生物柴油混合燃料燃烧并行数值模拟

采用基于MPI的并行算法,以k-ε湍流模型为基础,对生物柴油混合燃料的燃烧过程进行了数值模拟计算,讨论了并行计算的加速比,并将计算结果与柴油的燃烧情况进行比较。结果表明:混合燃料的燃烧效果与纯柴油相似,NO排放没有明显升高,可以作为柴油的替代燃料使用。     

基于稀疏存储的有限元结构分析高效缩聚并行计算方法

基于稀疏存储技术和直接稀疏求解器提出了一种有限元结构分析高效缩聚并行计算方法。该方法将缩聚过程转换为一系列线性方程组的求解过程,并通过直接稀疏求解器进行求解。它能够避免传统变带宽格式缩聚并行计算方法对带宽内大量零元素的存储和运算,从而大幅度节省内存空间和有效减少计算量。最后通过发动机曲轴的有限元数值仿真实验对算法的有效性进行了验证。结果表明:相对传统变带宽格式缩聚并行计算方法,稀疏存储格式缩聚并行计算方法能够大幅度节省内存空间和有效提高计算效率;各子区域规模越大,该方法对内存空间的节省和计算效率的提高效果就越明显。     

轴向受载的高速角接触球轴承接触角域的精确确定

在分析了高速角接触球轴承动态特性方程组的基础上,对动态特性的辅助方程进行了寻求根本变量的分析,得到了各个方程组变量相互耦合的关系图和根本变量。根据高速角接触球轴承受纯轴向力时的特点,提出了应用接触角进行迭代求解动态特性的计算方法。为了确定接触角的求解域,根据文献的计算结果分析了随着载荷和转速的变化内接触角增量小于外接触角增量的特点,并应用本文提出的迭代方法对算例进行了计算,验证了对接触角增量变化分析的正确性,从而将接触角的搜索范围缩小一半,减少了计算量。     

基于GS的二维水质网格计算

以数字西江水质预警预报系统为研究背景，对西江干道进行了数字化、河道贴体网格生成，以GIS数据为基础,进行一维恒定流方程组和二维水质模型计算，并且实现浓度场在GIS平台上的可视化。这种基于GIS的二维水质模型网格计算为水质的时空模拟和预测提供了一条新的途径；同时，也可以为水环境保护者在管理和决策时提供有利的支持。     

基于私有云的种子追溯管理平台的研究

种子销售数据、流向数据的采集与计算是种子追索管理的重要环节。随着种子量的增加和种类的繁杂,传统的数据处理方式在进行计算、存储时,存在着负载能力低、吞吐量差等问题。借鉴Hadoop分布式计算模型的并行计算和分布式存储的方式,设计基于私有云的种子追溯管理平台,研究一致性Hash算法优化数据库集群配置、MapReduce对大数据的并行计算。结果表明,与传统单节点处理方式相比,采用私有云并行计算方式可以大大提高并行计算能力、存储效率和平台的负载能力,同等数据量下云平台处理时间约为单节点集群的33.3%。     

基于CPF-EKF算法的大载荷植保无人机姿态解算方法

为了解决传统人工喷洒农药的不足,更高效地进行病虫害的防治,设计了基于八轴十六旋翼无人机的农药喷洒系统,实现了农药的机载喷洒功能。使用共轴双桨和旋翼模块的倾斜配置,对八轴多旋翼无人机进行结构改进,提高了系统的安全性与可靠性。整个系统满载10 kg,喷洒飞行速度可到达5 m/s,飞行时间超过10 min。针对传统扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter,EKF)姿态解算方法无法满足大载荷无人机强振动条件下的工作要求,导致姿态角解算精度不高,并且容易导致姿态角发散的问题,提出了基于20维状态量的CPF-EKF算法,额外引入了陀螺仪、加速度计和磁力计偏置误差作为状态量,使三轴姿态角的最优估计值更加准确,并且引入互补滤波(Complement filter,CPF)检测模块,当检测到EKF有发散趋势时,对EKF进行复位,从而简单高效地避免了EKF发散。采用实际飞行数据对算法进行验证,静态试验表明,该算法滚转角和俯仰角精度为±0.05°,偏航角精度为±0.2°。动态试验中以MTi传感器输出为参考,CPF-EKF在姿态解算过程中出现复位,三轴姿态角准确跟踪并未发散,并且动态精度与MTi相当,滚转角、俯仰角精度为±0.1°,偏航角精度为±0.5°,并且算法具有良好的实时性,证明了该算法的有效性。     

水库(群)发电优化调度计算的并行策略研究

为有效缩短水库(群)优化调度求解的计算时间,近些年来学者们对水库(群)优化计算的并行策略展开了相关研究,基于大系统分解协调方法提出了串联水库群中长期发电优化调度的异步并行计算。之后以李仙江两水库组成的串联水库群为例,在其中长期发电优化调度中,对分解协调异步并行计算方法进行了相关验证。该新型并行策略在解决混联水库群优化调度问题中为提高计算效率提供了新的研究与应用方向。     

高速滚珠轴承动态特性求解的沟道控制理论修

从滚珠轴承高速运转时滚动体(钢球)与内、外沟道接触存在旋滚比出发,分析了高速滚珠轴承动态方程组沟道控制理论的不足.在根据滚动体所受内外圈摩擦力与陀螺力矩相平衡的关系得出的内外沟道控制参数表达式中,引入滚动体与沟道之间摩擦因数的半经验公式.为避免沟道控制理论的不足,滚动体姿态角的计算采用了按照达朗伯原理推导的计算公式,取代了由沟道控制理论得出的姿态角.使得摩擦因数和姿态角的计算同时耦合了滚动体法向载荷的影响而最终成为与方程组同时迭代的变量,并给出了迭代算法,实现了两者的精确表达和精确计算.最后通过算例比较了两种方法的区别,说明了本文方法的计算结果更加精确,适合于现代轴承分析与设计的精确化要求.     

基于Spark并行计算框架的小波变换算法

目前在数字信号处理领域较为成熟的应用有DSP和LabVIEW等,这些方法适用于实时信号处理,但是对于大量的历史离线数据无法满足处理需求。而广泛应用于互联网行业的Spark可以作为离线信号处理的计算引擎。为了填补Spark缺少适用于并行计算引擎的数字信号处理方案这一空缺,针对小波变换算法提出了分布式小波变换算法的3种解决方案,并基于其中一种方法介绍了传统数字信号处理算法在Spark下的并行实现过程。最后,通过对该实现算法的正确性测试和性能分析,证明了该算法能够正确处理数字信号,并且能够满足工业对于大规模数字信号的计算要求。     

汽车碰撞安全性数值模拟的并行计算

阐述了汽车碰撞安全性数值模拟并行计算的区域分解方法,分析了并行求解过程以及主要时间开销,给出了处理接触时的并行计算流程。在此基础上,研究了不同的区域分解策略对整车碰撞计算效率的影响。最后研究了并行版本的LS—DYNA3D软件在不同硬件平台的可扩展性,对最终用户选择合适的硬件平台和计算软件具有指导意义。