适用于工程仿真的大涡模拟与化学反应模型

针对大尺度气体爆炸工程问题数值模拟的需求,基于层流火焰厚度与初始压力的关系,改进了传统的增厚火焰模型,使增厚因子能够根据当地压力自动调整大小.同时,基于开源程序Canter和遗传算法,提出了能够准确计算层流火焰速度、火焰面厚度及其随压力变化的多组分单步化学反应模型.集成发展的大涡模拟、化学反应模型与多组分反应流有限差分计算程序,开展了封闭管道氢气空气爆炸数值模拟.通过与试验对比,研究了大涡模拟模型、网格大小、化学反应模型对计算结果与效率的影响.结果表明:相比于详细反应模型,新单步氢气空气简化反应模型节省了60%的计算时间,极大提高了气体爆炸三维数值模拟的计算效率.

基于遗传算法的气体爆炸化学反应简化模型及其应用

针对火焰加速和爆燃转爆轰数值模拟中由于总包反应机理的化学反应刚性导致的时间步长小、计算效率低等问题,提出了一种通用的气体燃料爆炸化学反应模型简化方法.建立了基于遗传算法的简化反应模型Arrhenius参数寻优设计方法,使简化反应能够得出与详细反应机理量值相近的火焰特征参数,最大误差不超过5%;在此基础上,将构建的简化反应模型与多组分反应流体Navier-Stokes方程进行耦合,采用大涡模拟方法实现气体燃料爆炸化学反应过程的高效精确模拟.以开敞空间的氢气爆炸过程模拟对提出方法进行验证,仿真及实验对比结果表明,提出的方法能够以较高的效率和精度对实际物理过程进行近似,弥补详细反应机理仿真效率过低的不足,对各类气体爆炸化学反应过程具有较好的适应性.

考虑化学反应模型的CH4非预混燃烧过程数值仿真

为探究化学反应模型选取对甲烷(CH4)燃烧模拟的影响,同时促进天然气能源的高效利用,采用FLUENT软件对甲烷在燃烧器中的燃烧状况进行了数值模拟,分析了5种化学反应模型对甲烷燃烧效率、火焰形态、燃烧残余温度及NO排放等特性的影响。结果表明:组分PDF输运模型和涡耗散概念模型在甲烷的燃烧模拟中更有优势,甲烷的燃烧效率、燃烧残余温度均达到了较高的水平,其中组分PDF输运模型下组分间的反应更为充分,气体出口残余温度可达681.972 K;燃烧域内的火焰峰值温度与NO的排放呈现正相关的特点;涡耗散模型下燃烧反应的火焰峰值温度最高(2 280 K),但其生成的NO有害气体也最多,同时该反应下的燃烧残余温度较低;湍流动能与燃烧温度也呈现出正相关的特点,燃烧域内湍流动能大小在一定程度上影响甲烷的燃烧效果。

基于“刺激-机体-反应(SOR)”模型的新质生产力响应机制及提升路径研究

新质生产力是在传承、吸收和发展传统生产力的基础上演变而来,是现阶段中国高质量发展目标下充分发挥科学技术创新的带动引领作用,从而实现智能化数字化绿色化融合及创新链产业链资源链深度融合的新型生产力。新质生产力是新时代生产创造过程中的新力量,它的形成和发展遵循条件刺激、机体感知、行为响应的基本逻辑,但目前缺乏对此作出系统理论阐释以及响应机制的相关研究。而在“刺激-机体-反应(SOR)”模型中,刺激、机体和反应三者之间因果明确、逻辑清晰,能够很好地分析在不确定环境影响下生产力发生颠覆性变革的成因和响应机制。因此,尝试利用SOR模型阐释新质生产力形成发展的理论逻辑:从理论和历史的角度探析新质生产力形成的条件刺激,从劳动者、劳动资料、劳动对象剖析新质生产力形成的机体感知,从现实逻辑出发寻找新质生产力形成的行为响应;基于此,构建新质生产力形成发展的“5R”响应机制,包括科技创新响应机制、高素质人才响应机制、智能数字响应机制、现代化产业响应机制、新型要素响应机制,并从加强科技创新驱动、建设高素质人才队伍、完善新介质传导机制、加快培育现代化产业、强化资源设施基础等5个方面提出大力发展新质生产力的具体路径。

一类时间离散反应扩散对流模型的全局动力学

时间离散空间连续的反应扩散方程模型是描述物种扩散行为的一类重要的研究工具。考虑到物种除了随机扩散外还会存在依赖于局部环境的扩散,文章建立了单个物种关于时间离散空间连续的反应扩散对流模型,然后利用主特征值理论分析了模型平衡点的存在性和稳定性。研究表明,加入依赖于局部环境的扩散对种群的生存是有利的。

