秦导, 王健红[1]2002年在《管道网络拓扑模型与分析计算》文中指出为了解决化工过程仿真中管道网络计算的问题 ,本文运用邻接矩阵描述化工流程中管道网络拓扑结构 ,通过分析网络中串、并、分、汇 4种基本拓扑特征来识别管网 ,得出流量压力计算的自动建模与求解算法。利用该算法 ,只需输入管道网络的邻接矩阵 ,即可自动产生流量压力分布计算的数学模型并进行实时动态求解。并成功将它们应用于实践中 ,效果良好
秦导[2]2001年在《管道网络拓扑模型分析计算与应用》文中研究指明在化工装置动态仿真系统和电力装置仿真系统的开发研究与应用中，其管网模型与求解是整个系统的关键。流体网络系统结构复杂、变化多样。流体的压力和流量响应特性具有较强的非线性，若网络拓扑结构稍有不同，其网络特性便有可能有很大的差别，而且流体压力具有扰动双向传播、响应速度快的特点，导致流体网络系统数学模型中各个方程之间的耦合关系较强，给数学模型求解带来很大的困难。 本文的研究运用邻接矩阵描述化工流程中管道网络拓扑结构，通过分析网络中串、并、分、汇四种基本拓扑特征来识别管网，得出流量压力计算的自动建模与求解算法。根据以上研究结果成功地研制出一套应用软件，有效地实现了多分支流体网络自动识别与求解，即模拟软件系统可直接由流程图识别拓扑结构并自动建模与求解管路的流量压力。利用该软件，只需输入管道网络的邻接矩阵，即可自动产生流量压力分布计算的数学模型并进行实时动态求解。应用于天津石化预加氢装置和锦西化工厂的接技聚醚装置等多个动态流程模拟项目的实践、检验，证明了该算法的可靠性和实用性。
刘彤[3]2013年在《微流控芯片管道网络集成式设计方法研究》文中进行了进一步梳理高效、便携、微尺度效应等特点使得微流控技术在过去几十年间迅速发展，并广泛应用于生化分析等领域，但是设计方法、制造工艺等方面的限制使其高精度集成化设计的发展受到影响。本论文提出了一种基于拓扑优化方法的微流控芯片管道网络尤其是流量分配网络的优化设计方法，验证了其可行性，并提高了该方法的通用性。流量分配和流向控制是微流控管道网络的设计基础，即将管道中的液体按照不同的流量通过不同的途径分配到相应的支路和功能器件。目前，其设计方法主要是等效电路法，此外还有试凑法、结构定理等，随着微流控网络大规模集成化发展的要求日趋迫切，这些方法越来越难满足微流控高精度集成设计的要求。随着计算机技术的发展，基于数值计算的设计方法越来越受到人们的重视，依赖数值仿真和数学优化算法的设计是基于严格的物理定律和数学推导而来，具有高精度高合理性、便于设计等特点。本论文提出了基于拓扑优化方法的微流控芯片管道网络尤其是流量分配网络的优化设计方法：（1）研究了微流控网络的现有设计方法尤其是等效电路法，归纳了其优缺点；（2）提出基于密度法拓扑优化的微流体流量分配网络设计方法，采用了全新的基于“真实-参考”模型方法的优化模型，提高了优化的收敛速度，减小了建模难度；（3）完善了流体优化中计算区域和设计区域不重合情况下的敏度求解方法，提高了敏度求解的准确性，加快了收敛速度；（4）改善了体积约束方法，分析了流体拓扑优化中强制的体积约束方法的缺点，通过目标函数来施加可调节的体积约束，使结果体积更合理且利于数值稳定；（5）编写了通用的模块化优化和前后处理程序，使得该设计方法通用性和便用性大大提高，并通过CG、MMA、LBFGS等优化方法进行了优化验证；（6）基于本文的方法对单入多出、多入多出、串联等流量分配网络进行了优化设计，对比等效电路法的设计结果阐述了本方法的优势所在；（7）对与流量和流向控制相关领域的器件设计进行了展望，重点设计了微流体浓度梯度网络，通过实验验证了其可行性。最后通过总结与展望说明了这种基于数值优化设计方法的优势及其发展趋势，阐述了其将成为未来微流控芯片设计领域中主要方法的原因和下一步完善方法。
