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摘要:基于某实际高压电缆隧道,数值研究了排烟功率和生烟率对隧道烟气运动的影响.结果表明,高压电缆隧道的通风口施加机械排烟,可能增强湍流特征,各工况结果中,720 m3/h的较低排烟功率使隧道内烟气浓度较低.外界机械排烟功率越大,越有利于降低隧道内典型位置的温度和CO2浓度并延缓其升高速度.电缆燃烧释放较多有毒烟气,人员不可贸然进入抢修.
摘要:针对传统车联网平台在处理海量数据时存在吞吐量小, 实时性差的问题, 设计了一种基于大数据流处理技术的实时分析系统. 系统分为数据采集、 数据转发、实时分析、数据存储和可视化展示5层. 为了满足系统高并发接入以及实时性的需求, 引入Storm实时计算系统进行数据的实时分析. 同时, 利用Kafka消息队列的异步通信机制将各层之间解耦, 采用Hbase进行海量数据存储, 从而提高车联网非机构化数据存储效率. 另外, 针对访问数据库开销大的问题, 采用Redis缓存策略, 进一步提高查询效率. 实验证明, 较传统的多线程处理平台, 该系统具有低延迟, 高吞吐, 可拓展等特点, 能够满足车联网大数据流处理要求.
摘要:交通拥挤正成为一个 益严重的问题, 一些不安全的驾驶行为所导致的交通事故是造成拥堵的主要原因之一. 因此, 如何准确评价驾驶员的驾驶行为成为研究的热点. 本文提出了一种基于模糊C均值聚类(Fuzzy C-Means, FCM)和BP神经网络相结合的驾驶行为评价方法, 首先利用FCM对驾驶行为进行初始聚类, 基于FCM聚类结果,为了提高BP神经网络分类精度, 本文提出了一种自动挑选训练样本即典型样本的方法, 利用BP网络进行学习, 最终用训练得到的BP神经网络分类器对驾驶行为进行实时分类, 研究结果表明该算法摒弃了人为主观因素, 实现了驾驶行为准确、客观、高效的评价.
摘要:随着车联网与大数据技术的发展,车辆管理服务平台架构由传统的分散式、本地化,走向集中式、扁平化,平台端资源消耗越来越大,如何实现海量车载终端数据的高并发实时采集是一个亟待解决的问题.针对该问题,提出基于Boost.Asio网络通信库的解决方案.该方案以前后端分离的方式,将数据采集与数据解析分开实现,利用Boost.Asio的前摄器模式实现高并发的数据采集,利用Kafka消息队列提高系统可扩展性,并结合线程池及智能指针技术,对传统数据采集系统中数据量大、种类多带来的资源占用高问题进行了改进.实验结果表明,该系统在有大量连接的情况下,内存占用较少,连接稳定,数据无丢失,保证了数据采集的质量和可靠性.
摘要:非常规油气资源储量丰富,开发前景广阔,其开采过程涉及一系列微纳米力学问题.聚合物、纳米流体驱油技术能够提高石油采收率,它们的微观驱替机理引起了人们的广泛关注.页岩气以吸附和游离态贮存于页岩微纳米孔隙中,在注入气的驱替下,流入宏观裂缝.本文结合课题组相关工作,综述了目前非常规油气开采中的微纳米力学问题研究进展.重点讨论了强化采油技术中粘弹性聚合物溶液和纳米流体的微观驱替机理和页岩气的吸附、注气驱替以及微流动机制,总结并展望了下一步研究工作的重点和方向.
摘要:为了满足1.2 m望远镜天文成像系统对科学目标的观测,设计了一个基于STM32控制的可调恒温滤光片转轮盒.转轮盒内有3个转轮,在各自电机驱动下可配合转动,实现最多15个滤光片的自动切换.为确保滤光片的稳定工作波长,转轮盒内置基于PID温控算法的保温系统,以保持转轮盒内部在设定的温度.上位机可通过串口与电控盒进行指令通信,并由电控盒直接驱动转轮电机及加热保温.整个系统结构紧凑,电控安全性好,单片机程序功能完备.最后测试证明该转轮盒在低温-25℃时能正常工作,在恒温模式下能使温度保持在目标温度±1℃以内,长时间工作时性能稳定,切换一次滤光片的用时在10 s以内.