DRG付费下康复患者住院费用和住院天数的影响因素研究——基于双反应变量多水平模型

目的:分析康复住院患者的住院费用和住院天数的影响因素并比较影响程度,为推进医保支付方式改革提出建议。方法:选取2020—2021年四川省193家医院收治的康复病例,采用双反应变量多水平混合效应模型,分析不同医院、患者住院费用和住院天数的差异及其影响因素。结果:医院级别与类型、是否纳入DRG付费、核心疾病诊断相关组(ADRG)分组,患者的性别、年龄、手术等级、合并症与并发症,均是影响两反应变量的重要因素;其中,年龄、合并症与并发症、三四级手术、医院级别与类型主要影响住院费用,DRG付费、ADRG分组(BX1除外)、性别、一二级手术主要影响住院天数。结论:不同因素对康复患者住院费用和住院天数的影响程度不同,医院应在住院费用和住院天数控制策略上有所侧重,加强对康复患者ADRG分组管理的同时,积极探索适合康复病例的医保支付模式。

具有对流项的单种群时滞反应扩散模型的稳定性和Hopf分支

考虑了Dirichlet边界条件下具有对流项的单种群时滞反应扩散模型.通过分析模型在空间非齐次稳态解处线性化模型的特征值问题,获得了模型空间非齐次稳态解的稳定性以及Hopf分支的存在性.

基于耦合神经网络反应扩散模型的图像增强方法研究

随着人工智能技术的迅速发展,图像处理已经广泛应用于交通、医疗、农林、航空航天等领域,并且对图像质量要求也越来越高。针对图像增强问题,提出了一种利用神经网络模型,将FitzHugh-Nagumo反应扩散模型转变为微分动力系统的方法,来改进耦合神经网络,引入自适应的阈值,得到耦合神经元的非线性动力学模型,利用此模型可使图像对比度得到提升,起到增强图像的效果。该模型的适用面更广,图像对比度拉伸效果更好,视觉增强效果更为明显。

反应-扩散logistic模型前向欧拉法的数值Hopf分支

利用前向欧拉法研究具有二阶混合时滞和瞬时密度制约的logistic反应扩散种群模型,并对其数值离散系统的动力学问题进行分析。随着时滞的增加,证明了在正平衡点处出现了一系列Hopf分支,分析了不动点的稳定性。最后,通过数值模拟验证理论结果的正确性。

一类具有交叉反应扩散的捕食-食饵模型的动态分歧

考虑一类具有Holling-Ⅱ型功能反应函数的交叉反应扩散模型在非齐次Dirichlet边界条件下的动态分歧问题.首先,用谱分析理论得到对应的线性化问题特征值的临界穿越条件;其次,选取环境承载系数为分歧参数,利用中心流形约化和动态分歧理论得到该系统的动态跃迁类型和分歧解的解析表达式.最后,利用有限差分法,在不同的参数情形下给出系统的斑图变化模式.

具有季节性反应扩散疟疾模型的全局动力学

疟疾是一种由疟原虫引起的传染病,它是通过成年雌性按蚊叮咬而引发的人与人之间传播。为了探讨空间异质和季节性对疟疾传播的影响,建立了一类周期的反应扩散模型。鉴于蚊子总密度趋于一个正的周期解,故对原系统的研究转而讨论其极限系统。首先定义了模型的基本再生数R_(0),然后利用单调次齐性系统理论表明了R_(0)是决定极限系统全局动力学的一个阈值参数。具体地说,当R_(0)≤1时,无病周期解是全局渐近稳定的;而当R_(0)>1时,模型存在唯一正的周期解且它是全局渐近稳定的。最后,利用链传递集理论将极限系统的动力学提升到原系统。

一个含对流项的反应扩散捕食模型正解的存在性

本文研究了一个含对流项的反应扩散捕食模型正解的存在性,该模型描述了两物种间的捕食关系及捕食者选择在远离高密度食饵区域捕猎的倾向.基于模型正解的先验估计,本文利用特征值理论和齐次化理论获得了模型正解关于两物种增长率的不存在性,然后利用分歧理论获得了模型正解在某些参数条件下的存在性.

基于SP+模型的三元锂离子电池基本反应模型参数修正研究

通过改进单粒子模型(SP+模型)对电池基本参数进行预测及限制负极电位来获得充电安全边界是快充策略应用的有效评估方法。SP+模型需建立在三电极电池的基础上,在各种特性上与真实电池有一定的区别,这导致利用负极电位评估方法在预测精度上存在一定的差异。针对上述问题建立电池基本反应模型,将修正因子导入到涉及SOC、正负极电位、正负极嵌锂浓度的电池平衡电动势表达式中,设置相应的测试计划对修正因子进行标定,实现在25℃和特定SOC情况下对三元锂离子电池平衡电动势及正负极电势预测精度的提升,为后续安全边界评估开路正负极电位预测值提供参考。

基于CAS理论的危化品物流供应链反应模型研究

危化品的安全风险问题一直引发社会各界的广泛关注,本文基于复杂适应系统(CAS)理论,探索危化品物流供应链在面对外界变化时的反应模型,揭示危化品物流系统主体具有自适应性,整个系统是主动的、积极的动态演化的复杂性过程。基于CAS理论中的刺激一反应模型,揭示了危化品物流供应链主体相互作用,通过探测器、规则集,最终改进运行机制的一系列过程,期望对危化品物流供应链的管理模式提供一定的理论支持。

随机植物-地表水反应扩散模型的长期演化行为

该文研究在干旱平原环境下随机植物-地表水反应扩散模型的长期演化行为.首先,利用压缩映射及逼近的方法证明了该模型存在唯一的温和解,并且该解关于初始值是连续依赖的.其次,通过比较定理构建了一个新的估计量,给出了该模型的解在均方意义下的灭绝性和持久性,从而进一步证明了模型温和解的马尔可夫性和不变测度的存在性.最后利用Chebyshev不等式、H lder不等式和弱收敛方法,证明了该模型的大偏差结果.

