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一種汽油分子組成預(yù)測方法及系統(tǒng)

專利號(hào)
CN119178747B
公開日期
2025-02-18
申請(qǐng)人
北京中石大綠色能源科技有限公司(北京市昌平區(qū)白浮泉路10號(hào)北控大廈1017B)
發(fā)明人
李濤; 羅強(qiáng); 趙劍明; 郝寧寧
IPC分類
G01N21/3577; G01N21/65
技術(shù)領(lǐng)域
汽油,物理性質(zhì),分子結(jié)構(gòu),性質(zhì),模擬,分子動(dòng)力學(xué),物理,預(yù)測,光譜,樣本
地域: 北京市 北京市昌平區(qū)

摘要

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N汽油分子組成預(yù)測方法及系統(tǒng)。其中,對(duì)獲取的待測汽油樣本的紅外光譜數(shù)據(jù)和拉曼光譜數(shù)據(jù)中的特征峰信息進(jìn)行解析處理,并進(jìn)行不同環(huán)境參數(shù)下的相互作用力及能量狀態(tài)模擬處理,得到待測汽油樣本的初步汽油分子組合;對(duì)初步汽油分子組合中每個(gè)汽油分子在特定條件下的物理性質(zhì)進(jìn)行評(píng)估處理,并結(jié)合預(yù)先建立的預(yù)測模型分析每個(gè)汽油分子的物理性質(zhì)與對(duì)應(yīng)的汽油分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,預(yù)測待測汽油樣本的目標(biāo)汽油分子組合。本申請(qǐng)能夠全面、準(zhǔn)確地預(yù)測待測汽油樣本的汽油分子組合。

