^(3)/h时综合性能好,高泥沙浓度、大颗粒级配在流量4.5 m^(3)/h综合性能好,低泥沙浓度、小颗粒级配在3种流量下综合性能差异不大。研究可为减少过滤器水头损失和增加运行时长提供参考。

滴灌系统叠片过滤器结构参数优化

针对不同级配含沙水和灌水器类型的叠片过滤器结构选型问题,该研究选取常用叠片过滤器,通过组合不同叠片数量改变相邻叠片间孔径,设计了多种不同泥沙处理能力的过滤器。对5种泥沙粒径级配条件下5种孔径叠片过滤器的性能开展试验研究,根据不同工况下叠片过滤器运行周期内的水头损失、堵塞时段水头损失增长速率、过滤器的堵塞均匀度以及灌水器流量偏差率等指标,采用模糊数学综合评价方法,构建综合考虑灌溉含沙水、叠片过滤器和滴灌灌水器的多目标评价模型。结果表明:基于叠片孔径可调的过滤器可以实现拦截不同粒径范围泥沙的目标,5种孔径过滤器拦截泥沙粒径(拦截率大于90%的沙粒段中最小粒径级配的中值粒径)分别为49、82、100、127和150μm;随着过滤器孔径减小,粒径越细小的含沙水对水头损失增大作用越显著。不同级配含沙水和灌水器类型条件下叠片过滤器性能综合评价结果与试验结果相符,通过对综合评价指标值排序,筛选出灌溉含沙水、过滤器、灌水器三者最优的匹配方式,能够同时实现灌水器堵塞程度轻微和过滤器性能稳定。提出的叠片过滤器结构参数配置决策方案,可为叠片过滤器的合理配置和使用提供参考。

磁质谱高丰度灵敏度阻滞过滤器研制与性能测试

阻滞过滤器是商用磁质谱仪提高丰度灵敏度的关键部件。本研究基于离子光学基本原理,利用离子光学仿真软件SIMION8.1设计了由5个电极构成的阻滞过滤器,其结构小巧,尺寸仅为(40×50×50) mm3。在能量筛选基础上,该阻滞过滤器还具备方向筛选功能,极大地增强了对杂散离子的滤滞能力。将该阻滞过滤器应用于国产热表面电离质谱仪,并进行不同电压条件下传输效率和丰度灵敏度的测试。结果表明,在不影响主离子束传输效率和峰形的基础上,该阻滞过滤器成功将该仪器的丰度灵敏度指标从<2×10^(-6)提升至<5×10^(-9),丰度灵敏度极限为2×10^(-9),优于目前商用热表面电离质谱仪。本文所设计的阻滞过滤器可为国产高性能磁质谱仪的研制提供重要的技术支撑。

凸台类型对离散型流道叠片过滤器水头损失的影响

离散型流道叠片过滤器是一种水头损失相对较小的新型叠片过滤器,其叠片表面均匀分布的凸台结构是影响叠片过滤器水头损失的主要因素之一。为探明凸台类型对内部流场的影响并进一步降低离散型流道叠片过滤器的水头损失,通过物理试验与数值仿真,对比分析了初始的右三角形和优化新增的菱形、椭圆形、上三角形、下三角形等共5种凸台类型的离散型流道叠片过滤器的水头损失及流场分布特征。结果表明:将离散型流道叠片过滤器凸台类型设置为下三角形有利于减小水流主流区与凸台边壁的接触长度和凸台间湍动能强度,降低离散型流道叠片过滤器的水头损失;与初始右三角形凸台相比,4种优化的凸台与主流区接触长度的降幅为9.61%~36.73%,最大湍动能的降幅为25.87%~49.96%,其中下三角形凸台降幅分别为29.99%和49.96%;根据模拟计算可得右三角形凸台流道间水头损失系数最大,下三角形凸台流道间水头损失系数最小,其能量转换效率最高;清水条件下,下三角形凸台离散型流道叠片过滤器水头损失相比初始离散型流道叠片过滤器降低了14.89%~21.93%。研究结果可为离散型流道叠片过滤器的结构优化提供参考。

不同流量下泵前微压网式过滤器内部流场的数值模拟

泵前微压网式过滤器作为一种新型的灌溉过滤装置,具有结构简单、适配性高以及能耗低等优点。为了探究泵前微压网式过滤器内部流场的运行状态,采用了物理模型试验、数值计算及理论分析的方法,从微观角度对清水条件下泵前微压网式过滤器在不同流量(5、8、11、14、17 m^(3)/h)的水力性能和水流运动状态进行分析。结果表明:标准k-ε模型可作为模拟泵前微压网式过滤器清水流场的湍流模型;滤网内部流速分布不均匀,随流量呈现不同形态的“火烛”形态,出水口对过滤器内部影响范围随流量增加而增大;过滤器内部同时出现高压区和负压区,滤网底部为水头损失主要发生位置。研究成果可为泵前过滤设备的浑水数值模拟和结构优化提供理论和技术支撑。

环形流道叠片过滤器水头损失和过滤性能试验研究

为探究直线形流道和环形流道叠片过滤器对水中泥沙的过滤能力,首先通过室内试验,测试两种过滤器在4种沙粒级配中值粒径(106、121、126和165μm)、3种含沙量(0.10、0.15和0.20 g/L)和5种进口流量(1.5、2.0、2.5、3.0和3.5 m3/h)下的水头损失和过滤性能,然后以过滤器水头损失、堵塞均匀度、拦沙量、拦截泥沙粒径分布等作为评价指标,使用熵权法优选叠片结构参数。结果表明:清水条件下,环形流道叠片过滤器水头损失小于直线形流道叠片过滤器。含沙水条件下,直线形流道的叠片过滤器水头损失达到8 m时间较环形流道叠片过滤器延长10倍,且水头损失降幅最大达到52.5%,总拦沙量最大提高6.3%,中值粒径大于110μm的配沙,平均拦沙量提高0.22%。该研究提出的环形流道可替代传统的直线形流道,在不降低过滤能力的前提下减小过滤器水头损失,延长反冲洗周期。

流量与含沙量对浮筒网式旋转过滤器水力性能与过滤性能的影响

过滤器是保障微灌系统正常运行的核心设备,而水头损失与过滤效率是评价其性能的2个关键指标。为探明泵前过滤器—浮筒网式旋转过滤器的水力性能和过滤性能,采用方差分析、极差分析、主效应多重比较法对比分析了浮筒网式旋转过滤器在滤网孔径为0.150 mm时,5种不同含沙量、5种不同流量下的水头损失与过滤效率,并确定了试验条件下的最优工况。结果表明:对水头损失而言,流量比含沙量影响大;对过滤效率而言,含沙量的影响更大,且水头损失与过滤效率均随含沙量与流量的增大而增大;最优工况为流量930 L/h、含沙量2.0 g/L,此工况下对应的水头损失为0.281 m,过滤效率为84.01%,可以保证在有良好的过滤效率的同时具有较小的水头损失,从而实现节能减排,高效灌溉的目的。