摘要:考虑气体渗流、解吸附效应、储层压缩性和滑脱效应,建立了页岩裂缝系统产能的全耦合数学模型.采用有限元方法求解基质和裂缝流场,计算结果与已有的研究结果吻合,验证了模型的正确性.在此基础上,分析了裂缝半长、条数、间距等参数对产能的影响以及解吸附效应对产能的作用.结果表明:裂缝参数之间存在相互作用.裂缝半长对产能的影响最大,裂缝条数的优化与裂缝半长有关;在生产中后期,解吸附效应可以提供相当可观的气体产量,对稳定产能有重要意义.该模型可以为页岩压裂设计提供理论指导.
摘要:针对核物理实验中高精度时间同步触发图像采集系统的要求,设计了一套基于FPGA和蓝牙的远程图像采集同步系统。该系统以FPGA作为主控制器,负责USB接口通信、命令解析、蓝牙通信和同步控制等,触发信号延时精度可达10 ns;使用RS485或TTL标准以适应长距离触发和短距离触发,通过GigE千兆网口实现远程图像数据采集。采用LabVIEW开发了上位机图形化软件界面,基于蓝牙BLE4.0协议,实现了基于手机APP的无线终端控制,完成了对相机延时时间、同步触发脉冲宽度、图像采集等命令的同步控制。
[期刊论文] 陈杰 尚丽
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北大核心 CSTPCD CA
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摘要:利用Matlab软件及其友好的GUI界面,设计和实现了基于ICA的盲信号分离的仿真平台.该平台包含声音和图像信号的读入和数据预处理、典型ICA优化算法的选择、盲信号分离评价函数的选择、混合信号以及分离信号图形等,为研究者提供了简便、快捷的盲信号分离的手段,以获得更直观的信号分离结果.
[博士论文] 陈杰
固体力学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:随着人类社会的快速发展,传统的煤和石油资源急剧消耗。这些化石燃料的过度使用,已严重污染了全球环境。在这种情况下,非常规油气资源日益受到关注和重视。页岩气以其分布范围广、资源储量大、污染低等优点,成为当前油气勘探开发的热点。页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,主要成分是甲烷。不同于常规油气藏,页岩基质含有大量的微纳米孔隙,具有低孔隙度和低渗透率的特点。实际地层条件下,页岩气具有多样的储存方式(吸附、游离、溶解等)和多尺度的渗流方式(解吸附、扩散、非达西流、达西流等)。相应地,页岩气的勘探开发涉及一系列多尺度多学科交叉的问题。
  当前,页岩气的勘探开发仍存在以下几个关键问题。吸附是页岩气的主要储存方式之一,但对纳米孔隙中甲烷吸附机理和吸附结构的认识还不够全面。实际地层影响吸附的因素很多,还没有准确表征页岩吸附能力机理的理论模型。由于大量的甲烷吸附于孔隙中,开采时主要为吸附的逆过程解吸附。对于观测到的解吸附滞后现象,仍未得到合理的解释。受解吸附滞后现象的影响,传统的降压开采方式效率低下。工程上引入注气驱替的新方法,但具体的驱替机理和驱替过程尚不明确。此外,微纳米孔隙中甲烷的流动存在微尺度效应,需建立准确描述其流动行为机理的模型。针对这些问题,本文采用蒙特卡洛和分子动力学方法,开展了系统的研究。
  研究发现,由于壁面与甲烷存在分子间的相互作用力,纳米孔隙的存储容量高于相同体积的自由态。当甲烷吸附于壁面时,其势能降低。随着孔隙宽度的增加,吸附态甲烷的结构从单个吸附层转变为四个吸附层。对比不同孔隙对应的等温吸附线发现,低压时小孔隙反而能存储更多的甲烷,这表明小孔隙的吸附作用更强。
  开采时主要为吸附的逆过程解吸附,工程和实验上通常可以观察到明显的解吸附滞后现象。目前解释此现象的机制主要有两种:毛细凝聚和孔喉尺寸变化,本文对这两种机制分别进行了模拟和分析。结果表明:毛细凝聚引起的解吸附滞后主要发生在甲烷的临界温度以下,高温高压的地层条件下不会发生毛细凝聚现象。进一步研究发现,甲烷的吸附会导致页岩基质的肿胀,继而引起孔喉尺寸的收缩。解吸附时,吸附的甲烷需要更高的能量才能通过缩小的孔喉,部分甲烷被困在孔隙中从而引起滞后。基于此机制,研究了压强和温度对解吸附滞后的影响规律。
