纳米纤维膜三维重构与过滤行为分析系统

为了对纳米纤维空气过滤膜进行有效的理论数值计算和分析,建立了纳米纤维膜空气过滤性能计算的分析系统。对该系统所采用的三维重构、过滤效率计算及过滤压降计算等算法进行研究。通过去噪处理、二值化、细化算法和离散化进行纳米纤维膜的特征提取,并通过对纳米纤维膜的特征信息定义、存储和可视化渲染实现三维重构。通过对颗粒物与纳米纤维的碰撞检测和力学分析判断颗粒物被纳米纤维膜捕获的数量进行过滤效率的计算。最后,根据泊肃叶定律和压降原理实现了基于SEM图像的过滤压降计算模块。针对纳米纤维膜的拓扑结构和厚度进行了数值计算与实验比对,对比结果表明,过滤效率计算误差在10%以内,过滤压降计算误差在20%以内,计算结果趋势与实验结果相符,能够反映不同拓扑结构的过滤性能差异。

考虑电网络影响的水火电力系统短期优化调度

为提高发电计划实际执行的可行性,提出考虑电网络影响的水火电力系统短期优化调度方案,即在传统水火电优化调度中引入输电网络潮流约束,构建水火电力系统短期优化调度数学模型。该模型以火电站的总煤耗量最小为优化目标,考虑水火电的发电特性、梯级水电复杂关系、系统运行约束、输电网络约束及传输功率限制。同时为模型求解引入迁徙操作和惯性权重非线性递减策略的改进粒子群算法,并设计了五种约束处理规则以应对复杂的约束条件。最后以典型水火电系统和IEEE-9节点的电网络拓扑为例对所构建的模型和算法进行验证。结果表明,所构建的优化模型和设计的求解方法能满足复杂运行约束的短期调度方案。

基于补偿网络电流分析的恒压恒流无线充电系统

为了避免民用飞机机载设备与电源插拔过程中带来电火花的危险,并提高设备充电的便利性,采用了无线充电方式为其进行供电。在恒压恒流无线充电系统中,补偿网络支路电流大小不仅决定功率器件成本,也与系统损耗直接相关。因此,对补偿网络电流优化,是实现高效无线电能传输的重要途径。首先分析了低阶网络的回路电流关系,得到了回路电流最小的条件,进一步推广到高阶网络,获得最优补偿网络电流一般性方法。其次,在分析原副边完全对称补偿网络具有实现恒压或恒流的基础上,得到一系列恒压恒流拓扑,并结合最优补偿网络电流方法对拓扑进行参数设计,同时采用原边电流检测方法进行恒压恒流切换,避免了原副边之间的通信。最后,通过仿真和实验验证电流优化方法和负载无关实现方法,结果表明,所述拓扑具有很好的恒压恒流输出特性,同时电流优化方法能大幅度减小回路电流应力,从而提高系统传输效率。

基于系统可靠性的主动配电网置信容量评估

评估主动配电网的置信容量,可以充分利用新能源,为主动配电网的优化配置提供有效参考。以新增电源的有效载荷能力表征主动配电网的置信容量,建立基于等可靠性指标的评估模型。在蒙特卡洛仿真基础上,考虑网络中线路的故障情况,对各时刻网络分类计算。采用基于负荷相对增长比例的方法计算负荷调整步长,最后利用中点分割迭代法求解。IEEE 33节点系统的仿真计算验证了所提方法的可行性和有效性。仿真时改变分布式电源参数和可靠性指标,发现风机额定功率对置信容量的结算结果影响较大。

光谱技术发展现状及趋势

阐述了光谱学光谱的分类,对原子发射光谱、原子吸收光谱、红外吸收光谱、拉曼光谱、X射线吸收光谱、X射线荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、分子发光光谱这8种光谱方法的原理与发展现状作出了介绍,对光谱分析方法可能用到的数据处理方法进行了简要的概括。最后对光谱学与光谱分析技术的发展趋势进行了归纳。

