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关键词： 旋风分离器   结焦   沉积   黏附   表面张力  

摘要： 在催化裂化装置中,位于沉降器顶部的旋风分离器的升气管外壁结焦对工业生产危害极大,厘清升气管外壁结焦过程中的科学问题,合理预测并控制结焦物的增长对保障催化裂化装置的长周期安全平稳运行意义重大。本文以炼厂常用的PV型旋风分离器为研究对象,通过增加升气管壁厚的方法来模拟结焦厚度的增长,采用实验和模拟相结合的方法,研究了结焦厚度的增加对旋风分离器的内部流场、分离性能和后续结焦情况的影响。实验结果表明,随着结焦厚度的增加,旋风分离器的压降小幅度降低,分离效率明显降低。模拟结果表明,随着结焦厚度的增加,旋风分离器环形空间的切向速度逐渐减小,轴向速度逐渐增大;筒体段与锥体段的切向速度和轴向速度变化不明显。随着结焦厚度的增加,升气管入口处的“短路流”逐渐增加,轴向速度“滞留”逐渐减小。此外,升气管外壁结焦厚度的增加一方面会减小环形空间流体微元的向心加速度,从而减小颗粒向壁面黏附的几率;另一方面会增强气流对已黏附颗粒的清除作用,抑制结焦厚度的进一步增长。升气管结构的变化会影响环形空间的流场,因此本文探究了斜板式的升气管对旋风分离器的环形空间流场、分离性能和结焦情况的影响,结果表明,在高入口气速的条件下,相比于PV型旋风分离器,斜板式旋风分离器有着略低的分离效率和更低的压降,且其升气管壁面处的切向速度梯度和轴向速度梯度更大,切向气流和轴向气流对已黏附颗粒的清除作用更强。以180°弯管为研究对象,采用实验和模拟相结合的方法,探究了强旋流场下粒子向壁面的沉积特性及影响机制。气相模拟结果表明,弯管内部存在明显的“二次流”且上下两部分对称分布。实验结果表明,弯管内壁的颗粒沉积呈“喇叭”型,壁面粗糙度、入口气速、颗粒浓度越大,颗粒的沉积质量越大,且颗粒在“黏性”壁面上沉积时具有时间效应。气固两相模拟表明,颗粒与壁面的碰撞效率随入口气速的增大而减小,随颗粒粒径的增大而增大;颗粒在“黏性”壁面上的沉积效率随颗粒粒径的增大和温度的升高而减小;“黏性”壁面的液膜种类会影响颗粒的沉积效率;当“黏性”壁面的液膜具有反应固化的特性时,随着固化时间的增加和颗粒沉积质量的增加,液膜表面张力系数逐渐减小,颗粒的沉积与剥落逐渐达到动态平衡,此后颗粒沉积质量将维持在一个稳定的值。

