2024年 02期
零知识证明中椭圆曲线运算的硬件加速方法研究
丁冬;李正权;目的:针对零知识证明协议纯软件部署存在的低时延、低功耗服务要求难以满足，以及硬件加速芯片协议适配性差和开发周期长的问题，提出了一种用于零知识证明的椭圆曲线点加计算流式计算架构。方法:实现了点加计算的硬件设计，对高位模运算设计了低时延、可扩展的硬件计算单元，在点加计算的各个计算阶段间规划数据流实现了流水设计，使用OpenCL与HLS,在基于FPGA的异构计算平台上，对不同规模的点乘、多标量乘法计算任务进行了软硬件协同加速。结果:在AMD Xilinx Alevo U50数据中心加速卡上，多标量乘法运算相比于AMD Ryzen 9 5900X(3.7 GHz)CPU单核及12核运行分别获得了41.5倍及3倍的加速比，硬件加速模块相比于纯软件方式获得了最高12.42倍的能效提升。结论:该计算架构有效提高了硬件资源利用率，降低了椭圆曲线运算时延以及功耗开销。
隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响
朱凯;胡会平;张欣;杨文静;吴珂;目的:随着城市建设水平和强度提高，带匝道的分岔隧道日趋增多。针对分岔隧道通风设计难题，亟待获取隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响规律。方法:通过搭建同步满足阻力和压力相似的1/13缩尺分岔隧道通风试验平台，构建分岔隧道三维CFD模型，探究了分岔隧道不同分岔形式气流的流动特征和局部阻力系数，并进一步分析了分流结构与减速车道等隧道分岔形式特征对局部阻力系数的影响。结果:表明主线与匝道局部阻力系数随分流比增大呈现先减小后增大的趋势，且在分流比为0.4时达到最小。平行分岔隧道相比定向分岔隧道，主线局部阻力系数差别不大，而匝道局部阻力系数存在较明显的差异，分流比较小时，平行分岔隧道匝道局部阻力更大，分流比较大时则相反。增设减速车道，分流比较小时会减小匝道局部阻力系数，但会增加主线局部阻力系数，分流比较大时则相反。结论:研究结果可为分岔隧道的通风设计提供参考。
微柱阵列微通道制造成型及换热性能研究
孙文凯;周芳;钱丽娟;目的:明确微柱强化微通道流动沸腾换热性能。方法:采用多刀铣削-激光复合加工微柱阵列式微通道，基于高速相机搭建的可视化实验平台，捕捉流动沸腾过程中的流态变化和温度压力等表征参数。结果:不同流速下，与不添加微柱阵列的微通道比较，微柱阵列强化了微通道的换热性能，且不同形状微柱阵列的流态变化和换热性能不同。研究发现微柱阵列能够在一定程度上缓解微通道流动沸腾过程中的不稳定现象，压降波动值降低超过50%。结论:通道植入微柱阵列能够实现强化换热特性要求，并且有效缓解微通道流动不稳定现象，尤其是具有流线型的微柱阵列扰动能力最为显著。
可穿透金属密闭壳体的磁电型甚低频通信系统设计
陈昱;包腾;郁国良;朱海斌;朱明敏;周浩淼;目的:针对金属密闭壳体中的无线信号传输问题，设计了基于磁电型传感器的甚低频通信系统。方法:通过建立金属密闭环境的电磁穿透模型，研究了通信距离、金属壳厚度、激励频率和电导率等因素对于磁信号穿透性的影响，搭建了一个基于线圈发射和磁电传感器接收的甚低频通信系统，测试了金属密闭壳体中的磁信号传播行为以及甚低频通信系统在金属密闭环境中的数字信号通信能力。结果:在0.1 cm厚度的不锈钢金属密闭壳体内，磁信号的穿透行为与仿真结果相吻合，在30 cm的传输距离下可以传播最大400 b/s调制速率的ASK信号，有效信号传输的最大通信距离为40 cm。结论:所设计的甚低频磁电型通信系统可以在金属屏蔽环境下实现有效的数字信号传输，为进一步的工业场景应用提供了实验基础。
基于T-S模糊建模的气动肌肉拮抗关节预测角度控制
张传强;周坤;崔小红;王斌锐;目的:为了提升气动肌肉拮抗关节的控制精度。方法:提出了一种用于气动肌肉拮抗关节角度跟踪的T-S模糊模型预测控制方法。建立了拮抗关节的T-S模糊模型，并对模型进行了离散化处理；基于离散后的T-S模糊模型，设计了拮抗关节的模型预测控制器，通过特征值法验证了系统的稳定性。结果:仿真实验表明，T-S模糊模型预测控制器跟踪±15°和±10°的角度时，相对于传统模型预测控制，平均绝对误差分别降低了29.05%和44.11%。结论:设计的T-S模糊模型预测控制器提高了气动肌肉拮抗关节的控制精度。
