面向对象的色谱分离过程有限元法仿真软件设计

该文以色谱分离过程的平衡—扩散级模型为例,详细介绍了采用正交配点有限元法对模型进行仿真的过程,以及如何在VC++环境下,应用面向对象技术编写仿真软件,最后给出相同条件下软件分析结果与实验结果的比较。比较表明:采用此方法得到的仿真结果能够比较精确的与试验结果相吻合,可用以指导实际的色谱分离过程的试验或生产。     

复杂科学与工程问题仿真的隐式微积分建模

针对现代科学与工程仿真遇到愈来愈多难以用经典微积分建模方法描述的复杂问题,在理论研究和工程实践中提出各种含有多个经验参数的唯象偏微分方程模型,或直接采用统计模型来描述.这些模型的物理意义不是很清楚且参数多,其中部分人为参数缺乏物理意义.因此,利用描述问题的基本解或统计分布构造隐式微积分控制方程.这里"隐式"是指可以不需要或难以推导出该控制方程的显式微积分表达式.该方法仅需微积分控制方程的基本解和相应的边界条件就可以进行数值仿真计算.称该方法为隐式微积分方程建模.考虑多相软物质热传导的幂律行为,采用分数阶里斯(Riesz)势核函数为基本解构造稳态问题的隐式分数阶微积分方程模型并进行数值验证.此外,以列维(Lévy)稳态统计分布的概率密度函数为基本解,构造反常扩散现象的隐式分数阶微积分方程模型.该研究的主要数值计算技术基于径向基函数的配点方法.     

转筒式干燥过程的建模和仿真

本文利用传热传质基本关系,较精确地导出了转筒式干燥过程的数学模型,以具有分裂边界条件的四联立非线性双曲线形偏微分方程组描述。借助于中心差分法变换,得到相应的数值模型,它可表示为耦合非线性二元三对角阵系统。所设计的算法解决了方程式的隐函性和边界条件的两端突变值等问题造成的求解困难,获得了较精确的数值解,实现了数字仿真。     

基于有限元法的色谱分离过程仿真研究

该文以色谱分离过程的平衡-扩散级模型为例，介绍了采用正交配点有限元法对模型进行仿真的过程，并在VC 下编写了仿真软件，最后给出相同条件下仿真结果与实验结果的比较。仿真表明：采用此方法得到的仿真结果能够比较精确的与试验结果相吻合，可用以指导实际的色谱分离过程的试验或生产。     

气相色谱分离过程的模拟

建立了描述多组分气相色谱柱内运动过程的数学模型 ,模型包括物料平衡方程、吸附方程和传质方程 ,采用数值方法求解。对多种操作条件及色谱柱特征参数对色谱分离过程的影响进行模拟 ,为色谱过程的应用提供设计和优化的基本条件 ;模拟结果与实验结果一致 ,表明本文所建立的模型能够正确描述各种条件下的色谱过程。该模型还可以推广用于各种不同的色谱程序操作     

变水头边界条件下土壤水分运动数值模拟

本研究提出了一种变水头条件下一维土壤水分运动数值模拟的边界处理方法，采用隐式差分法对基本方程进行差分离散，用迭代法求解非线性方程。在结合室内实验验证模型可用的基础上，分析了变水头条件下不同土壤初始含水率、不同初始水头高度下土壤水分的运动规律。结果表明，土壤初始含水率和初始水头对水分运动都有较大影响，作者提出的变水头边界处理方法可用于水分入渗历时和湿润锋的预测。     

SMB色谱模型数值计算的时空守恒元解元方法

为了探寻出一种求解SMB色谱模型的快速数值求解方法,并试图通过比较得出时空守恒元/解元(CE/SE)方法确实是快速数值求解方法,因而采用该方法对SMB色谱模型进行数值求解,并在数值方法的计算效率和精确度两个方面与有限差分法和正交配置有限元法进行了比较,最终得出了CE/SE方法是具有高计算效率和高精确度特性的快速数值求解方法.通过两个实例的模拟仿真,结果表明了该方法在高计算效率和高精确度方面的优越性.     

