基于算粒感知的可重构体系结构

高性能计算要解决的应用任务复杂多样,不同的应用任务具有不同的计算特征,在不同体系结构下计算效率差异巨大。为此,通过感知应用任务的计算-存储-通信(PMC)的资源需求,得到其PMC算粒,分配与其匹配的体系结构,使用超图描述应用任务程序结构和体系结构,利用超图同构原理构造超混合异构体系结构模型。实验结果表明,在应用任务的算粒感知驱动下,可重构体系结构模型具有计算效率高和能耗低的特点。

面向密码领域可重构算粒集的提取验证

针对CPU上计算机指令的执行消耗大量的资源,以及FPGA的通用,提出专用领域可重构算粒集的概念。算粒集的执行并非按指令执行,以硬件可重构方式完成不同粒度的功能单元实现,减少大量资源的消耗,同时专用于密码领域。以密码领域WinZip口令恢复的算粒集的提取验证为例,在不同平台上使用与未使用可重构算粒集实现WinZip口令验证,充分说明了在密码领域使用可重构算粒集的优越性。

求解多维粒数衡算方程的高阶紧致差分方法

多维粒数衡算方程(MPBE)描述颗粒过程中两个或两个以上内在变量的粒度分布情况。由于大多数PBE缺乏解析解,通常需要采用计算昂贵的高阶或高分辨率(HR)方法来获得精确的数值解。如何高效、准确地获取数值解是其面临的挑战。针对以上问题,提出一种结合维度分裂的改进的高阶紧致差分(HOCD)方法,该方法能够使数值解具有四阶精度。采用维度分裂方法将多维问题分裂为几个一维问题,将分裂后的一维方程在时间和空间上进行离散,得到HOCD的三对角格式,并通过Tomas算法进行求解。在某些情况下,还进行了变量代换。除此之外,利用von Neumann稳定性分析方法证明了其稳定性。与HR方法相比,HOCD具有更高的计算精度和效率,且无严重的数值扩散。多个数值模拟证明了该方法的有效性。

工业结晶过程的多相流与粒数衡算的CFD耦合求解

考虑不同尺寸的晶体为不同的分散相,通过有限体积法差分不同尺寸组的晶体求解粒数衡算方程,建立了质量衡算与粒数衡算之间的联系,在考虑晶体成核和生长的条件下,建立了稳态结晶过程的粒数衡算方程与多相流方程的耦合求解方法,得到了工业结晶过程的计算流体力学模拟模型。使用商业软件ANSYS CFD,采用该模型对DTB型工业结晶器中氯化钾-水体系的结晶过程进行了模拟,最终获得不同尺寸晶体的流场和固体含量的分布信息,从而实现结晶过程的仿真模拟。对部分模拟结果与实验值进行了比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。

精馏塔板相界面积的粒数衡算模型

通过对气液湍流系统中气泡的动力学行为进行分析推导出气泡破碎速率与聚并速率的表达式 ,在此基础上建立了描述气泡分散特性的粒数衡算模型 .求解粒数衡算方程可以计算精馏塔板上气泡的粒度分布以及气液相界面积 ,模拟计算的结果与实验测量的数据相当一致 ,证明可以利用粒数衡算模型较准确地预测气液湍流系统的分散性质 .

求解考虑颗粒凝并的通用动力学方程的多重Monte Carlo算法

MonteCarlo(MC)方法被广泛用于通用动力学方程的求解,然而普通MC方法的计算代价较高而计算精度不稳定· 提出一种新的多重MonteCarlo(MMC)算法来求解GDE,该算法同时具有基于时间驱动MC方法、常数目法和常体积法的特点· 首先详细介绍了该算法,包括加权虚拟颗粒的引入,MMC算法的计算流程,时间步长的设置,颗粒是否发生凝并事件的判断,凝并伙伴的寻找,凝并事件的后果处理· 然后利用MMC算法对存在理论分析解的5种特殊工况进行数值求解,模拟结果与理论解符合很好,证明MMC算法具有良好的计算精度和较低的计算代价· 最后分析了不同类型的凝并核对于凝并过程的影响,常凝并核和连续区布朗凝并核对小颗粒影响大一些。