基于Zigbee网络接收信号强度指示测距算法的工业安全监测系统
巢雨凯;陈亮;目的:基于Zigbee网络的接收信号强度指示(received signal strength indicator, RSSI)测距算法和环境传感器，设计一种能够保障工业区内工人安全的工业安全监测系统。系统功能主要包括对误入违禁区域的工人进行即时的警告、火灾险情警报、工人身体状况监测以及云平台控制系统。方法:本系统通过多节点组合获取信道模型中的环境干扰参数，采用混合滤波算法和RSSI测距算法来获取工人位置，使用传感器监测工业区内的险情和工人身体状况，运用4G DTU模块完成云平台和系统之间的控制功能。结果:实现测距功能50 m内误差低于10%,可以满足系统危险距离警报的需求，对火灾和工人身体状况实现实时监测。结论:系统可准确地对发生的灾情和进入违禁区域的工人进行实时警告同时在云平台显示，可通过手机移动端查询系统的状态和控制系统，具有方便快捷的功能。
加强计量学科专业建设对构建现代化产业体系的意义和策略研究
黄乐富;目的:进一步明晰计量学科专业在支撑现代化产业体系发展中的作用和发展路径。方法:在分析战略意义和必要性基础上，通过多学科视角、比较研究等方法，分析了我国计量学科专业建设的发展现状与困境，探讨了计量学科专业建设的路径与国际启示。结果:研究认为建设现代化产业体系需要计量科学技术支撑和人才支撑，其中学科专业目录支撑度不够是限制发展的关键，应从顶层设计层面加快计量学科专业建设布局。结论:要从加强急需学科专业目录增列，推进多学科交叉融合发展，创新学科专业建设模式等方面发力，以提升计量助力现代化产业体系的能力和发展水平。
河道生态清淤及淤泥处理处置技术的应用探究
秦鑫;王春华;黄晓烽;张晔;林伯儒;米帅;汪萍;刘回归;饶宾期;目的:探究城市河道生态清淤方案及淤泥脱水处理处置方法。方法:根据河道的环境特点和施工难点以及淤泥特性，综合分析不同生态清淤工艺方法以及淤泥资源化利用方法。结果:生态型和景观型河道，采用智能扫吸式清淤工艺；综合型和工业型河道，采用绞吸式清淤工艺。2‰阳离子聚丙烯酰胺、3%聚合氯化铝加1.5‰阴离子聚丙烯酰胺配制的絮凝药剂的絮凝效果较好。板框压滤脱水法和高压带式压滤脱水法，可使脱水后的淤泥含水率降至30%～50%。脱水后的淤泥可用做种植营养土或基质材料，以及覆盖土、回填土与烧结砖和陶粒的生产原料。结论:生态清淤能有效地处理不同城市河道的淤积问题，并进一步为淤泥资源化利用提供了可行方案。
横向火源下隧道火灾温度分布和烟气运动特性研究
黄志;陈茗;夏立群;曹刚;田佳鑫;朱凯;目的:为了研究着火车辆停靠朝向对隧道顶棚温度分布和烟气运动特性的影响。方法:采用数值模拟结合比尺模型试验的方法，分析在不同纵向风速和火源功率下，横向、纵向两种典型火源的顶棚最高温升和烟气回流规律。结果:相比纵向火源，横向火源烟气阻塞效应更强，顶棚附近烟气运动速度更快，烟气卷吸量更大；且火源占隧道宽度比例较大，烟气较早进入一维蔓延，使得隧道顶棚温度更低。随火源功率和纵向风速的增大，两种火源朝向下的顶棚温度差距越大，30 MW火源下顶棚最高温度的差值可达57%。较纵向火源，横向火源隧道顶棚温度更低，烟气热浮力减小，烟气运动衰弱。随火源功率增加和纵向风速降低，回流长度差距逐渐增大，30 MW火源下最大差值为36 m。结论:横向火源烟气层热稳定性更弱，烟气沉降更为明显，即使在低风速下，近火源段烟气层也易被破坏。
尿素水解制氨的燃煤电站SCR系统喷氨控制优化
张裕;王琦;沈德魁;目的:研究尿素水解制氨下的燃煤电站SCR系统喷氨支管优化控制方案，并分析其应用效果。方法:基于AspenPlus模拟尿素水解系统，分析氨气变化特性；结合工程应用完成SCR系统喷氨控制优化，并利用投运前后实际运行数据建立针对性评估方案分析控制优化效果。结果:模拟发现，反应温度、反应压力、尿素进料质量分数都有助于提高产品气中氨气的体积分数。SCR系统喷氨控制优化后，选取投运前后两段运行时间内运行参数进行分析，计算SCR系统平均氨耗率，发现投运后较投运前下降28.13%;比较两段运行时间内同一锅炉蒸发量和入口NO_x质量浓度下平均氨耗量发现，投运后较投运前下降30.27%。结论:尿素水解制氨的燃煤电站SCR系统喷氨控制优化方案可以提升机组的脱硝性能并降低系统氨耗量。