真空羽流中相变过程DSMC仿真方法研究

真空燃气羽流快速膨胀过程中,其中的H_(2)O和CO_(2)等组元容易发生凝结相变现象.为了研究真空羽流中水蒸气的相变产物冰晶对羽流红外信号、侵蚀等污染效应的影响,开展羽流中相变过程的数值模拟方法研究.基于稀薄两相羽流双向耦合DSMC方法,采用经典成核理论和液滴生长理论,建立了真空羽流的相变过程的数值仿真方法.对水蒸气在拉法尔喷管中自凝结试验的仿真.通过与试验结果的对比,对经典成核理论进行了修正,对成核率给出了10^(3)的修正因子,可以得到与试验符合的仿真结果,表明对成核理论修正后,可以应用到稀薄流动的数值模拟中.对某发动机真空羽流相变流场的仿真,在核心区得到与CFD相近的结果.仿真结果表明,在羽流流场中,由于相变,存在较多的冰晶颗粒,在计算条件下,羽流核心区冰晶数密度最大达到10^(15) m^(-3)的量级,冰晶直径在约10^(-8) m的量级.在真空环境下,随着羽流向倒流区无限制膨胀,倒流区流场内也会出现一定数量的冰晶颗粒,数密度从10^(7)~10^(10)m^(-3)的量级,直径在5.0×10^(-10)m的量级.颗粒在空间的数密度、尺寸等分布与气相分布存在差异,需要开展相关污染效应的影响研究.

船舶阻力试验实船换算的蒙特卡罗仿真

为了评判试验数据可信程度和提高试验质量,对基于1+K法的船舶阻力试验实船换算进行蒙特卡罗仿真。结果表明:随着实船速度的增加,实船阻力和实船有效功率的标准不确定度分别从455 N,1.42 kW逐步增加至1558 N,10.96 kW,实船阻力和实船有效功率的相对标准不确定度分别从1.56%,1.56%下降至0.44%,0.44%;实船阻力和实船有效功率的蒙特卡罗仿真值分布左右对称,符合正态分布。

基于Beowulf集群的大电力系统可靠性评估蒙特卡罗并行仿真

研究了大电力系统可靠性评估并行仿真问题:分别采用状态采样法和系统状态转移采样法进行Monte-Carlo并行仿真。建立了与收敛判据相结合的任务分配拓扑结构,并根据2种采样方法的不同需要采用了不同的伪随机数生成方式,详细地分析了配合收敛控制的异步模拟过程,最后基于构建的Beowulf集群环境进行测试系统的可靠性评估计算。2种Monte-Carlo并行仿真方法均得到较高的加速比和并行效率,其可靠性指标的计算结果亦与串行环境下得到的结果基本保持一致。该文所做工作是对国外若干电力系统可靠性评估并行仿真研究的深入和发展。

蒙特卡罗方法仿真光在多层结构农产品中的传输及试验研究

通过对光与农产品相互作用物理本质的分析,采用一种求解光子在生物组织中迁移规律的蒙特卡罗(MonteCarlo)计算方法,并设计了基于Windows蒙特卡罗仿真软件。对大量光子进行仿真计算就可以获得漫反射率、平均光学路径、空间灵敏度图像等。利用液体模型的实测光学参数进行仿真,其结果与试验结果符合。进一步对多层结构的农产品样品进行了蒙特卡罗仿真研究,可为合理设计无损检测的传感器提供依据。

基于蒙特·卡罗方法的可靠性仿真过程模型研究

针对传统可靠性仿真过程缺乏准确度以及仿真结果缺乏可信度等问题,通过嵌入验证模块和反馈模块,给出了改进的可靠性仿真过程模型。深入分析了改进后的仿真过程模型的具体步骤,随后基于蒙特.卡罗方法设计并实现了相应的可靠性仿真算法。最后,应用Matlab软件进行了仿真实验分析。实验结果表明,改进后的过程模型能够显著提高可靠性仿真的效率和精度,对于系统可靠性分析具有良好的指导意义和实用价值。

基于动态故障树与蒙特卡罗仿真的保护系统动态可靠性评估

依据数字继电保护系统的功能和工作特点,提出一种保护系统动态可靠性的定量分析方法,旨在为寻找系统薄弱环节、提高保护设计及运行可靠性提供参考依据。首先,确立保护系统累积失效概率、可用度和基本部件概率重要度指标。其次,建立马尔科夫状态空间与动态故障树相结合的微机保护系统动态可靠性模型,提出基于动态故障树结构函数的蒙特卡罗仿真方法,以进行保护系统可靠性定量评估。最后以算例验证所提方法的有效性,并进行相关分析。结果表明该方法对保护系统可靠性评估、部件影响分析及薄弱环节识别具有参考价值。