集成过程分析技术和群体粒数衡算模拟的药物材料造粒过程决策支持系统

通过集成在线近红外光谱仪、实时图像采集与处理系统和群体粒数衡算模型,开发了高剪切湿法造粒过程的决策支持系统(Decision support system,DSS)。利用近红外光谱仪和图像系统实时测量多个过程变量和产品质量指标,包括粉体混合均匀度、颗粒粘合剂含量、粒径分布以及团聚、破裂行为等,能够快速确定过程操作空间。同时,由过程分析平台得到的信息经分析处理后输入工艺过程模型模块,用于估算和校准群体粒数衡算模型中的团聚和破裂速率常数,以此持续提高模型精度。另一方面,模型可以指导实验体系寻找最优操作空间。该决策支持系统成功应用到了以微晶纤维素和甘露醇为原料,3%聚乙烯吡咯烷酮水溶液为粘合剂的高剪切湿法造粒过程中,对两个粘合剂喷淋速率下的造粒过程进行监测。DSS认定粘合剂喷淋过程分为四个阶段:润湿期、成核期、快速生长期和慢速生长期。不同阶段之间的分界点与粘合剂喷淋速率有关。在较高喷淋速率下,颗粒进入成核期和快速生长期所需粘合剂较少,但是对颗粒最终粒径无明显影响。此外,通过近红外光谱测定混合均匀度,确定了粉体的混合终点。该DSS系统将基于过程分析技术的高效实验和过程模拟结合,可以快速确定操作空间以及颗粒的生长行为,实时提供大量数据用于持续提高模型精确度和稳健性,提高造粒过程的优化效率。

甘露醇喷雾干燥过程中液滴粒度分布变化的群体粒数衡算模拟和实验研究

利用群体粒数衡算(population balance,PB)计算机模拟和实验研究了甘露醇水溶液的喷雾干燥过程中液滴的粒度分布的变化规律。液滴干燥过程中的颗粒粒度的萎缩速率,在群体粒数衡算模型中描述为液滴的逆(或负)生长项,通过单个液滴反应动力学方法 (reaction engineering approach,REA)获得。基于单个液滴干燥的反应工程方法模型REA和群体粒数衡算模型PB集成建立了PBREA模型。PBREA模型的求解是通过高分辨率数值方法。本文模拟研究了不同工况下,不同粒径液滴的干燥时间、液滴平均含湿量以及液滴粒度分布随时间的变化。结果显示,液滴粒径越大,干燥时间越长,模型预测的颗粒平均粒径为实验值的1.0～1.5倍,粒度分布跨度是实验值的0.61～0.89倍。模拟误差主要来源于液滴及颗粒粒径分布统计精度、单个静止液滴与群体运动液滴干燥的差异、热导率及扩散系数是经验值3个方面。在使用Buchi 290小型喷雾干燥仪进行的实验中,使用了图像采集和分析方法得到了液滴及颗粒的数密度分布,并和模拟结果做了对比。结果表明该模型可以有效地预测喷雾干燥过程中干燥颗粒的平均粒度及分布跨度。

粒数衡算与多相流耦合求解刮削制冰的晶粒特性

在考虑晶粒成核、生长、聚并和破碎的情况下,采用分组法求解粒数衡算方程,通过耦合粒数衡算与多相流方程,建立了多尺度的结晶模型,模拟了表面刮削式制冰装置内水的动态结晶过程,获得不同温度、刮削速度、制冰时间等外界条件下晶粒数密度分布、云图等信息,分析了外界宏观条件对水的动态结晶过程的影响。结果表明:由于碰撞引起的晶粒聚并和破碎使得晶粒的尺寸分布更为集中和均匀;在过冷温差(流体局部温度与水的相变温度差值)不大于20℃,刮削速度不大于10r·s-1范围内,降低壁面温度、增加刮削速度可以加速水的结晶与生长。