关键词： 流体智力   fNIRS   DLPFC   大脑功能连接   EEG   频谱分析  

摘要： 智力是涉及多种认知加工和全脑诸多皮层区域的一般能力,其中流体智力和晶体智力已被许多智力理论视为认知能力的两大类,晶体智力是以学得的经验为基础的认知能力,流体智力是在缺乏经验的情况下解决新奇问题的能力。对于流体智力而言,传统的纸笔测验和大脑机制的研究都能够反映智力水平,其中对大脑机制的研究更加客观直接,功能近红外成像（fNIRS）、脑电图（EEG）等新型的脑成像技术也能够帮助我们获取更多的大脑活动信息。因此,我们需要通过fNIRS、EEG来进一步探究基于大脑功能网络和意识状态所影响个体流体智力水平的机制,发掘fNIRS、EEG在大脑功能网络和脑电频谱上的特征。通过本研究,我们能够明确对智力脑功能的探索和应用,确定流体智力的脑功能特征,为开发便携式智力检测工具提供依据。实验一招募154名在校大学生,采用近红外成像技术与流体智力行为测验（瑞文高级推理测验）相结合,对被试DLPFC脑区进行30分钟静息态的近红外测量,对原始数据进行预处理,随后根据修改后的比尔-朗伯定律计算了处理后的光强度,得出了总体血红蛋白（Hb T）相对浓度变化的信号,基于Hb T值进行成对皮尔逊相关性计算,形成功能连接矩阵,以基于Hb T计算出的相关矩阵值表示大脑功能连接值,对前额叶功能连接均值和瑞文高级推理测验分数做偏相关分析,以此探测静息状态下个体流体智力水平与大脑功能网络的关联。结果发现,在大脑功能网络的特征上,静息态下前额叶的功能连接均值与流体智力水平呈显著负相关（r=-0.227,p=0.019）。这表明在休息状态下,高流体智力水平个体的前额叶脑功能信息交流水平更低,静息状态下前额叶脑功能之间的低连接更有利于流体智力的表现,也就是说流体智力水平高的个体往往其静息态下大脑的前额叶功能连接更弱,对应的脑区信息交流水平更低。实验二招募93名在校大学生,采用脑电图技术与流体智力行为测验（瑞文高级推理测验）相结合,对被试进行10分钟静息态的脑电测量,对原始数据预处理后,使用快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）计算电极的EEG功率谱密度（u V/Hz）,进而计算Delta频段（1-4Hz）,theta频段（4-8Hz）,alpha低频段（8-10Hz）,alpha高频段（10-13Hz）,alpha频段（8-13Hz）,beta频段（13-30Hz）的绝对功率,并且计算了θ功率与α功率的比值（theta alpha ratio,TAR）,对脑电各频段功率的相关指标和流体智力水平做偏相关分析,以此来探测静息状态下个体流体智力水平与意识状态的关联。结果发现在脑电频谱的特征上,静息态下θ的绝对功率和TAR与流体智力水平有所关联,具体来说是θ的绝对功率和TAR与个体流体智力水平呈显著负相关（r=-0.343,p=0.008;r=-0.261,p=0.048）。这表明在静息态下个体的放松程度与流体智力相关联,个体大脑的活动水平越低,其流体智力水平也越高。总的来说,本研究通过fNIRS和EEG来探究个体的脑功能网络机制和意识状态在流体智力水平上所反映的特征。通过fNIRS结果我们发现,智力水平更高的个体,其大脑的信息交流的水平更低。通过EEG结果我们发现,智力水平更高的个体,其大脑活跃程度越低,智力水平也就越高。这表明高流体智力个体整体大脑的活动水平更低,这可能和他们更会合理地分配认知资源有关。在任务状态下,相关任务的脑区才会被唤醒,而无关的脑区呈现低连接的状态,以此来达到效率最大化,而在静息状态下,大脑处于“养精蓄锐”状态的个体,他们能减少“无意义”的认知资源的浪费,往往表现出更高的流体智力。

关键词： 干湿循环   接触角   表面张力   颗粒运动轨迹  

摘要： 暴雨、台风、干旱等极端天气增多,加剧了地表干湿循环,降雨和高温使土体内含水量发生变化,影响土体内的特性,危机建筑物安全。因此,研究不同干湿循环次数下试样材料力学特性的变化规律,并对其内在机理进行揭示具有重要的理论意义。研究干湿循环对玻璃珠、标准砂和Q黄土基质吸力和抗剪强度的影响,从理论角度入手探讨了干湿循环影响的内在机理。得到的主要研究结论如下:(1)研发了试验装置和数据分析方法,实现并利用该装置进行低吸力、高精度下的基质吸力试验,研究不同干湿循环次数下土-水特征曲线的影响规律。比较玻璃珠和标准砂不同粗颗粒材料的土-水特征曲线,对比分析颗粒大小和形状对土-水特征曲线出现异同的原因。(2)进行了不同干湿循环次数的固结排水剪切试验。分析应力-应变曲线、围压和循环次数之间的变化趋势以及毛细粘聚力c、内摩擦角φ与干湿循环次数的关系,以及试样变形与循环次数和围压之间的关系。(3)从理论入手构建最简单立方体模型,探讨各个参数对理论基质吸力的影响。结合玻璃珠的试验和理论土-水特征曲线进行对比,具有良好的一致性,验证了解析模型的准确性,分析了接触角、表面张力系数与基质吸力的关系。(4)对玻璃珠在定水头、定水速状态进行平面下的增减湿试验,通过摄像机全程对颗粒位移情况进行捕捉。用接触角测量仪研究增减湿过程载玻片、玻璃珠、标准砂和液体之间形成的固-液接触角,分析抽湿和蒸发作用下接触角变化的差异。用表面张力测量仪,测试不同温度条件下的表面张力系数,发现表面张力系数随温度变化曲线与SWCC形状类似。