一种用于序贯蒙特卡罗仿真的风电机组多状态可靠性模型

针对传统风电机组可靠性模型不适合序贯蒙特卡罗仿真的不足,利用基于马尔可夫链的解析方法建立了风电机组的多状态可靠性模型。通过对整个风电场的风况和风机的历史运行数据的统计,得出风机有功输出状态之间的转移率,利用基于马尔可夫链的解析方法求出每个风机状态出现的概率和该状态的平均持续时间。在此基础上,提出了用于序贯蒙特卡罗仿真的双重抽样方法。在Matlab中编制了风电机组多状态可靠性模型的仿真程序,并与常用的基于单重抽样方法的两状态模型进行比较分析。仿真结果表明了所建多状态可靠性模型和所提双重抽样方法的有效性,该模型能反映故障情况下任意持续时间的风机出力,从而提高了模型的准确性和应用范围。

可用输电能力评估的序贯蒙特卡罗仿真法

电力市场环境下,频繁的电能交易使系统运行的不确定性急剧增加。为保证系统的安全、可靠和经济运行,必须合理考虑不确定性因素的影响后,再对电网输电能力进行评估。该文提出了一种基于序贯蒙特卡罗仿真的可用输电能力(available transfer capability,ATC)计算方法,能综合考虑动态时变性和不确定性的影响,根据元件的运行特性及状态转移特性按时间顺序来仿真系统状态,并定义一系列的概率指标进行ATC评估。采用Matlab6.5编写相关的计算程序,通过IEEE39节点系统的算例分析,证明在ATC计算中,考虑不确定性和时变性因素的必要性。计算结果表明,该文提出的方法新颖实用,具有一定的工程应用价值。

电压骤降和瞬时供电中断概率评估的蒙特卡罗仿真

对动态电能质量中最主要的两个问题——电压骤降和瞬时供电中断进行了研究,提出了基于非序贯蒙特卡罗模拟和电磁暂态仿真相结合的电能质量概率评估新方法和相应的概率评估指标体系。算法利用蒙特卡罗仿真得到各种故障信息,并考虑保护设备的参数及各种故障类型,通过仿真程序PSCAD/EMTDC对蒙特卡罗模拟法随机产生的各种故障形态进行仿真计算,最后分析统计得到系统和敏感负荷点电能质量的各项概率指标。文中以RBTS标准测试系统为例进行了计算分析,算例表明了模型和算法的有效性。计算结果对规划调度有重要的参考价值。

基于半空间理论的蒙特卡罗输运仿真模型研究

本文在开发的支持反应堆可变异设计系统的基础上 ,研究了蒙特卡罗系统程序的建模机理 ,提出了CAD系统与MCNP系统的模型自动转换的设计思想 ,极大地提高了设计结果的仿真效率。

基于蒙特卡罗仿真方法的大尺寸测量不确定度分析

为评价大尺寸测量不确定度,特别是多站融合测量不确定度,引入蒙特卡罗仿真方法。该方法根据各传感器单元的概率特性重复采样,生成测量结果的样本,统计样本得到坐标测量不确定度,并利用计算机可视化样本的三维散点图。通过不同样本数对运算时间和准确性影响的实验,确定样本数为500。以激光跟踪仪为例进行实验,比较蒙特卡罗法、统计法和解析法三种方法得到的不确定度结果,吻合情况较好,其中与解析法比较最大偏差仅为2.7μm。实验结果表明,蒙特卡罗仿真方法可以准确评价大尺寸测量仪器及多站融合测量不确定度,融合精度优于各局部精度。

基于云模型的海上交通系统风险蒙特卡罗仿真

为扩展海上交通系统(MTS)风险的数据样本,更好地开展海上交通系统风险评估研究,有必要研究系统风险仿真中的模型与算法问题。在讨论不确定性信息中随机性和模糊性的基础上,引入云模型来取代概率分布参数下的蒙特卡罗仿真模型。经对无确定度的原始云特征参数求解,获得海上交通系统风险的还原云滴,有效增加海上交通系统风险数据样本,进而分析出风险数值仿真下的海上交通系统风险特征。通过有效性检验,云模型下仿真的变异系数比基于对数正态分布下仿真的结果更稳定。云模型下的仿真结果更准确地逼近原始样本的特性。风险的模糊性和随机性信息量化问题得到解决。