气相色谱分离过程的模拟

建立了描述多组分气相色谱柱内运动过程的数学模型,模型包括物料平衡方程、吸附方程和传质方程,采用数值方法求解,对多种操作条件及色谱柱特征参数对色谱分离过程的影响进行模拟,为色谱过程的应用提供设计和优化的基本条件。模拟结果与实验结果一致,表明本文所建立的够正确描述各种条件下的色谱过程。该模型还可以推广用于各种不同的色谱程序操作。     

模拟移动床分离过程的模型预测控制方法研究

模拟移动床是一种能够实现连续色谱分离的装置,目前已广泛应用于石油化工、生物制药等领域。模拟移动床色谱分离过程是连续变量和离散变量并存的混杂系统,对其模型研究以及控制方法的研究都存在很大难度。在对模拟移动床过程建模基础上,运用线上求解法对其进行数值求解,生成数据,应用MATLAB系统辨识工具箱进行辨识,得出两入两出的模拟移动床传递函数模型,并在此基础上设计模型预测控制器。仿真结果表明了所用方法的有效性,为模拟移动床过程控制方法的研究和推广奠定了基础。     

用有限差分法分析瞬态导热时的一个有效计算格式

本文探讨了适用于有限差分法计算瞬态导热问题的格式——节点式隐—显混合格式,它允许将网格按节点划分为若干部份,各部份可采用不同的时间步长并分别使用隐式或显式格式计算。文章给出了混合格式的计算机实施并以数值实例证实了这一格式相对于全隐式全显格式的优越性。     

The effect of the discretization of the mixed boundary conditions on the numerical stability of the Crank-Nicolson algorithm of electrochemical kinetic simulations

Mixed boundary conditions with time-dependent coefficients are typical for diffusional initial boundary value problems occurring in electrochemical kinetics. The discretization of such boundary conditions, currently used in connection with the Crank-Nicolson finite difference solution algorithm, is based on the forward difference gradient approximation, and may in some cases become numerically unstable. Therefore, we analyse the numerical stability of a number of alternative discretizations that have not yet been used in electrochemical simulations. The discretizations are based on the forward, central and backward difference gradient approximations. We show that some variants of the central and backward difference gradient approximations ensure the unconditional stability of the Crank-Nicolson method and can, therefore, be of practical interest. Furthermore, we show that the discretization used so far is the least susceptible to error oscillations in time.     

宣纸上的墨水扩散模拟

墨水扩散是一个复杂的物理现象,针对墨水在宣纸上的扩散模拟问题,提出了一个基于变系数扩散方程的模拟方法,其扩散系数由宣纸结构和随时间而减少的剩余墨水量决定。模拟分为两个阶段：宣纸结构的模拟和墨水扩散动态过程的模拟。为了模拟宣纸结构,使用一种由权重不同且方向随机的直线段均匀分布而成的加权纤维结构。墨水扩散的动态过程由变系数扩散方程来阐述,为了高效地生成扩散图像,使用Crank-Nicolson数值方法求解墨水扩散方程,并且预计算纤维结构和动态更新扩散图像。与以往类似的模拟方法相比,该方法能够生成更加自然的扩散边界,并有效地解决了边界过于平滑的问题。实验结果表明该方法能够真实地模拟不同宣纸上的墨水扩散效果。     

Application of a Galerkin finite element method to atmospheric transport problems

Numerical simulation of the movement of a contaminant within the atmosphere presents difficulties due to (a) The multi-dimensionality of the problem; (b) The fact that the horizontal transport is usually convection dominated; (c) The boundary conditions are mixed; (d) Both slow and fast atmospheric chemical reactions can be important. In this study, numerical experiments using a Crank-Nicolson Galerkin finite element method to solve the time-dependent partial differential equations demonstrate the applicability and accuracy of this method for the variety of conditions encountered in atmospheric pollutant modeling. The Crank-Nicolson Galerkin method using piecewise linear, piecewise cubic Hermite polynomials, and upwind finite elements is shown to accurately model the pure convection of initial wave forms. Numerical results studying the interactions of convection, diffusion, chemical reaction, pollutant removal, and the effects of contaminant emission source strength, source location and multiple sources are also presented.     

