课程文献中心 更多>>

摘要： 更快速、更舒适的出行是人们的普遍愿望。未来的某一天，位于北京的张三先生接到了前往伦敦参加会议的通知，他立刻准备材料，10点钟登上超声速客机出发，4小时后降落在伦敦，此时的伦敦还在清晨，经过一番商讨，他顺利结束会议，登上返程的航班，于晚上11点回到北京，从而结束了一天行程。

关键词： 交通信号控制   深度强化学习   多智能体系统   协调控制   注意力机制  

摘要： 城市车辆数量的持续增长常常使得道路基础设施超负荷运作,进而引发交通拥堵等问题,同时对经济和环境造成了严重的影响。鉴于此,开发智能化交通信号控制系统,以提升城市道路的车辆通行效率,已成为一种高效的解决方案。 首先本文基于SUMO设计了城市交通系统仿真平台,以解决信号控制系统在真实环境中测试成本过高的问题。通过仿真场景设计高度还原城市交通系统的基本骨架,并模拟实际交通需求,以确保各项基本属性符合现实情况,此外,引入智能驾驶模型来模拟人类驾驶员的行为,使得车辆行为更加贴近实际情况;通过仿真环境设计实现仿真场景与深度强化学习算法之间的实时交互,对后续策略训练起到了关键作用;通过可视化技术验证了仿真平台的有效性和实用性。 然后设计了基于单智能体深度强化学习方法的交通信号控制优化模型,以解决传统信号控制模型在应对复杂多变交通环境时的局限性。该模型先对交通环境状态、智能体动作、奖励函数等要素进行设计。具体而言,为了降低数据维度并增强模型的普适性,以驶入交叉口有向边的滞留率和空间占用率的组合向量作为交通状态;为了适应多变的交通流,以可变信号相序的方式进行智能体动作设计;为了提升奖励函数的效果,综合应用了延误时间、排队长度、停车次数等多项性能指标。其次采用深度强化学习算法设计了针对单个交叉口的交通信号优化控制算法,并在仿真平台上与其他控制模型进行了对比实验。实验结果显示本模型在延误时间、排队长度和停车次数等性能方面表现更优。 最后设计了基于多智能体深度强化学习方法的交通信号协调控制模型,以解决区域路网交叉口之间如何有效协调控制信号的问题。该模型基于中心化训练与去中心化决策的学习方法来搭建通信框架,并在多智能体深度强化学习算法中引入注意力机制使其能够动态地捕捉并学习交叉口之间的实时相互作用,从而实现对信息处理的差异化。通过在仿真平台上进行对比实验,实验结果显示该模型能够有效减少车辆的延误时长、排队长度和停车次数,有效提高了区域内车辆的通行效率。