利用Monte Carlo方法求解粒数衡算方程分析影响气泡分布的各种因素

精馏塔板上气泡尺寸分布是计算精馏塔板效率以及设计和操作精馏塔的关键参数 ,为了对它进行更好的预测 ,文中以Kolmogoroff各向同性湍流理论为基础并结合概率理论 ,利用计算机图形处理技术对气泡的聚并和破裂现象进行观察研究 ,分析气泡的聚并和破裂机理 ,采用MonteCarlo模拟技术求解粒数衡算方程 ,对影响精馏塔板上气泡尺寸分布的各种因素进行研究分析。求解结果与实验数据相吻合并显示气泡尺寸分布为对数正态分布 。

基于拟态计算的大数据高效能平台设计方法

针对当前大数据应用主要以通用处理器为计算核心,且系统结构单一、能效比低,无法充分满足大数据的计算需求,基于拟态计算模型,提出了一种大数据高效能平台的设计方法。以算粒为基本研究对象,深入剖析大数据应用算法的特征,合理划分各计算子任务;其次,构造体系结构匹配矩阵,将子任务分配到合理的处理部件上;最后,利用动态电压/频率调节技术和数据布局算法实现非关键任务的电压控制,并优化关键任务的结构布局。实验结果表明,拟态计算能深度融合各异构计算部件,建立具有灵活、可拓展的体系结构,充分发挥系统整体执行效率,降低功耗,提高能效比。

间歇结晶过程中几种可能的粒度分布

对间歇溶液结晶过程, 依据粒数衡算方程, 在忽略二次过程如聚集、破碎和老化等且混合良好情况的假设下, 采用分离变量方法对粒度相关生长或生长分散的粒度分布进行理论分析, 推导出间歇结晶过程中的几个粒数密度与结晶时间和晶体粒度的关系式. 这些关系式可以用于间歇结晶过程中, 选择合适的晶体生长机理与测定线性晶体生长速率, 预测粒度分布与优化结晶过程, 以及回归粒度分布. 结果表明, 本方法在溶液结晶过程中具有良好的应用价值.

旋转液膜反应器间隙对晶体粒径影响的研究

采用适当的边界条件,联立N-S方程、对流-扩散-反应方程和粒数衡算方程,通过CFD模拟旋转液膜反应器中硫酸钡的沉淀反应,得出了不同转速条件下3个不同间隙晶体的体积平均粒径变化及粒度分布。结果表明:增大转速或间隙使晶体粒径变小、粒度分布变窄;粒径对转速的偏弹性大于对间隙宽度的偏弹性。并通过与实验值对比验证了方法的可靠性。

考虑粒径分布的活性炭吸附过程模拟

基于粒数衡算模型建立了考虑粒径分布的吸附过程模型。研究了球形活性炭吸附剂的粒径分布对其吸附性能的影响,通过对比采用粒径分布和平均粒径预测的结果,证明颗粒的粒径分布的影响是显著的。使用平均粒径预测的吸附量在吸附前期低于考虑粒径分布的预测值,而在接近平衡时会高于考虑粒径分布的预测值。忽略粒径分布的影响,会低估达到预期吸附量所需时间。以所研究的案例为例,达到97%平衡吸附量需要时间被低估了13.9%。当要求精确预测吸附剂的性能时,需要考虑粒径分布的影响。

间歇冷却结晶过程模型参数及操作敏感性分析

针对结晶模型中动力学模型参数和操作参数的不确定性,以间歇冷却结晶过程为研究对象,考虑了基于粒数衡算模型的三种简化结晶过程,评估了参数对产品晶体尺寸分布(CSD)和细晶形成的敏感性。在确保修正Morris筛选法和PAWN法收敛的情况下,分别定量分析了12个参数对晶体生长(CG)、晶体生长-成核(CGN)和晶体生长-成核-溶解(CGND)三种结晶过程模型有关产品指标的局部与全局敏感性,并进行了参数敏感性排序。结果表明,对于不同复杂度的模型情况,参数的敏感性有所不同。针对产品CSD,参数μ、C0、b和m0在CG和CGN中表现出显著敏感性,参数在CGND中不敏感;针对细晶,参数b、g和C0在CGN中表现出显著敏感性,参数C0、T0、g、b和μ在CGND中表现出敏感性。通过敏感性分析法可以对不同结晶过程筛选出最重要的扰动参数,这将有助于指导鲁棒优化设计中选择需要考虑的模型误差和操作条件扰动。