光栅编码器电纺直写精确喷印

提高射流稳定性实现精确微图案喷印与微器件集成制造是电纺直写技术应用研究的重点。引入模糊控制器构建闭环控制系统突破带电射流干扰参数多、控制模型缺乏的不足,研究了射流行为、纺丝电流与喷印微结构尺寸的演变规律;喷印制造了直线与环形两种光栅编码器,可分别应用于线速度和角速度的检测,构建了速度传感检测系统分别测试两种光栅编码器。实验结果表明,闭环系统可以有效提高射流的稳定性和喷印结构的均匀性,直写微纳结构的线宽分布区间由40~140μm减少到50~100μm;分析了速度传感检测系统的测试结果,直线光栅编码器对线速度的测量范围为0~100 mm/s,误差优于0.87%,环形光栅编码器对角速度的测量范围为0~100(°)/s,误差优于0.74%。模糊闭环控制极大提高了电纺直写技术稳定性和微器件集成制造精度,有助于促进微纳喷印技术的产业化应用。

基于中值滤波和非均匀B样条的拉曼光谱基线校正算法

基线校正是拉曼光谱数据预处理的关键步骤之一,是消除荧光干扰的有效方法.传统的多项式拟合和均匀B样条拟合算法原理简单、易于实现,但拟合阶数和内节点的不确定性限制了其灵活性.因此,本文提出了一种基于中值滤波和非均匀B样条的拉曼光谱基线校正算法.该算法首先通过平滑预处理、差分计算和设置阈值筛选波谷点,并根据光谱数据的波谷位置自适应地选择非均匀B样条的内节点;接着利用中值滤波算法对光谱数据进行处理,使非均匀B样条算法能够更好地拟合基线.该算法克服了传统B样条算法需要根据不同的拉曼光谱手动选择内节点的缺点,同时避免了光谱数据中的随机噪声对基线拟合的影响,且进一步提高了光谱基线校正效果.实验结果表明,该算法能较好地消除拉曼信号基线漂移,且不存在过拟合和欠拟合现象.因此,该算法可以为光谱数据的进一步分析提供更准确、可靠的信息.

基于高斯核主成分分析的多通道拉曼光谱重建

针对多通道拉曼成像系统常会受荧光背景、噪声等非线性因素的影响而导致拉曼光谱重建结果一般的问题,提出了一种基于高斯核主成分分析的拉曼光谱重建算法.首先利用相似度因子对标定样本数据集进行预处理,其次通过高斯核函数将标定样本以非线性形式映射至高维特征空间,接着在特征空间中对映射后的数据集提取基函数并通过伪逆法求得与之对应的基函数系数.使用聚甲基丙烯酸甲酯作为测试样本,并引入均方根误差来评估拉曼光谱重建结果的准确性.实验结果表明,相比传统的伪逆法与维纳估计法,该算法具有更高的重建精度及抗噪能力,且能有效降低标定样本中不良数据和成像系统中非线性因素对拉曼光谱重建的影响.因此,该算法可以为多通道拉曼快速成像提供一种有效的拉曼光谱重建算法.

夹心法免疫层析试条的数学模型与仿真研究

基于夹心法免疫层析试条检测原理,结合对流扩散方程和流体动力学方程,建立了夹心法免疫层析试条动态反应过程的数学模型,并通过COMSOL软件对试条动态反应过程进行仿真。分别探究了目标待测物A浓度在0~20 mol/L,标记物P浓度在1×10!2~1×103mol/L以及硝酸纤维素膜的孔隙率在0~1范围内变化时,检测线上夹心复合物浓度关于位置和时间的浓度变化情况,并分析了各物质初始浓度以及试条结构对于检测结果和检测时间的影响。结果表明,在一定浓度范围内,目标待测物A以及标记物P浓度的增加将提高试条的定量检测性能,而孔隙率通过影响混合液流速和混合液中各物质反应接触情况来影响检测结果。

基于X射线吸收谱的不同生物组织的辨识

为了验证X射线吸收光谱法对生物组织的辨识能力,选取猪的心脏、肝、肾、胃、瘦肉以及肥肉作为实验样本,以55 k V的电压激发X射线管,利用X射线探测器获取这6类生物组织样本的X射线吸收光谱.将采集到的光谱数据分为测试集与训练集,利用主成分分析法提取光谱主成分,以训练集为输入建立径向基函数(RBF)神经网络分类预测模型,对测试集样本进行分类预测.通过交叉验证法对所有样本进行辨识的识别正确率达到90.22%.实验结果表明,X射线光谱技术结合主成分分析法和RBF神经网络能够很好地用于猪的组织分类,对将X射线光谱技术应用于生物组织辨识具有重要的指导意义.