基于序贯蒙特卡罗仿真的配电网可靠性评估模型

提出了考虑线路容量约束和潮流分布的基于序贯蒙特卡罗仿真和时变负荷模型的评估配电网可靠性的模型。模型中切负荷策略综合考虑了停电损失费用、停电电量、网损和停电时间,因而该模型在模拟配电网的故障和负荷点停电情况方面更加符合实际运行情况,并可以评估不同调度策略下的可靠性风险指标和可靠性效益指标的影响。经采用IEEERBTS配电系统测试,结果表明该模型是合理的、有效的。

基于蒙特卡罗仿真的风力发电系统可靠性评价

风能存在随机性和波动性的缺点,风力发电对电力系统可靠性有一定影响。为全面评价风力发电并网后的经济性和可靠性,提出了基于序贯蒙特卡罗仿真的风力发电机组可靠性模型,并给出了详细算法,考虑了风能的随机特性和风力发电机组的强迫停运。采用该模型对风力发电机组进行概率仿真,并结合时序负荷模型,计算出不同设计方案下系统可靠性指标和经济指标。

基于序贯蒙特卡罗仿真的发输电系统充裕度评估算法

可靠性评估可为电力系统的规划及运行提供决策依据,使供电能够经济连续并保证电能质量。通过对充裕度算法和蒙特卡罗仿真研究,建立了基于序贯蒙特卡罗模拟法的发输电系统充裕度评估模型。同时建立了主要元件故障模型,并且应用深度优先搜索算法进行网络拓扑分析,考虑了由于潮流计算方法局限性导致潮流不收敛或线路潮流过大情况的处理,通过编制相应程序以IEEE-RBTS和IEEE-RTS79为例计算了可靠性指标,验证了该算法和模型的正确性及可行性,为电网的规划设计及其安全运行提供了有价值的参考依据。

蒙特卡罗仿真建模中自动添加辅助面的算法研究

MCNP是用于计算中子、光子或者中子/光子/电子输运方程的通用蒙特卡罗中性粒子程序,该系统应用广泛,但其仿真模型的建模工作非常复杂,尤其是几何模型。为了简化建模过程,开发了该系统辅助建模工具。本文讨论了辅助建模工具中的核心算法之一——“自动添加辅助面”算法。该算法用于解决辅助工具中处理复杂几何模型时的关键问题。文中详细的介绍了该算法的设计思路和流程,并给出有效性的数学证明。随后通过例子展示算法的功能。以该算法为核心算法之一的辅助工具已经在实际中得到运用,并取得较好的效果。

动态系统可靠性仿真的五种蒙特卡罗方法

在动态可靠性系统仿真的统一描述基础上给出直接仿真方法、拟仿真方法、强迫转换方法、直接统计估计方法、加权统计估计方法的具体算法 ,并用这五种方法计算Con/k/n :F系统的不可靠度 。

MF-1弹道设计与蒙特卡罗飞行仿真

MF-1是我国的首次高超声速空气动力学基础问题研究模型飞行试验。本文研究建立了MF-1试验飞行器弹道设计与拉偏仿真数学模型,开展了MF-1弹道设计和拉偏仿真计算。对结果分析表明,对于MF-1这类无控飞行器,某些条件下可能在飞行过程中发生滚转共振现象,导致飞行总迎角迅速发散,气动过载显著增加,飞行弹道严重偏离设计弹道,甚至可能出现解体风险。通过严格控制飞行器加工和安装偏差,有助于降低滚转共振发生概率。

锥束X射线CT投影的蒙特卡罗仿真

提出了一种锥束X射线CT(计算机断层扫描)投影的蒙特卡罗计算方法,对X光子逐次抽样并以随机步长跟踪,将探测器区域内的沉积能量转化为投影信号,使用蒙特卡罗计算工具EGSnrc执行后台批处理计算,得到符合成像物理学的仿真投影.经过合理加速和参数优化,计算量较通用默认设置降低了2个数量级.对生成的锥束投影进行重建,结果显示出预期的射束硬化和散射伪影.该方法易于进行二次开发,贴近真实设备,是锥束X射线CT原型机散射校正的基础.将仿真投影与真实的物理设备测量数据进行比较,平均误差为1.18%.

蒙特卡罗仿真在飞控系统可靠性评估中的研究

针对现代战斗机大多采用多控制面结构,导致飞控系统变得越来越复杂,传统的可靠性分析方法变得很难实现的现状,提出了运用蒙特卡罗法研究飞控系统可靠性仿真技术,为评估飞控系统可靠性提供了一种新方法,方法不仅可得到传统的性能指标而且能得到动态的仿真结果,为设计飞控系统提供了动态参数。给出了蒙特卡罗仿真步骤和算法,在仿真中考虑到了多种影响因素,更真切地模拟飞控系统的工作环境,结合实验数据进行仿真,验证了蒙特卡罗仿真在飞控系统可靠性评估中的可用性。