秦导, 王健红[4]2001年在《管道网络拓扑模型与分析计算》文中研究指明运用邻接矩阵作为描述化工流程中管道网络拓扑结构的模型。根据邻接矩阵,提出了识别管道网络中串、并、分、汇四种基本拓扑特征的算法及流量压力计算的自动建模与求解算法。根据以上研究结果成功地研制出一套应用软件。利用该软件,只需输入管道网络的邻接矩阵,即可自动产生流量压力分布计算的数学模型并进行实时动态求解。经过天津石化等多个动态流程模拟项目的实践检验,证明了该算法的可靠性和实用性。
孙军[5]2014年在《石油化工管道网络的实时计算策略及其应用研究》文中研究说明在石油化工工业现场,结构、管径各异的复杂管道网络将一定数量的单元设备连接在一起,共同构成了一个具备强耦合、相互联动影响、牵一发而动全身的复杂大系统。为了在全工况过程系统动态仿真以及在线故障诊断、在线优化、在线控制决策等应用领域中实现石油化工复杂大系统的实时计算,除了单元设备实时计算的实现,研究人员还必须实现管道网络的实时计算。本文将非线性系统理论、计算机科学方法、Agent理论、图论理论及软件设计、开发方法等理论和方法应用到管道网络实时计算的研究中,针对管道网络实时计算面对的稳定性、实时性、通用性及复杂性问题开展了相关的研究工作。这几个方面的研究工作无论在理论方面还是在实际应用中都具有重要的意义。理论方面,管道网络实时计算问题的充分解决,将助力于解决石油化工复杂大系统的实时计算问题,进而为所有过程工业中针对复杂大系统开展的研究课题及相关工作提供有利的帮助和支持。实际应用中,管道网络实时计算问题的顺利解决,一方面能够使得构建全厂的、系统级别的全工况动态仿真工厂及可由用户自行定义的仿真平台成为可能,进一步促进仿真产品及技术在诸多领域中的应用；另一方面还将使得诸多基于模型计算的优秀理论与技术(如在线故障诊断、在线控制决策、在线优化等)能够更加广泛地应用于过程工业现场。面对管网实时计算的稳定性、实时性、通用性及复杂性问题,本文提出一种以图论方法为轴心,基于Agent架构的管网实时计算策略及其应用框架。本文的主要内容及创新之处可概括如下：1、为了增强石油化工管道网络实时计算的协调性,本文引入了智能体(Agent)的概念,对Agent的基本结构及Agent交互机制中最为重要的交互信息结构做了规定,提出了抽象类Agent和实体类Agent的分类方式,并基于上述Agent分类与建模方式,提出一种基于Agent的管网实时计算策略架构。通过该架构的应用,管网实时计算策略能够应对石油化工现场中多样、多变的管道网络拓扑结构；能够将种类多样、数量巨大的各类管件很好地包含入计算过程中并顺利达到求解的目的；能够自动识别并处理所计算管道之间因材质不同、因使用环境不同、因工况不同等原因带来的不同情况；能够适应不同管段中,或同一管段中因工况变化而引起的流体相态、组成、物性、流速等变化并顺利完成相应的计算工作。2、在基于Agent的管网实时计算策略架构下,本文针对多入口多出口复杂结构的管网实时计算,提出了利用管段压力流量数据进行曲线插值的初值设置方法,改进了基于图论求解的计算稳定性,并提高了迭代计算速度。此外,本文还依据过程工业管道设计标准和规范,参考石油化工现场真实的管道网络布局,设计并定制了复杂管道网络实验装置,从而对上述曲线插值初值设置方法开展了充分的实验验证工作。验证结果表明,曲线插值初值设置方法针对常见管道网络结构的计算误差则均低于1%,计算所得初值与实验监测到的真实值之间足够接近,能够很好地达到初值设置的目的。3、在基于Agent的管网实时计算策略架构下,本文提出了基于线性迭加原理的初值设置方法,并从应用的角度出发,构建了管网实时计算应用系统,仿真验证了所提方法的有效性。该应用系统将本文所提的以图论方法为轴心,基于Agent架构的管网实时计算策略予以实现。