基于X射线吸收光谱法的塑料薄膜厚度测量

塑料薄膜是我国塑料产品中占比五分之一的大宗类型,在厂家生产时最重要的指标之一为塑料薄膜厚度,如何准确、快速、方便地测量塑料薄膜厚度是一项具有重大经济价值的研究课题。为验证X射线吸收光谱法测量塑料薄膜厚度的可行性,制作了不同厚度的聚乙烯塑料薄膜实验样本,设置30 kV的管电压以及1μA的管电流激发X射线,照射不同厚度的塑料薄膜样品,用X射线探测器采集空白光谱数据和不同样本的原始X射线吸收光谱数据,得到各光谱在256个通道中的光子强度。在数据分析过程中,为达到数据降维的效果,选择主成分分析法处理所采集的数据;再将维数降低后的新数据集分两次分析,一次直接进行机器学习,另一次进行归一化处理后再进行机器学习。在机器学习中,其中的70%作为训练集,剩余的30%作为测试集,输入数据为各组样本X射线吸收光谱,输出数据为模型预测的塑料薄膜厚度。同时,为降低随机性导致的误差,多次训练,以平均的准确率来评价厚度估计的效果。最后,对比分析实验数据的结论是,当误差包容度设置为50μm时,使用归一化处理后经机器学习的X射线吸收光谱法测量塑料薄膜厚度的准确率可以达到98.4%。同时,只要增加原始光谱数据的样本数,并有效规划不同厚度的采样分布,理论上可以大大提高该方法的精度,而且可以推广到其他材料的测厚任务。与市场上的其他测厚方式相比,X射线吸收光谱法测厚具备无损检测、快速检测以及适用范围广的优势,这对于丰富厂家生产线以及相关监管部门的塑料薄膜测厚技术、提高测厚效率、提升测量准确率具有较好的应用前景。

竞争法免疫层析试条的数学模型与仿真研究

根据竞争法免疫层析试条的检测原理,本研究将其分为TwA和TnA两种模式,结合对流扩散方程分别建立其数学模型,并运用COMSOL软件对试条的动态反应过程进行仿真,得到检测线和质控线上各复合物浓度关于各影响因素的关系曲线。在TwA模式中,分析了待测物浓度[A_0]=0~20 mol/L,标记物浓度[P_0]=0.01~100 mol/L,检测线位于5~20 mm位置等因素对于检测结果的影响;在TnA模式中,分析了[A_0]=0~20 mol/L,[P_0]=0.01~100 mol/L,[A_0]和[P_0]两种物质浓度及孔隙率等因素对于检测结果的影响。结果表明,本研究建立的竞争法模型与仿真能探究各参数对于检测结果的影响,优化试条性能,从而提高试条检测灵敏度和实现定量检测。

串联石墨烯与光波导复合结构的分光与光电转换一体器件特性研究

提出一种在光波导上集成石墨烯的新原理分光器件,采用十字结构波导,且使用可扩展的串联形式进行分光,并设计了耦合结构,此分光器件应用于红外波段。经comsol软件对该器件的分光特性进行仿真测试,结果显示此结构不仅分光效率高,而且耦合结构具有输入输出损耗小的优点。

红外多光谱遥感数据的校准

主要介绍了一种对由特定红外图谱一体化系统采集的光谱数据进行校准与分析的方法。在实验部分,首先对得到的设定已知特定温度的黑体红外光谱数据进行归类和整理,然后在最大保留特征信号的条件下利用不同的滤波算法与滤波窗宽尽量消除信号噪声,并采用偏最小二乘算法对所得信号进行校准,使之与理论值相符。最后利用校准结果构建数学模型,并考虑主成分个数这一概念,检验模型准确度。通过数据分析可知,由这个特定红外图谱一体化系统采集的光谱数据经偏最小二乘算法校正后与理论值相近,此时能够拟合出校正数列与波数之间的函数关系,且受温度影响较小。

燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法(VOF)方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。