  为驱替吸附的甲烷并提高开采效率,工程上通常采用注入气体的方法,常见的注入气为二氧化碳或氮气。模拟研究了这两种气体的驱替机理:二氧化碳可以直接替换出吸附的甲烷而氮气通过降低甲烷的分压促进其解吸附。进一步,对比了相同工况下这两种气体的驱替过程:注入二氧化碳时,突破时间长,驱替面急剧。而注入氮气时,突破时间短,驱替面平缓。
  页岩基质含有大量的微纳米孔隙,甲烷在这些孔隙中流动时存在微尺度效应。首先,利用平衡分子动力学方法计算了受限孔隙内甲烷的密度分布和自扩散系数。研究发现:吸附层中甲烷的密度较大,自扩散系数较小。在此基础上,利用非平衡分子动力学方法模拟了宽度从1到10nm孔隙中甲烷的流动行为。结果表明:甲烷的流动速度分布与孔隙宽度有关。随着宽度的减小,速度曲线由抛物线转变为直线。在相对较大的孔隙中,抛物线流可用滑移边界修正的Navier-Stokes方程描述。相应地,计算了有效粘度和滑移长度。随着孔隙宽度的减小,表面扩散机制逐渐变得显著。在小孔隙中,中心位置速度是均匀的而壁面附近速度线性增加。为描述这种流动规律,采用分段多项式进行拟合。对比发现,这种情况下表面扩散机理能显著增加总流量。
  本文利用分子模拟揭示了页岩气关键问题的微观机理,得到的结果对页岩气的勘探开发具有重要意义。
[博士论文] 陈杰
物理电子学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的进步和我国综合国力的提升,我国对地基大型光学望远镜和极地光学望远镜等相关天文科学仪器方面的发展越来越重视。天文成像系统是实现天文科学研究的重要设备,其功能结构根据环境以及被观测对象特点的差异而不同,其研制与实现本身就是对相关关键技术的研究和攻克。
  在本论文中,主要对极端温度环境下的温度控制技术以及近红外天光的微弱信号探测相关技术进行了研究,并实现了相应的技术需求。
  在天文观测中,光学系统的稳定是整个系统长期运行的关键保证之一,对处于南极内陆的天文成像系统这一点尤为重要,对于极端环境中的温度敏感型光学部件进行温度控制是确保系统稳定运行的关键。南极亮星巡天望远镜中需要进行温度控制的部件是处于CCD相机前方的机械快门,其保温空间狭小,紧邻CCD封窗玻璃,对温度的控制和保温结构的设计以及电子学性能等方面存在诸多新的挑战。本文中结合传热学基础理论,对保温需求进行了深入分析,在结构、温度控制电路和控制算法等方面展开了深入研究,对涉及的保温结构方案,加热方案,电子学功能模块以及算法等方面的设计进行了具体的介绍,对低温环境下部分电子学元件的性能漂移的影响及其解决方案进行了分析研究。设计研制了针对南极亮星巡天望远镜快门的温度控制系统。该系统在-86℃环境中经过长期的性能测试,目前已在南极中山站稳定运行至今。
  近红外天光强度是我国发展红外天文望远镜中非常重要的参数之一,主要测量观测站点上空J、H、K三个大气窗口内天光强度。对于天文望远镜来说,其强度会影响望远镜的巡天深度、曝光时间,并能够评估观测站点计划建造的望远镜的口径与其科学产出的关系,避免观测站点对望远镜口径的过分追求。发展针对天光强度信号进行探测的技术对已建造的望远镜和规划中的望远镜均具有重要的意义。然而,我国目前一直缺乏自主研发的近红外天光测量系统。近红外天光信号中常常混杂着环境的各种干扰信号,使得对天光信号的探测变得异常困难。考虑到天文观测的需求,测量系统具有对微弱信号探测以及自动化观测的能力,因此论文对近红外探测器的前置放大器、ADC与数据采集模块、真空制冷与机电技术以及数据处理算法进行了重点研究。为了降低噪声,对探测器进行深度制冷,前置放大器采用跨阻型放大器减少前放部分的噪声贡献。设计机电设备用以实现自动化观测。为了匹配天光强度的动态范围,设计高精度ADC及其数据采集模块。在提升信噪比方面,采用波形调制与正交矢量型数字锁相算法对探测器信号进行提取。目前已经完成了近红外天光测量原型样机,并实现了对南极天空流量相当的黑体响应的测量。
  在本论文的工作中,成功实现了南极亮星巡天望远镜快门的极端环境温度控制和近红外天光测量系统的微弱信号探测。将实现天文成像系统所需的相关技术进行了有效的融合,并取得了一些研究成果。
  本论文的创新之处如下:
  (1)采用了保温腔结构与电子学相结合的研究模式,实现了在-86℃下对南极亮星巡天望远镜快门的高精度温度控制。所设计的温度控制系统本身无需保温,可在-86℃环境稳定使用,通过控制算法实现0.0782℃的温控稳定度,并消除了低温下温度控制的不安全性。
  (2)研制了真空、低温、光机电一体化的深度制冷系统,通过冷链和绝热设计,使探测器的制冷深度低至61.4K。光机系统采用不同于国外方案的非制冷方式,大幅降低制冷机负载,且自身发射并不会显著提升内部噪声。
  (3)对微弱的近红外天光背景信号,利用深度制冷技术降低探测器噪声,利用交流调制技术去除1/f噪声,采用正交矢量型锁相技术以及相应的读出电路对信号进行有效测量,研制了面向南极近红外天光背景测量仪的原型系统。
[期刊论文] 陈杰 高亮 徐胡昇
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CSSCI 北大核心
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摘要:中国社会对特色新型智库建设的需求不断增加,但智库建设存在资金不足、资源分散、低水平重复等问题,亟待探索特色新型智库的组织形式和管理形式.基于静态、动态、特征和趋势等方面的评价准则和尺度,构建我国特色新型智库建设有效性评价指标体系,包括组织有效性、影响力有效性、多元化有效性、国际化有效性4个一级指标和透明的经费管理、承担政府委托课题数量、多元化的经费来源等1 6个二级指标,运用层次分析法确定各个指标的权重,为国家开展高端智库建设试点工作实践、选择试点单位提供借鉴和参考.
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北大核心 CSTPCD CSCD EI CBST SA
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摘要:为了在移动平台中得到高质量、高实时性的纹理显示,设计并实现了一种基于查找表的各向异性纹理映射方法.该方法通过改变归一化椭圆足迹模型的自变量选择,精确测量各参数量化对图像质量的影响,由此建立查找表获得足迹组合滤波中的所需参数.在此基础上,根据系统有效带宽的限制,加入动态调节纹理映射带宽需求的参数选择功能.实验表明,该滤波方法显示质量高,计算复杂度低,且具有带宽可控的优点,适于移动平台实现.
[期刊论文] 夏娟 宋乐新 邵志成 陈杰
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST
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摘要:本文概述了近年来国内外报道的关于环糊精(CD)超分子包络物的相变温度与热释出行为和主客体结构之间的关系.基于这些文献中热重、差示扫描量热和气相色谱耦合时间飞行质谱等方法提供的CD超分子包络物的热力学数据比较发现,在超分子包络物中CD与客体的相变温度及客体的释出形式依赖于客体被包结前的物相与主客体分子间相互作用的强度.客体的类型如:形态、结构、极性和体积等都会影响主客体之间的相互作用,进而导致包络物展现不同的相变和热释出温度.而且,主客体分子间的相互作用越强,超分子包络物的释出温度越高.
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北大核心 CSTPCD CSCD CA SCIE CBST
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摘要:本文报道了一系列钠盐在调控聚1,2-丙二醇(PPG)与β-环糊精(β-CD)超分子组装过程中的重要作用.首先,几个从钠盐溶液中沉淀出来的组装体在PPG与β-CD的化学计量比上存在着差异,对于NaCl和Na2CO3得到的是PPG-(β-CD)7,对于NaAsO2得到的是PPG-(β-CD)8,此结果与从水中得到的产物PPG-(β-CD)5以及从锂盐溶液得到的产物PPG-(β-CD)6完全不同;其次,基于3个独立的实验(包括黏度、表面张力、摩尔电导率)所得结果的比较可以部分地解释产物组成上的差别;最后,场发射扫描电子显微镜、热重分析表征结果表明:产物即使具有相同的组成,它们的表面结构和物理性质也相当不同,这说明了盐效应在设计、构建超分子聚集体中的重要性和复杂性.