通过该应用系统,使用者只需要在界面层以所见即所得的形式,采用拖拽的方式完成建模工作并进行必要的属性设置即可开展管道网络实时计算工作,而无需关心应用框架内部的计算流程是如何实现的。在此基础之上,添加必要的单元设备计算模型后,该应用框架即可直接被应用于进行石油化工复杂大系统的实时计算。另外,界面层、逻辑层、数据层叁层的独立结构大大地扩展了该应用框架的适用范围,如含界面含计算引擎的单机运行应用场合、无界面只需计算引擎作为对象的应用场合、含界面但无需计算引擎的单上位机或多上位机应用程序以及复杂大型应用中将数据层与计算引擎分离,放置到独立的硬件设备之上共享等等,都可以基于该应用框架予以实现。
王鹏[6]2016年在《移动网络环境下高效多路径传输技术研究》文中研究指明近年来,随着智能硬件的普及、网络技术与宽带接入技术的发展,越来越多的终端设备装备有多种类型的网络接口,例如WiFi (WirelessFidelity,中文:无线保真),WiMAX( Worldwide Interoperability for Microwave Access,中文:全球互通微波存取),LTE (Long Term Evolution,中文:长期演进)等等,使得一个用户终端同时具有访问目标通信节点的多条链路。多路径传输协议 MPTCP (Multiptah Transmission Control Protocol)作为多路径传输协议的代表,收到了广泛关注。然而,因为受限于按序递交的传输交付思想,MPTCP的性能被数据包失序现象严重影响,尤其是在无线异构网络环境中。虽然学界之前提出的调度策略和拥塞控制改进了 MPTCP协议本身,但是他们没有从根本上解决这个问题。在这个背景下,通过打破数据包和他们的序列号之间的强约束关系,网络编码已经被证明是解决端到端多路径传输中乱序问题的有效方法。然而,当前的网络编码解决方案无一例外的都是基于批编码(batchcoding),在这种编码机制下,编码和解码相对低效。另外,编码系数的频繁生成和传输使得传输时延增加,浪费了有限的带宽资源。针对上述问题,本文提出了一个新颖的融合管道网络编码的MPTCP解决方案。本文的主要工作包括:(1)将管道网络编码的概念与MPTCP结合,解决接收方的乱序问题,降低编解码时延;(2)提出一种新型的、经济的编码系数选择规则,降低编码的复杂度,减少了编码和解码时延,节省了带宽资源;(3)提出一种新型的路径质量评估模型,配合管道网络编码机制,最大提高系统的传输效率;(4)在(3)的基础上,提出一种基于路径质量的数据分发机制;(5)提出一种相应的拥塞控制和重传机制来进一步优化系统性能。所在课题组在着名SCI期刊IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING上发表期刊论文一篇,与华为公司联合提交了一份关于上述解决方案的国际PCT专利一项,目前正在申请中。本文采用主流的网络仿真软件NS-2进行有效性验证和性能评估。对无线异构网络环境下融合管道网络编码的多路径数据传输的效果进行了评估,仿真结果展现了本文所提出的方案如何优于当前网络编码解决方案。
尹飞[7]2016年在《基于Hadoop的管道网络分布式实时计算及应用》文中研究说明随着社会的进步和科技的发展,在石油化工工业的领域,管道网络通常是十分复杂的,并且管径大小也是各不相同。现场是通过管道网络把这些不同的设备连接在一起,形成了一个巨大且复杂又相互有联系的管网系统。像这种庞大而又复杂的管道网络要进行系统的动态仿真,对于设计的计算平台需要面对的是实时计算通用性,实时性和复杂性的问题。要实现实时性是十分困难的,所以本文从两方面去实现实时性,一是设置适当的初始值,这样可以让计算迭代的时候更加快速的收敛,二是程序设计时引入智能体Agent的概念,利用现在比较成熟的分布式计算框架Hadoop去分布式计算迭代,缩短计算的时间。