关键词： 平衡态液滴   表面张力   Young-Laplace方程   接触角   切向拖曳力  

摘要： 在很多工业领域应用中,液滴在毛细力作用下附着在纤维上,如滤纸式空气过滤器中的气液分离过程、质子交换膜燃料电池中水滴在气体扩散层中的渗透过程。所以研究纤维与液滴之间的相互作用是一个热点话题。本文基于图像识别并通过数学分析和试验的方式,对纤维上的静态液滴受力进行了深入的研究,为今后的动态液滴受力分析做好铺垫。本文的主要研究内容有:(1)设计搭建水平纤维上平衡态和倾斜纤维上的动态液滴试验研究系统,以获取纤维上液滴受力状况。详细介绍了试验系统的设计思路与试验系统的设计要求,在试验过程中选用不同直径的纤维与张力系数不同的液体,采取控制变量法进行试验。同时对试验系统的关键零部件进行选型,制定试验方案并对试验过程中相关参数进行了标定,建立液滴动力学模型。(2)基于正交的二维液滴图像,完成了非轴对称液滴三维模型的重构。针对液滴轮廓拍摄不全问题,通过多项式拟合方法补全液滴的三相接触线,获得了完整的液滴轮廓,借助正交的二维图像完成非轴对称液滴与纤维三维模型的重构。基于Young-Laplace方程,结合图像法去获取液滴轮廓的曲率半径、液滴表面张力所产生的压力和以及其水平分力和竖直分力。随后开展液滴表面张力标定试验,验证了三维模型重构方法的有效性。(3)基于液滴颈缩处的宽度、接触线长度以及液滴形状的变化情况,结合两个部位局部邦德数的变化情况。研究发现,液滴颈缩处的邦德数上升速度明显快于接触线处,即颈缩处为液滴受力的薄弱点。并对该结论进行验证:首先计算出液滴各部位所受的剪应力大小,然后通过三维软件呈现出液滴受力云图,结果表明液滴在颈缩处受到的剪应力最大,即液滴最先从应力最大处脱落。(4)基于Young-Laplace方程,计算出表面张力的积分力,最终得到液滴与纤维之间的毛细力。对于倾斜纤维试验,由液滴三维几何模型重构方法获得纤维与液滴之间的切向拖曳力,解决了非轴对称液滴切向毛细力试验方法问题。研究表明,表面张力积分方法显著优于接触角迟滞方法。随着纤维倾斜角度增加,液滴所受切向拖曳力增大。

关键词： 微弱信号检测   随机共振   非对称联合系统   非线性耦合非对称系统   智能优化算法  

摘要： 微弱信号检测技术对消除旋转机械事故,促进旋转机械制造业的安全性和稳定性具有重要意义.利用随机共振检测微弱信号已成为近几年的研究热点.在随机共振的研究领域通常研究对称系统的随机共振,关于非对称系统的随机共振研究比较少见.现实生活中多为非对称系统随机共振,为了更贴合实际情况,本文基于随机共振和智能算法等相关知识,研究了非对称随机共振系统对微弱信号的检测效果.具体的工作如下:1.研究非对称联合势函数系统的随机共振及在微弱信号检测中的应用.首先,利用高斯势函数和非对称双稳态势函数联合成新的非对称势函数系统.其次,基于双稳态理论和绝热近似理论推导系统的信噪比解析式,并讨论系统参数对信噪比的影响.然后,通过数值模拟验证所提系统随机共振可以准确地检测带噪声的各种类型的微弱信号,例如周期信号、数字信号等.最后,基于粒子群优化算法的所提随机共振系统对实际轴承故障信号进行检测,并与经典随机共振系统进行对比,验证了该系统能更有效地检测微弱信号.2.研究基于自适应加权粒子群优化算法的非线性耦合非对称系统的随机共振及在微弱信号检测中的应用.首先,将非对称双稳系统和单稳系统耦合建立非线性耦合非对称系统.其次,基于绝热近似理论推导系统的概率密度函数、平均首次穿越时间和信噪比解析式,并分析系统参数对三者的影响.然后,通过数值模拟实验验证所提系统随机共振可以检测Lévy噪声下的微弱信号.最后,基于自适应加权粒子群优化算法的非线性耦合非对称系统的随机共振应用于轴承故障检测并与优化的经典随机共振系统检测结果进行对比,证明非线性耦合非对称系统随机共振更能够精确地检测轴承故障信号.