关键词： 大迎角   非对称涡   等离子体流动控制   等离子体合成射流  

摘要： 现代战争中,制空权是决定战争胜负的关键因素,空空导弹是夺取制空权的最重要武器。当细长旋成体导弹大迎角机动飞行时,其绕流流场呈现出复杂的多旋涡结构,边界层也会出现非对称分离,导致气动力和力矩出现剧烈的非定常现象,最终在大迎角无侧滑状态下产生强度大、随机出现的侧向力和偏航力矩。因此,寻求有效的非对称涡控制方法非常迫切。等离子体激励因其响应迅速、结构简单、作用频带宽、无活动部件等优点,在主动流动控制领域得到了广泛的应用。 通过研究串联等离子体合成射流激励器(Plasma Synthetic Jet Actuator,PSJA)动力效应和冲击效应,本文创新提出采用PSJA开展细长体非对称涡控制研究。探索不同放电参数对细长体背部旋涡的控制效果。本文主要研究内容包括以下三个方面: (1)串联型等离子体合成射流激励器特性研究。分析不同串联激励器的电学特性、动力特性和流场特性。电学特性实验发现:采用脉冲激励PSJA,脉冲电压15kV时,单脉冲一个周期的平均功率为106W,PSJA基于气体放电的焦耳加热作用,PSJA形成高速射流;动力特性实验表明:PSJA高压电极经火花放电,产生压缩波,最大激波速度为485m/s;流场特性实验发现:能量沉积过程结束时,射流整个吼道内涡量增大,最大射流速度为100m/s,高速射流向出口下游流动。 (2)静止大气下细长体合成射流放电实验。设计并加工基于Basic-finner标准模型的细长旋成体模型,在静止大气下搭建高速纹影实验系统。采用串联PSJA控制细长体背部流场结构。研究发现:随着脉冲频率从1Hz增大到500Hz,诱导激波速度从464m/s降到360m/s。随着PSJA放电时间增长,诱导射流增速逐渐放缓,不同串联激励器个数(1～3个)对细长体绕流的干扰作用近似相同。 (3)PSJA控制细长体非对称涡风洞实验研究。在低速风洞中开展单个PSJA对细长体背部旋涡控制的实验,研究不同风速下控制效果。通过风洞粒子图像测速(PIV)系统,详细分析了U∞=3m/s和U∞=6m/s下细长体背部旋涡强度、空间分布随来流及激励参数的变化规律。当细长体迎角从40°增加到50°时,细长体背部涡旋的双稳态结构、尺寸、位置从稳定状态到耗散破裂再到分离。非稳态激励下,当占空比τ=50%时,将非对称涡形态转变成对称涡。

关键词： 跨声速压气机   PAFV湍流模型   数值计算   侧偏平均   湍流模型  

摘要： 高负荷跨声速压气机是航空发动机的核心部件之一。在跨声速压气机的流动中存在着非定常叶尖泄漏涡、激波/湍流边界层干扰、多级压气机级间干扰等复杂现象。通过实验研究可以掌握压气机的一些关键数据,但是由于压气机内部流场的复杂性,此类实验不仅非常昂贵,并且大多数情况下无法获得剧烈变化流场中的流动细节。因此,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)越来越多的被应用于叶轮机的设计及性能预测中。考虑工程计算的时效性和经济性的情况下,雷诺平均(Reynolds Average Navier-Stokes,RANS)方法仍然是实际工程中求解Navier-Stokes方程的主流方法。其中湍流模型是影响RANS方法准确性的关键因素之一,因此针对性地发展高效湍流模型具有十分重要的意义。 为提高跨声速压气机流场的计算精度,本文基于侧偏平均脉动速度和平均应变率张量构造的侧偏平均脉动速度湍流模型PAFV,编写了相应的CFD计算程序。为了验证PAFV湍流模型对跨声速压气机计算的适用性,首先基于Open FOAM平台对NACA4412和NACA0012翼型绕流问题进行了数值计算,验证了PAFV湍流模型在数值计算中的适用性;其次,基于PAFV模型使用Python语言编写了CFD计算程序,数值计算中,将控制方程在一般曲线坐标系下变换,控制方程的空间离散采用有限差分法进行。为了提高计算的精确性和稳定性,应用StegerWarming通量向量分裂法处理对流项,扩散项采用二阶中心差分格式离散,时间导数项采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta方法离散。在此基础上,对德国航空航天研究试验院的L030-4叶栅跨声速流动进行了计算,验证了CFD计算程序的准确性及适用性;在上述验证的基础上,进一步对三维NASA Rotor 67跨声速压气机转子流动进行了数值计算,对比了S-A、SST、k-ε、PAFV四种湍流模型对跨声速压气机流场计算的影响。 经过上述计算,结果表明:PAFV湍流模型能够较为准确地预测翼型绕流等问题,对跨声速叶栅通道内的跨声速流动能够作出准确的模拟,叶栅通道内的激波现象与实验纹影图十分吻合。在跨声速压气机Rotor 67的数值计算中,综合对比实验数据和四种湍流模型的计算结果,S-A、SST、k-ε、PAFV四种湍流模型基本都能对跨声速压气机的性能和流场进行较为准确的预测。PAFV湍流模型在计算压比曲线时和SST结果相似,而在效率曲线上则比其他三种湍流模型稍差;SA、SST湍流模型是针对航空领域计算特点建立的常用模型,计算稳定性较好,两种湍流模型的计算结果相近;k-ε湍流模型计算的压比、效率最接近实验数据,但由于k-ε湍流模型不能很好的捕捉近壁面高剪切应力区域的流动特征等,其对近壁面附近流场细节的计算不理想;PAFV湍流模型使用侧偏平均脉动速度作为湍流速度尺度,在激波附近区域,由于脉动速度受到了抑制,湍流黏性也受到了抑制,避免了激波区域出现的过大的湍流黏性。此外,侧偏平均脉动速度本身具有输运特性和各向异性的特点,对于具有各向异性和非当地平衡型的跨声速压气机内激波/湍流边界层干扰流动适用性较好。