摘要:随着石油储量的减少和环境问题的严重,非常规油气资源日益受到关注和重视。页岩气以其分布范围广、资源储量大、稳产周期长等特点,成为当前油气勘探开发的热点。页岩气的开发涉及到多尺度多学科交叉,其中岩石纳米孔隙中页岩气的吸附、解吸附和注气驱替的微力学机理尚不明确。我们利用分子动力学方法模拟研究了这些微观机制。由于甲烷分子与壁面的相互作用,纳米孔隙的存储容量高于相同体积的自由态。随着孔隙宽度的增加,吸附态甲烷的结构从单个吸附层转变为四个吸附层。此外,还模拟研究了不同孔隙的等温吸附线,我们发现在低压下小的孔隙反而能存储更多的甲烷分子。解吸附是页岩气开采中的一个关键问题,工程和实验上通常可以观察到解吸附滞后现象。目前解释此现象的机制主要有两种:毛细凝聚或孔喉变化。模拟发现毛细凝聚引起的解吸附滞后主要发生在甲烷的临界温度以下,在高温高压的地层工况下,这种现象消失。进一步研究发现,甲烷的吸附会导致岩石的溶胀继而引起孔喉的收缩。当解吸附时,吸附的甲烷通过缩小的孔喉,需要更高的能量。因此在相同压力下,解吸附过程中孔隙存储的甲烷要多于吸附过程中,从而造成滞后。为了驱替吸附的甲烷并提高开采效率,工程上通常采用注入气体(二氧化碳或氮气)的方法。我们模拟比较了这两种气体的驱替机制:二氧化碳可以直接替换出吸附的甲烷;氮气通过降低甲烷的分压使甲烷解吸附。在相同工况下,注入二氧化碳突破时间慢,驱替急剧而注入氮气突破时间快,驱替平缓。这些工作对揭示页岩气吸附、解吸附和驱替机制以及指导页岩气的勘探开发具有重要意义。
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:针对超低成本超低功耗便携式移动应用,基于可编程的思想,提出了一种独特的适用于H.264/AVC和AVS双模解码器的帧内预测器架构.该架构利用H.264/AVC和AVS帧内预测在数据通路上的相似性,通过定制专有的8位微指令集和高效的数据通路,实现了一个专用可编程内核,该内核仅包含一个16位累加器和一个16位桶形移位器.实现结果表明,在0.18μm工艺下,逻辑规模仅为6.3K等效逻辑门;电路在35 MHz工作频率下可以实时处理D1(720×480)格式30 f/s的H.264/AVC和AVS 视频序列;在1.8 V电压下功耗仅为0.53 mW,具有面积小、功耗低、灵活性好的特点.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA SCIE CBST
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摘要:采用元素分析、1H核磁共振谱(1H NMR)和电喷雾电离质谱研究了两个大环主体分子β-环糊精(β-CD)和18-冠-6(18C6),结果显示,二者通过简单地混合形成了计量比为1∶1的超分子包合物18C6-β-CD.基于二维核磁共振谱(ROESY)的分析,提出了分子问相互作用的可能位点:18C6更倾向于驻留的β-CD的小口端.用热重分析和气相色谱飞行时间质谱比较了包合作用前后热降解过程包括降解度和降解产物的差异性,研究表明,18C6的存在促使β-CD提前分解,同时,由于分子间相互作用,导致二者分解产物中大碎片的相对含量大幅减小.这些结果显示,一个柔性大环分子18C6和一个刚性大环分子β-CD之间通过分子组装可以形成超分子包合物.
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北大核心 CSTPCD CSCD CBST
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摘要:针对嵌入式应用中三维图形渲染的要求,设计了一款可编程的多线程顶点处理器.该顶点处理器采用单指令多数据结构,一条指令能够同时处理4个单精度浮点数,并采用多线程技术,支持4个线程并发执行,能够有效地减少发生数据写读冲突时的停顿周期数,提高了处理效率.相对于单线程结构,4线程顶点处理器在较小的硬件开销下,可以实现2.1~2.8倍的性能提升.该顶点处理器支持OpenGL ES 1.1和Vertex Shader Model 1.1,在90nm CMOS工艺库下可实现频率为200MHz,性能为50Mvertices/s.
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