基于CFD-PBE耦合的连续结晶过程数值模拟

通过CFD(计算流体力学)与PBE(粒数衡算方程)耦合对连续结晶过程进行数值模拟。采用QMOM(积分矩方法)求解PBE。在考虑成核、生长、聚并和破碎的情况下,通过网格独立性验证确定计算网格数量。在此基础上研究挡板设置、停留时间、搅拌转速以及搅拌桨类型等因素对CSD(晶体粒径分布)演变的影响,结果表明:挡板的设置增强了结晶器内湍流程度;高转速和低停留时间会获得平均粒径较小的颗粒。对比3种搅拌桨对CSD演变的影响,轴流式的螺旋桨功耗小,适用于大颗粒晶体结晶过程,而径流式的圆盘涡轮桨适用于微粒结晶过程。

氯化钠在乙二醇溶液中结晶过程模拟

采用多相流与粒数衡算方程的耦合求解,利用ANSYS15.0来模拟乙二醇脱一价盐闪蒸罐中的结晶过程,得到晶体的粒度分布和结晶过程的过饱和度分布等参数。研究结果表明,流体在闪蒸罐内能够很好的流动,模拟能够得到晶体在闪蒸罐中生长、沉降的状况,模拟得到的晶体粒度分布与实验结果具有较好的一致性。通过选择适当的参数模拟,可以更好的对结晶过程进行分析,为优化乙二醇脱一价盐闪蒸罐结构和操作参数提供指导,节约实验成本。

环丙沙星冷却结晶动力学测定

依据粒数衡算方程 ,采用分离变量方法求解粒数密度函数表达式 ,依据该方法通过加晶种的间歇冷却结晶实验研究了环丙沙星在 2 3% (体积 )水 /乙醇溶液中的结晶动力学数据 ,得到了结晶动力学方程 ,为工业结晶动力学的测定、结晶特性辨识。

控制结晶法制备球形磷酸铁的团聚尺寸模型

磷酸铁是制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的主要前躯体之一,磷酸铁的形貌和粒度大小对磷酸铁锂材料的电化学性能有较大影响。为了更好地实现磷酸铁的可控制备,有效改善磷酸铁锂的电化学性能,文中采用硝酸铁和磷酸反应合成磷酸铁的液相结晶控制工艺,研究了反应结晶釜中反应物浓度、温度、搅拌速度与沉淀物颗粒粒径之间的关系,结果表明:沉淀物颗粒粒径随反应物的浓度的增大和反应温度的升高而减小,随搅拌速度的增加,粒径首先变大,当到达最大粒径后呈减小趋势。并且在团聚和破碎动力学的基础上通过经典的粒数衡算方程建立该反应的团聚尺寸模型,然后根据沉淀反应过程的实验数据获得所建模型的相关参数,通过模型计算值和实验值的比较验证了模型的可靠性。

Dynamic compensation for sensors based on particle swarm optimization and realization on LabVIEW

In shock wave＇s pressure testing,a dynamic compensation digital filter is designed based on particle swarm optimization （PSO） algorithm.Dynamic calibration experiment and simulation are conducted for the pressure sensor.PSO algorithm is applied on Matlab platform to achieve optimization according to input and output data of the sensor as well as the reference model,and the global optimal values got by optimization become the parameters of the compensator.Finally,the dynamic compensation filter is established on LabVIEW platform.The experimental results show that the data after processing with the compensation filter truly reflects the input signal.