关键词： 非对称二次度量   测地线投票   最远点采样   势函数   图像分割  

摘要： 数字图像的应用技术不断改善人们的生活并提高了生产效率。图像分割作为数字图像处理中的一项关键技术,可以通过识别和定位图像区域,以将目标区域与背景像素分离。该技术可以更好地从丰富的图像信息中筛选和提取出需要的信息,为后续的图像处理过程提供重要依据,分割的结果直接决定了最终的图像处理效果。因此,图像分割技术一直是数字图像处理研究领域的热点。目前随着数字图像数据量不断增长,人们对高效便捷的图像处理技术的需求也不断增加,但是由于不同场景对分割效果要求的差异性,以及噪声和复杂背景的影响,使得有效、精准的图像分割方法成为研究的难点。因此,在图像分割领域研究出稳定、精确的分割方法具有极其重要的研究意义和应用价值。本文按照理论研究、方法设计、模型试验、算法应用与扩展的整体研究思路,提出了一种基于非对称二次度量函数和测地线投票模型的图像分割方法,主要研究了非对称二次度量函数的构造、结合障碍空间的测地线投票理论与基于测地线投票值的特征函数的设置等问题,并将其应用于图像分割中。本文的主要研究内容如下:(1)基于非对称二次度量函数的测地线投票模型的研究。针对采用基于各向同性度量函数进行图像分割未考虑图像非对称性和各项异性特征的问题展开研究。首先,对于输入图像,我们允许添加一个端点集,该端点集自适应地分布在闭合轮廓周围。其次,相对比各向同性度量函数,我们在度量空间中构造的非对称二次度量函数,使得最小路径与非对称二次度量相结合,允许在从端点到交互点生成的测地线路径中考虑图像边缘的非对称性和各向异性特征。然后,利用有障碍物的物理空间来保证最终闭合轮廓的提取。与采用各向同性度量函数实验证明,基于非对称二次度量的交互式图像分割模型在实验中表现出了准确、高效、稳定等优良特性。(2)基于测地线投票值的扩展应用研究。我们将图像的显著性特征纳入非对称二次度量函数的构造中,为进一步提高分割的精准度,我们在测地线投票的基础中,将投票值作为新的图像显著特征进行势函数的构建用于测地线路径的连接。首先,图像边缘处的高投票值对比度能够使得测地线路径更加适配图像轮廓,从模型函数构造上减少捷径问题的发生,增加模型的鲁棒性。最后,我们将投票值特征函数与基于图像梯度势函数的实验结果对比,验证该模型用于图像分割的能力。并提出了与可允许路径结合进行图像分割的理论扩展。

关键词： 脑电信号   聋人   情感分类   域适应   深度学习  

摘要： 情感是人在面对客观世界中产生的一种生理和心理活动,在人的沟通交流中有着重要作用。相比于正常人有着完备的听觉功能,聋人受试者听力功能的缺失容易导致情感表达障碍和情感认知偏差等问题。随着认知科学和脑科学的发展,脑机接口技术能够使用脑电信号来更好的表征情感的内在变化。传统脑电情感识别方法仅针对了单一时序信息或空间域信息,忽略了通道之间对情感成因的影响。因此,本文提出了一种基于聋人脑电信号水平垂直表征的域适应(HVF-DANN)情感分类方法,主要研究如下:(1)设计了聋人脑电信号的视频诱发情感刺激实验范式,采集了15名聋人受试者的三种情感(积极、中性、消极)下的脑电信号,每位受试者按照一定的时间间隔采集了三次脑电数据,建立了包含15名聋人受试者三次脑电数据的情感数据集。(2)提出了考虑脑电信号流动和受试者差异性的情感识别模型。在脑电信号预处理后,提取频域微分熵特征(DE),并考虑到脑电信号的流动和扩散效应,设计了基于水平表征和垂直表征形式的脑电情感表征,通过长短时记忆网络(LSTM)用于获取脑电信号的水平和垂直表示的空间域特征。接着,利用注意力机制方法将DE特征、水平表征特征和垂直表征进行特征融合,通过添加中心对齐损失函数加大类类距离,减小类内距离。最终,利用域适应方法对情感表征特征进行分类。(3)提出的情感识别方法在聋人数据集、公共情感数据集(SEED数据集)上进行了验证,受试者依赖离散情感三分类任务下的实验结果分别为75.90%和93.99%,跨受试者离散情感三分类任务下的实验结果分别为65.99%和84.22%。此外,模型的消融实验、可视化实验进一步证明了模型结构的有效性,消融实验的结果证明了域判别器和中心损失函数可以有效的减小受试者之间的差异性从而增强跨受试者情感分类能力。