关键词： 初中物理   大单元教学   单元复习   教学策略  

摘要： 《义务教育物理课程标准》中提出,教师教学中需关注学生的全面发展,聚焦学生物理学科核心素养的培养,包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。但在面对课时紧张、中考升学竞争等问题时,多数物理教师在教学过程中采用传统的讲授式章节教学的方法。尤其是在复习教学中,为了完成应试要求而大量采取题海战术,学生只能通过习题吸收零碎的知识点,缺乏系统的知识归纳和框架建构,导致学生物理复习效率较低,产生畏难情绪,丧失物理学习的主观能动性。 在了解当前初中物理复习教学困难后,为了帮助学生构建系统化的知识体系框架,充分掌握中考中高频实验原理和操作,形成科学探究的思维,有效提升学生的复习效率,加强学生的物理学习自信,笔者展开基于大单元教学的初中物理复习课教学策略研究,并以浮力和压强内容为例进行教学案例设计和实施应用。 本文基于文献法对大单元教学模式、复习教学研究和已有复习教学中存在的问题进行深入研究分析,对大单元概念进行界定,科学总结大单元教学模式的特点和详细分析现阶段常规复习教学的基本要求,并提出大单元教学模式对复习课教学具有的积极作用。对沪科版初中物理课程中的压强与浮力两个单元进行了详细分析,从初中物理新课标对该部分内容的教学要求、教材对两章节内容的安排顺序等出发,结合学生压强浮力内容掌握现状和复习现状的调研分析,确定了现阶段压强和浮力大单元复习课所面对的问题。以核心素养为导向,确定大单元教学模式下的压强与浮力复习课教学目标,从物理概念和规律、物理实验、生活应用三个维度出发设计教学思路,结合实际教学进度合理安排教学课时计划,形成可实施的初中物理压强和浮力大单元复习课设计策略。以压强和浮力大单元为例,设计了基于思维导图的概念规律课、基于整体实验的实验课和基于习题串模式的练习课,并以笔者所带班级为研究组和对照组进行教学实践研究。 在教学实践结束后,为了检验大单元模式下的复习课教学效果,通过学业测试和调查问卷的形式进行调研。可得出如下结论:基于大单元教学模式的复习策略在实践过程中具有较好的应用价值,通过将大单元复习内容按照物理概念和规律、物理实验、物理应用三个维度进行分类整理,设计对应大单元任务可以有效提高复习效率。如思维导图可有效帮助学生在复习过程中构建完整的知识体系框架,整体实验教学能够更好帮助学生掌握实验操作、数据分析,形成科学探究的思维,习题串的难度阶梯化能更好的帮助学生完成知识的消化吸收并达到举一反三,掌握多过程解题思路。通过大单元复习课学习的学生学习自信得到显著提高,从而形成良性循环。另外,在大单元教学体系框架构建中,还可根据教师的自身特点和学生的实际情况灵活选用更科学合理的教学方案,有效提高学生复习效率。