首先,是有关初始值设置的问题。因为是采用图论的方法去进行管道网络的计算,现实情况无法达到实时计算的要求,所以采用了线性化初值设置的方法,将迭加原理用到管网初值设置的方法上,经过简单的估算可以得到与初始值相近的估算值。然后经过大量的实验验证方法是可行的,很好缩短了迭代的次数,减少了计算所需要的时间。其次,是分布式管道网络计算模型。采用图论的方法进行管道网络仿真的计算,对于石油化工现场的管网来说,可能会产生大矩阵。那么在计算迭代过程中,会涉及到大矩阵的运算。还有就是对于石油化工行业来说,这些庞大而又复杂的管网连接的是很多其它的设备。对于仿真平台来说,如果把这些设备的计算都放到一台计算机上,显然计算机的运算量是不够的。本文采用了现在比较成熟且开源的分布式计算框架Hadoop来进行管网图论的运算,还可以利用Hadoop实现连接设备计算分配的负载均衡,把大的计算量分配到集群中比较空闲的结点。再次,本文所搭建的管网仿真平台是给学生或者工人在线进行学习训练的仿真平台,BS架构的分布式管网仿真平台,服务器的是现在Nginx+tomcat搭建的分布式架构服务器架构,数据库用的是Mysql+HBase,其中mysql作为关系型数据库适合事务的处理,HBase是面向列的数据库,存储大量数据。在程序计算设计时引入Agent的概念,并且基于Agent进行建模和分类。最后,本文以某厂丙烯酸甲酯(MA)的生产原型的流程来作为例子。其模型是经过简化以后的七个精馏塔一起形成的精馏塔群,以及它们间的管网网络。在本文前面构建的分布式管网仿真平台的建模的基础上,将UML软件设计和设计模式充分利用到案例中,进行案例的分析和研究。
庞博[8]2014年在《受限环境无线传感器网络部署关键技术研究》文中认为随着无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)在诸如室内、管道、路网、水下、战场等受限环境中的越来越广泛的应用，受限环境无线传感器网络的部署技术得到了广大学者的密切关注。不同受限环境对WSN的不同影响，使得在研究受限环境无线传感器网络的部署技术时，应先分析特定环境对传感器节点各项性能的影响，再决定部署节点的方式与位置，以满足网络的覆盖度与连通度等性能需求。本文在现有研究的基础上，分别对叁维室内环境WSN部署策略与管道监测应用WSN部署策略进行了研究。主要工作与研究成果概括如下：(1)简要分析了基于二维空间设计的部署方案在叁维室内环境应用中的不足，论述了传统算法采用的Line-of-Sight(LoS)模型的缺陷。提出了一种基于启发式算法的叁维室内WSN静态部署机制，利用贪心策略在有障碍的叁维室内环境中进行部署，设计了权重感知的遗传算法优化策略求取全局最优部署方案。算法采用分权的方式描述不同空间区域的重要性，利用带方差的对数正态阴影模型(LNSM-DV)建模信号衰减过程，获得最大覆盖效果的同时最小化部署开销，并保证空间k覆盖与网络连通性。实验表明，在障碍物对节点影响达到一定程度时，该算法性能的优越性更为明显。(2)指出了现有的基于静态部署方式的管道监测应用WSN部署方式的缺陷，论述了传统动态部署技术在管道监测应用中的不足。针对现有研究的优缺点，提出了一种基于不规则细胞学习自动机(ICLA)的管道监测应用WSN自部署机制，使移动节点能在管道中自主扩散，而无需了解整个管道网络的结构。算法采用划分集群的思想，以竞选而出的主持节点管理所在子区域，引导其中节点的移动，利用ICLA的学习能力优化节点的自主移动过程。实验结果显示，当节点数不足以完成管道空间的k覆盖时，该算法所得部署方案的k覆盖率区域最大。(3)实现了室内移动对象跟踪系统NHTrack。首先简述了NHTrack的设计思想，然后针对室内空间的几种特殊场景设计了具体的部署模型实现移动对象符号定位过程，并检测室内移动对象的移动方向与轨迹。最后，基于该模型完成了某建筑中的部署方案，并给出了关键数据结构设计与算法流程。实际实验结果表明，该系统可有效完成室内移动对象的行为检测与收集过程。
