《核密度加權PCA生成流形的火災複雜系統模型降階研究》是依託中國科學技術大學,由蔣勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名:核密度加權PCA生成流形的火災複雜系統模型降階研究
- 項目類別:面上項目
- 項目負責人:蔣勇
- 依託單位:中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
提出了火災建模的新方法,即,採用核密度加權法,融合火災重要特徵量信息,由主成分分析生成流形,進行火災複雜系統的模型降階,以完成火災過程的數值模擬。申請項目研究燃燒過程核密度加權的主成分分析方法,基於主成分分析的低維流形構建、以及複雜系統的模型降階方法,包括:建立描述火災特徵的實驗裝置,通過燃燒場診斷技術,獲取實驗數據;採用直接數值模擬DNS和一維湍流ODT模擬,構建海量的高保真建模資料庫;針對非均質數據密度、以及強非線性特徵的數據集合,推導物理量核密度加權的控制方程,完成未知項的模化,以研究核密度加權主成分分析的信息融合方法;研究基於全局和局域主成分分析生成流形的方法,以獲得低維模型。通過以上研究,建立基於核密度加權PCA生成流形分析的火災複雜系統模型降階的理論體系,推動火災動力學的發展。
結題摘要
火災涉及燃料與火焰抑制劑種類繁多,時空剛性問題導致數值模擬計算量極大,另一關鍵問題是燃料與火焰抑制劑化學反應動力學機理缺乏。項目聚焦火災建模的新方法,對火災複雜系統進行模型降階,採用先進測量技術和理論,研究制定複雜燃料與火焰抑制劑詳細反應機理,以完成火災過程的數值模擬。 研究內容包括:建立燃燒場雷射診斷測試裝置,新材料製備和研發實驗台,研究火災涉及的擴散和預混火焰及其火焰抑制計算、以及複雜燃料與火焰抑制劑化學機理制定;研發直接數值模擬DNS和一維湍流ODT模擬程式,為建模與模型驗證提供海量的高保真資料庫;研究燃燒複雜系統的模型降階理論和數值方法,發展火災過程數值模擬程式。 通過項目實施,建立了二套燃燒場診斷的雷射測試裝置,即雷射粒子圖像測速PIV系統、以及平面雷射誘導螢光PLIF火焰診斷系統,可進行燃燒與火焰抑制中的火焰傳播速度、熄火拉伸率、以及OH的測量。研發出直接數值模擬DNS和可變密度一維湍流ODT模擬程式,DNS可達類譜精度,ODT可分析直到耗散尺度的複雜化學與湍流的相互作用。由化學爆炸模式分析CEMA和核密度加權的主成分分析PCA,進行了燃燒尺度分析。研究了流形理論,進行了燃燒的經驗低維流形ILDM的計算,提出基於人工神經網路的等距映射算法Isomap-ANN刻畫低維流形,彌補線性降維算法在處理具有非線性結構數據集合時的缺陷。提出基於實時尺度分析的燃燒分區模擬方法,採用低維流形對燃燒不穩定區進行模化計算。 燃燒的物理本質是尺度問題,而其數學本質是流形問題,採用低維流形對燃燒過程進行建模與計算具有重要的科學價值。以往對火災抑制劑研發效果採用巨觀滅火劑消耗量來評價,包含了物理覆蓋作用,因此是不合適的,項目研究表明,不同當量比下火焰速度的降低來評估火焰抑制劑效果可精確量化理化作用,對於航空等需高效滅火劑的研發具有重要意義。