关键词： 应力敏感性   裂缝性储层   温度与压力   阿合组   库车坳陷  

摘要： 随着全球经济的发展,非常规油气资源得到大力开发,已成为很多国家缓解能源需求压力的必经之路。伴随全球低渗透油气藏勘探和压裂改造技术的进步,裂缝性油气藏的生产开发日趋普遍。由于储层中天然裂缝的存在,裂缝性油气藏相对于传统的油气藏而言非均质性更强,温度、流体因素的作用机理也更为复杂。为此,在前人研究基础上,本文以库车坳陷阿合组裂缝性砂岩储层为研究对象,开展基于人工造缝处理岩样的应力敏感性实验以及XRD、压汞、低温液氮等系列实验,揭示岩石在温度与流体作用下应力敏感性特征与微观机理,并分析其对油气勘探开发的影响。结果表明:(1)库车坳陷侏罗系阿合组裂缝性储层属于强应力敏感储层,在受到有效应力作用后,裂缝性砂岩储层渗透率会产生不可逆损害。(2)温度影响裂缝性储层应力敏感性,不同温度条件下的岩样在有效应力作用时,其渗透率变化呈现明显的非线性变化特征。常温～100℃范围内,温度越高,岩样渗透率损害更大,温度越低,岩样渗透率损害更小;当温度突破100℃时,温度越高,岩石损失的岩样渗透率越少,温度越低,损失的岩样渗透率越多。(3)常温～105℃,岩石中矿物组分仅会发生微弱的热膨胀作用,温度达到105℃之后,大量水分散失,渗透率损害率与不可逆渗透率损害率明显降低,岩石的应力敏感性也随之增强。(4)矿化流体影响裂缝性储层应力敏感性。不同矿化度流体条件下的岩样在有效应力作用时,其渗透率变化呈现明显的非线性变化特征。纯水与低矿化度水(50g/L和100g/L)阶段,流体矿化度越高,岩样渗透率损害越小;高矿化度水(200g/L和300g/L)阶段,流体矿化度越高,岩样渗透率损害越大。高矿化度阶段的水处理对岩样作用时最明显。(5)纯水作用下的岩石主要通过黏土矿物水化膨胀与在晶粒表面形成水膜降低岩石渗透率。低矿化度流体阶段,某些矿物组分发生分离、剥落与再溶解,使得岩石呈现随矿化度增大,损害率越低的变化规律。高矿化流体阶段,矿物结晶后滞留或堵塞孔隙、喉道或裂缝当中,形成了较高的渗透率损害率和不可逆渗透率损害率,并表现为强应力敏感性。论文共有插图31幅,表格16个,参考文献125篇。

关键词： 茅山断裂带   流体井   水位观测特征   机理分析  

摘要： 收集整理茅山断裂带周边6口流体井水位数据、流体井参数资料、茅山断裂带基本资料和茅山断裂带周边地区中强震历史资料,计算分析各井水位同震响应、降雨荷载效应、气压系数等观测特征指标,并对各井水位观测特征开展机理分析。茅山断裂带周边6口流体井在同震响应、降雨荷载效应和气压系数三个方面有较大差异,分析认为对于不同观测井,震级与震中距不是影响同震响应灵敏度的主要因素,井孔所在位置的构造环境、水文地质条件和成井工艺水平均对同震响应灵敏度有影响;井孔周边的降雨量、降雨强度、井孔周边的地形、观测含水层顶板埋深对观测井降雨荷载效应有影响;观测含水层岩性和顶板埋深对观测井气压系数有影响。