孙军, 张贝克, 吴重光[9]2015年在《基于Agent的石油化工管道网络实时计算策略架构》文中进行了进一步梳理为实现石油化工过程的全流程动态建模与仿真,需要面对多样、多变的管道网络拓扑结构,解决管道网络的实时计算问题,其中包括种类多样、数量巨大的各类管件的计算;需要处理管道因材质不同、因使用环境不同、因工况不同而存在的不同情况;需要应对所流经流体的相态、组成、物性及流速等可能发生的变化。这些变化及不确定性都给石油化工管道网络实时计算的实现带来了巨大的挑战。为应对上述问题,本文引入智能体(Agent)的概念及方法,提出了一种石油化工管道网络实时计算策略架构,对该架构所含Agent的基本结构及交互信息结构做了详细规定,提出了抽象类Agent和实体类Agent的分类方式等内容。最后,本文以北京某厂丙烯酸甲酯生产流程中的精馏塔单元为例介绍了该架构下创建的各个Agent与实际流程之间的对应关系,并简要介绍了整个计算流程。结果表明,本文所提基于Agent的石油化工管道网络实时计算策略架构能够很好地解决上述变化及不确定性问题,从而顺利地实现石油化工管道网络的实时计算。
冯述华[10]2004年在《双层法在管网流量压力计算中的应用》文中进行了进一步梳理在化工装置动态仿真系统和电力装置仿真系统的开发研究与应用中，其管网模型与求解是整个系统的关键。流体网络系统结构复杂、变化多样。流体的压力和流量响应特性具有较强的非线性，若网络拓扑结构稍有不同，其网络特性便有可能有很大的差别，而且流体压力具有扰动双向传播、响应速度快的特点，导致流体网络系统数学模型中各个方程之间的耦合关系较强，给数学模型求解带来很大的困难。本文的研究运用邻接矩阵描述化工流程中管道网络拓扑结构，通过分析网络中串、并、分、汇四种基本拓扑特征来识别管网，采用双层法来求解管网流量压力。根据以上研究结果成功地研制出一套应用软件，有效地实现了多分支流体网络自动识别与求解，即模拟软件系统可直接由流程图识别拓扑结构并自动建模与求解管路的流量压力。利用该软件，只需输入管道网络的邻接矩阵，即可自动产生流量压力分布计算的数学模型并进行实时动态求解。应用于某TDI装置动态流程模拟项目的实践、检验，证明了该算法的可靠性和实用性。
参考文献：
[1]. 管道网络拓扑模型与分析计算[J]. 秦导, 王健红. 北京化工大学学报(自然科学版). 2002
[2]. 管道网络拓扑模型分析计算与应用[D]. 秦导. 北京化工大学. 2001
[3]. 微流控芯片管道网络集成式设计方法研究[D]. 刘彤. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2013
[4]. 管道网络拓扑模型与分析计算[C]. 秦导, 王健红. 过程系统工程2001年会论文集. 2001
[5]. 石油化工管道网络的实时计算策略及其应用研究[D]. 孙军. 北京化工大学. 2014
[6]. 移动网络环境下高效多路径传输技术研究[D]. 王鹏. 北京邮电大学. 2016
[7]. 基于Hadoop的管道网络分布式实时计算及应用[D]. 尹飞. 北京化工大学. 2016
[8]. 受限环境无线传感器网络部署关键技术研究[D]. 庞博. 南京航空航天大学. 2014
[9]. 基于Agent的石油化工管道网络实时计算策略架构[J]. 孙军, 张贝克, 吴重光. 计算机与应用化学. 2015
[10]. 双层法在管网流量压力计算中的应用[D]. 冯述华. 北京化工大学. 2004
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