基于UWT和独立分量分析的含噪盲源分离

提出了基于UWT（非抽样小波变换）去噪与FastICA（快速独立分量分析）算法相结合的含噪盲源分离方法,采用先去噪后分离的方式实现了在加性高斯噪声环境下混合图像的盲分离。仿真结果表明,该方法能很好地从加性高斯噪声中分离出源图像,与曲波阈值去噪后的FastICA方法相比较,该方法能获得更好的峰值信噪比。     

基于curvelet变换和独立分量分析的含噪盲源分离

独立分量分析（ICA）是基于信号高阶统计量的盲源分离方法,在高阶统计量方法中,由于高斯信号的高阶累计量为零,所以系统存在加性高斯噪声时就难以处理。提出了一种基于curvelet阈值去噪和FastICA算法的含噪信号盲分离的方法,并对高斯噪声环境下的混合图像进行了盲分离的仿真。结果表明,该方法能很好地解决由于存在加性高斯噪声而导致经典ICA算法性能发生严重恶化的问题;同时将curvelet变换去噪应用于含噪图像的盲源分离中,可以提高混合图像的信噪比,相对于小波去噪后的ICA算法,其分离性能有很大改善。     

A collocation solution for Burgers' equation using cubic B-spline finite elements

The non-linear Burgers' equation is solved numerically by a B-spline finite element method. The approach used is based on collocation of cubic B-splines over finite elements so that we have continuity of the dependent variable and its first two derivatives throughout the solution range. A linear stability analysis shows that a numerical scheme based on a Crank-Nicolson approximation in time is unconditionally stable. Three standard problems are used to validate the algorithm. Comparisons are made with published numeric and analytic solutions. The proposed method performs well.     

利用二阶统计量的多跳频信号的盲分离方法

为了分选混叠的多个跳频信号的网台,提出一种基于二阶统计量的多跳频信号的盲分离方法,该方法首先根据跳频信号的非平稳和非白化特性构造用于估计分离矩阵的代价函数,然后采用梯度下降法的更新规则进行优化,从而获得最优分离矩阵。仿真结果表明,该方法能较好地实现多跳频信号的离线和在线盲分离,且比其他方法具有更好的噪声抑制能力。     

A multi-mesh MPM for simulating the meshing process of spur gears

A numerical scheme is presented to simulate the meshing process of spur gears, based on the material point method (MPM). To allow engagements at successive contact points and subsequent separation between neighboring gear teeth, a contact/sliding/separation procedure in a multi-mesh environment without using master/slave nodes is proposed so that the no-slip contact constraint inherent in the existing MPM can be released. Individual drive members rotate around corresponding axes, through which simulated angular velocity transmission is in good agreement with the analytical solution. It appears from the simulation results presented here that the multi-mesh MPM could become a robust spatial discretization tool for gear design problems that involve large rotation, contact/sliding and separation.     

PCA与ICA相结合的语音信号盲分离

针对ICA用于语音信号盲分离时,由于数据量过大、迭代次数过多引起的收敛速度慢的问题,采用一种PCA和ICA相结合的盲分离算法PCA-ICA。通过PCA对混合语音信号进行白化处理,消除了原始各道数据间的二阶相关性。在仿真实验中,采用相似系数矩阵作为评价混合语音信号分离效果的标准,结果表明PCA-ICA算法与ICA算法相比,在达到几乎相同的相似系数矩阵的情况下,迭代次数减少了90%,从而分离速度提高了3倍,有效地解决了ICA分离算法收敛速度慢的问题。     

基于Profibus-DP现场总线的多功能色谱分离装置控制系统设计

为了实现多功能色谱分离装置的精准化控制,加速模拟移动床色谱纯化分离速度,设计基于Profibus-DP现场总线的多功能色谱分离装置控制系统;以STM32F103微处理器作为底层控制设备,连接Profibus-DP协议芯片、VPC3与RS-485接口电路,转化从站地址电路与设定应用模块,利用模拟移动床控制回路,完成Profibus-DP现场总线的硬件电路设计;建立梯度SMB色谱,采用异步切换方式,控制变浓度进料的实际操作行为,分离处理模拟移动床多功能色谱,结合多功能色谱分离装置的控制原理,运用气相色谱法,分析色谱分离过程中的基质效应形式,实现多功能色谱分离装置控制系统软件设计;实验结果表明,基于Profibus-DP现场总线控制系统的模拟移动床色谱纯化分离速度较快,能够有效满足多功能色谱分离装置精准化控制的操作需求.