环境温湿度对静电纺丝稳定喷射的影响

从静电纺丝射流过程的基本原理出发,结合环境温湿度对同种溶液性能参数和静电纺丝过程中针尖处电荷和介电常数的影响进行理论分析,在现有实验设备的基础上增加了环境温湿度控制系统,通过其实现定温度变湿度、定湿度变温度和综合条件下的低温高湿、中温中湿、高温低湿三组参数进行实验。结果表明,湿度和温度对于静电纺丝过程中针尖之间以及针尖与接收装置之间的挂丝现象和成膜性都有影响,高温低湿的环境可以获得相对稳定且成膜性较好的纤维形貌,而且纤维膜的直径比较均匀,集中在200~350 nm。研究环境温湿度对静电纺丝稳定喷射的影响规律,有助于提高其产业化的可能性。

多射流静电纺丝稳定性的影响分析

为了使静电纺丝过程高效稳定,明确多射流喷头电场分布规律与控制策略,开展结构优化、减少电场抑制,提出了一种新的静电纺丝多射流喷头——错列喷头。从理论分析了多射流存在边缘现象的原因,开展单列、双列、错列喷头的电场仿真分析。结果表明,无论何种结构,随着喷头中的针头间距由15 mm增加到30 mm,边缘效应减弱而电场强度增加,但针头间距的增加必然导致射流密度降低;和单列喷头相比,双列喷头有增加射流密度的优势,是批量生产的最普遍方法,但其电场强度均低于单列喷头且边缘效应有所加强;错列喷头因针头间距的互补而在提高射流密度方面有一定的优势,电场强度和边缘效应均优于针头间距15 mm双列喷头而劣于针头间距30 mm喷头。总之,错列喷头在保证一定的射流密度条件下,可获得相对较高的电场强度。这为多射流静电纺丝过程的稳定和持续提供了技术保障,为后续多针头喷头规模化生产的设备制造提供了研究基础。

新工科背景下《互换性与技术测量》教学模式改革研究

针对当前《互换性与技术测量》课程教学中存在的知识点相对独立、教学过程与工程应用存在较大脱节、难以满足“新工科”背景下课程与知识创新的要求等问题,文章以成果产出为导向,开展课程内容的分层与归类,引入知识模块进行知识梳理与教学组织的重构,实现知识讲授、小组讨论、动手实践等教学环节的有机融合,完成教学闭环,提升案例教学效果。此研究可以较好地推动课程与知识创新,具有较好的实践意义。

柔性湿度传感器低温直写制备

三维导电结构的低温、高结合力直写喷印是柔性电子复合器件制造应用所面临的挑战。本文基于银氨络合机理制备出可用于三维导电结构成型的无颗粒直写溶液,克服了金属颗粒团聚的问题,做到了长期保存。50℃低温烧结条件下,银氨络合溶液制备的导电纤维与银纳米颗粒溶液制备的导电纤维相比导电性能优异,电阻低至365Ω/mm。银氨络合溶液直写制备的纤维结构与柔性基底之间有着强附着性,并具备良好的自堆叠特性,可以通过调节纤维堆叠层数在10层到50层变化,控制导电纤维的电阻在6.7~34.1Ω/mm范围内改变。在不同饱和盐溶液建立的湿度环境下,对基于银氨络合溶液设计的湿度传感器进行测试,传感器展现出良好的湿度响应性能,迟滞低至3.2%,同时在湿度循环变化下实时响应效果优良。无颗粒直写溶液在制备柔性电子产品方面有着可观的前景,并且在运动检测和健康管理等领域有广泛的应用。

3D打印燃气轮机天然气喷嘴的流场仿真分析

开展3D打印天然气喷嘴流场仿真研究,为小型化燃气轮机控制技术的提升奠定基础。利用Solidworks、ANSYS ICEM CFD软件进行3D打印天然气喷嘴模型建模和网格划分,基于FLUENT仿真完成不同压力工况下稳态天然气喷射流场的数值模拟计算。在天然气喷嘴外流场中形成的几何回流区会随着供气压强的增大而消失,中心回流区会随着工况压力的增大而逐渐向下游区域移动;天然气喷嘴的体积流量会先随着供气压强的增大而增大,供气压强大于0.15 MPa时体积流量逐渐饱和趋于平缓;质量流量随着压力工况的增大而呈线性增大;在距离喷嘴出口70mm处的不同压强工况下的不均匀度小于0.37。从仿真上研究天然气的分布以及气流的流动特性为3D打印喷嘴安全稳定运行及合理组织流场提供参考依据,为3D打印技术在燃气轮机制造中的应用提供了理论基础。