耕地“非粮化”演化机制与治理策略——基于刺激—反应模型的案例研究

研究目的:梳理耕地“非粮化”演变阶段特征,探究耕地“非粮化”演化过程中环境与农户主体作用的内在机制。研究方法:单案例研究法,访谈法、问卷调查法。研究结果:(1)基于刺激—反应理论模型构建的耕地利用系统演化历程特征与复杂适应系统特征十分契合;(2)在宏观实践演绎中,不同类型农户主体不断调整自身行为以适应外部环境,最终推动耕地“非粮化”演化经历了自组织萌芽—自适应发展—他组织优化三个阶段;(3)从微观主体反应来看,不同主体的“非粮化”行为趋向存在差异。家庭劳动力约束与资本约束较弱的农户主体对于外部环境反应更加明显,反之则反应较弱。研究结论:耕地利用系统具有情景依赖特征,可以从系统自组织、系统他组织、系统要素协同三方面构建耕地“非粮化”调控措施。

面向慕课学习者评估的认知反应模型

认知诊断模型从学习者的认知结构出发,建模学习者与试题之间的潜在关系,结合智能算法并根据试题作答结果可评估学习者的知识水平.大多数认知诊断模型是将学习者的高阶能力特征视为单维,忽视了后天努力的影响.为此,本文提出了一种考虑能力特征与努力特征相互补偿的具有二维高阶特征的新认知诊断模型——认知反应模型(Cognitive and Response Model,C&RM).该模型通过设置能力特征与努力特征相互补偿机制来融合两高阶特征参数以精准建模学习者的知识水平.同时,还构建了知识点弱项特征参数,以综合考虑学习者的知识水平与不同知识点对作答试题的影响,进一步提高模型的解释性和预测精度.采用自建的HNU_SYS数据集和Math1,Math2,FrcSub公共数据集,通过实验对比分析了C&RM模型、最新的认知诊断模型和经典诊断模型.当数据训练集为70%最佳比例时,C&RM在4个数据集上分别比次优方法提升了6.3%,4.3%,3.3%,5.2%,其预测性能最佳,验证了本文模型的可行性和有效性.

热刺激约束DNAN基不敏感熔铸炸药装药点火后反应演化调控模型

针对热刺激下熔铸炸药点火时基体炸药已处于熔融液化状态,反应产生的高温气体以气泡云形式在液态炸药中扩展和反应的物理特性,考虑燃烧气泡云尺度分布和激活发展机制,建立了熔铸炸药点火后燃烧气泡云反应演化调控模型,可较好地反映炸药本征燃烧速率、壳体约束强度、装药结构尺寸、预留空气隙体积、泄压孔面积等对装药反应演化过程和终态反应度的影响规律,并通过与实验结果对比验证了模型的适应性。结果表明:随着壳体约束强度和装药尺寸增加,装药自增强燃烧速度增长越快,装药反应烈度增大;通过泄压孔结构冲开阈值和泄压孔面积的匹配设计,实现装药反应烈度控制,在本研究装药条件下,泄压孔面积占壳体总面积达8.6‰时可控制装药反应烈度为燃烧,为装药热安全性设计和烈度评估提供理论依据。

基于化学杂化和官能团相似耦合方法的RP-3航空煤油反应动力学简化模型构建

真实航空燃料通常包含几十至上百种组分,直接构建其化学反应动力学模型十分困难。本文利用官能团相似法(SCFG),结合实测RP-3航空煤油组分比例,提出了RP-3四组分模型替代物。利用流动反应器,获得了温度为550~1150K,压力为0.1 MPa下RP-3热解数据,基于化学杂化方法(Hybrid Chemistry),构建了以真实RP-3为单一原始组分的航空煤油化学反应动力学模型(XJTURP3-2021),模型得到宏观点火延迟、层流火焰速度以及微观组分浓度系统验证。基于误差传递的直接关系图法(DRGEP)和全局敏感性分析(FSSA)对模型进行简化,获得含41种组分、212个基元反应的RP-3简化模型(XJTURP3r-2021)。与详细模型和实验数据对比发现,XJTURP3r-2021能较好地复现热力边界对RP-3基础燃烧特征影响规律,为解决CFD仿真对反应源项初始组分数量约束和计算精度固有矛盾提供新思路。

模型建构、解释及预测系列(2):原子模型的变迁

在物质科学领域(包括科学、物理、化学)中有大量的模型,帮助我们更好地了解科学现象或原理,如原子模型、光的传播模型、受力模型、化学反应模型等。