說明書

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
[0037] 本申請(qǐng)實(shí)施例中,利用專業(yè)的軟件工具(如SpectraBase,KnowItAll等),輸入實(shí)驗(yàn)所得的光譜圖,軟件會(huì)自動(dòng)比對(duì)數(shù)據(jù)庫中已知物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜,幫助識(shí)別樣品中的關(guān)鍵組分。 [0038] 可選地,步驟102中的“所述對(duì)所述紅外光譜數(shù)據(jù)和所述拉曼光譜數(shù)據(jù)中的特征峰信息進(jìn)行解析處理,得到所述待測汽油樣本的多個(gè)候選汽油分子結(jié)構(gòu)”,包括:利用傅里葉變換技術(shù),對(duì)所述紅外光譜數(shù)據(jù)和所述拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜解析,提取出特征峰位置和強(qiáng)度信息;基于所述特征峰位置和強(qiáng)度信息,利用預(yù)先構(gòu)建的光譜數(shù)據(jù)庫,匹配出與所述特征峰信息相對(duì)應(yīng)的汽油分子結(jié)構(gòu);結(jié)合所述紅外光譜數(shù)據(jù)和所述拉曼光譜數(shù)據(jù)的互補(bǔ)信息,利用多模態(tài)數(shù)據(jù)分析技術(shù),對(duì)所述特征峰信息相對(duì)應(yīng)的汽油分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)估,生成多個(gè)候選汽油分子結(jié)構(gòu)。 [0039] 傅里葉變換(FT):是一種數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換方法,用于將時(shí)間域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率域信號(hào),便于識(shí)別信號(hào)中的周期性成分。 [0040] 光譜數(shù)據(jù)庫:包含了大量已知化合物的光譜特征,用于與未知樣品的光譜特征相匹配,輔助鑒定化合物。 [0041] 多模態(tài)數(shù)據(jù)分析:綜合利用不同類型的數(shù)據(jù)源(在這里指紅外和拉曼光譜數(shù)據(jù)),通過分析它們之間的相互關(guān)系來獲取更加全面的信息。 [0042] 首先應(yīng)用傅里葉變換技術(shù)對(duì)采集到的紅外和拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,目的是從原始信號(hào)中分離出各個(gè)頻率成分,從而清晰地識(shí)別出光譜中的特征峰及其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。這一步驟有助于提高后續(xù)分析過程中特征峰定位的精確度。其次基于第一步得到的特征峰位置和強(qiáng)度信息,對(duì)照預(yù)設(shè)的光譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索,尋找與之最匹配的已知化合物信息。這一環(huán)節(jié)能夠快速縮小候選分子范圍,為接下來的深入分析奠定基礎(chǔ)。最后考慮到紅外和拉曼光譜各自的優(yōu)勢領(lǐng)域,通過綜合兩者的分析結(jié)果,可以更準(zhǔn)確地確定樣品中存在哪些具體的化合物。此過程還涉及到評(píng)估不同光譜技術(shù)提供的信息之間的一致性和互補(bǔ)性,以便最終生成一系列可靠的候選分子結(jié)構(gòu)。 [0043] 本申請(qǐng)實(shí)施例中,假設(shè)有一個(gè)待測汽油樣本,首先利用FTIR和Raman光譜儀分別獲得了其紅外和拉曼光譜圖。接著,應(yīng)用傅里葉變換算法對(duì)這兩份光譜進(jìn)行了處理,從中提取到了一系列顯著的吸收峰/散射峰。例如,在約3770cm^?1處發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)而寬的OH伸縮振動(dòng)帶,表明可能存在醇類物質(zhì);同時(shí),在大約889cm^?1處檢測到了一個(gè)典型的CH彎曲振動(dòng)模式,提示有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的存在。隨后,將這些特征峰信息輸入至內(nèi)置了大量烴類及其他常見燃料添加劑標(biāo)準(zhǔn)光譜的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對(duì)。經(jīng)過篩選,初步確定了幾種可能性較高的化合物,如甲苯、正庚烷以及少量乙醇。最后,借助多模態(tài)數(shù)據(jù)分析手段,結(jié)合兩種光譜所提供的獨(dú)立視角,進(jìn)一步確認(rèn)了樣品中確實(shí)含有上述幾種物質(zhì),并且還發(fā)現(xiàn)了微量的甲基叔丁基醚(MTBE),這是一種常用的汽油辛烷值改進(jìn)劑。 [0044] 通過采取這種結(jié)合紅外與拉曼光譜技術(shù)并輔以先進(jìn)數(shù)據(jù)處理策略的方法,不僅大大提高了汽油樣品中復(fù)雜成分的識(shí)別效率,而且也增強(qiáng)了分析結(jié)果的可信度。特別是對(duì)于那些難以僅靠單一光譜技術(shù)準(zhǔn)確定性的化合物來說,這種方法展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢,有助于實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)、全面的燃油品質(zhì)控制。 [0045] 103、對(duì)所述多個(gè)候選汽油分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同環(huán)境參數(shù)下的相互作用力及能量狀態(tài)模擬處理,得到所述待測汽油樣本的初步汽油分子組合,其中,汽油分子組合是指由多個(gè)不同的汽油分子結(jié)構(gòu)組成的混合物; [0046] 在該步驟中,基于上一步得到的可能化合物列表,采用計(jì)算化學(xué)方法模擬它們之間在各種條件下的相互作用情況,從而篩選出最有可能構(gòu)成實(shí)際樣品的主要成分。 [0047] 本申請(qǐng)實(shí)施例中,選用Gaussian等量子化學(xué)軟件包構(gòu)建候選分子模型,并設(shè)置溫度、壓力等因素,運(yùn)行分子力學(xué)或者量子力學(xué)模擬,觀察不同條件下分子間相互作用的變化趨勢。 [0048] 可選地,步驟103中的“所述對(duì)所述多個(gè)候選汽油分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同環(huán)境參數(shù)下的相互作用力及能量狀態(tài)模擬處理,得到所述待測汽油樣本的初步汽油分子組合”,包括:將所述多個(gè)候選汽油分子結(jié)構(gòu)輸入到量子化學(xué)計(jì)算軟件中,設(shè)置一系列代表實(shí)際工況的環(huán)境參數(shù),至少包括溫度、壓力;利用量子化學(xué)計(jì)算方法,對(duì)每個(gè)候選汽油分子結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境參數(shù)下的相互作用力及能量狀態(tài)進(jìn)行模擬處理,計(jì)算出每個(gè)汽油分子的能量最低構(gòu)象以及穩(wěn)定性,并作為模擬結(jié)果;基于所述模擬結(jié)果,篩選出在設(shè)定的環(huán)境參數(shù)下能量最低且具備穩(wěn)定性的汽油分子結(jié)構(gòu),以形成初步汽油分子結(jié)構(gòu)列表;結(jié)合所述初步汽油分子結(jié)構(gòu)列表,評(píng)估不同汽油分子結(jié)構(gòu)在混合物中的相對(duì)穩(wěn)定性以及在不同條件下的分布概率;根據(jù)所述相對(duì)穩(wěn)定性和所述分布概率,確定出初步汽油分子組合中每個(gè)汽油分子的比例,以生成所述待測汽油樣本的初步汽油分子組合。

權(quán)利要求

1 2 3 4 5
將所述多維特征數(shù)據(jù)集輸入所述映射關(guān)系模型中,以計(jì)算每個(gè)汽油分子在特定條件下的綜合性能評(píng)分,其中,所述綜合性能評(píng)分是基于多個(gè)物理性質(zhì)的權(quán)重和重要性,通過預(yù)先定義的評(píng)分函數(shù)計(jì)算得到,所述評(píng)分函數(shù)旨在反映汽油分子在特定條件下的整體性能優(yōu)劣; 根據(jù)所述綜合性能評(píng)分,對(duì)所述初步汽油分子組合中的所有汽油分子進(jìn)行排序,篩選出評(píng)分最高的前N個(gè)汽油分子,以作為在特定條件下表現(xiàn)出最佳物理性質(zhì)的汽油分子,其中N是一個(gè)預(yù)設(shè)的正整數(shù),表示目標(biāo)汽油分子組合中包含的分子數(shù)量; 所述方法還包括: 對(duì)篩選出的前N個(gè)汽油分子進(jìn)行穩(wěn)定性分析,以排除在特定條件下不穩(wěn)定或存在顯著缺陷的汽油分子。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述將所述多維特征數(shù)據(jù)集輸入所述映射關(guān)系模型中,以計(jì)算每個(gè)汽油分子在特定條件下的綜合性能評(píng)分,包括: 將多維特征數(shù)據(jù)集 輸入所述映射關(guān)系模型中,并分別確定出物理性質(zhì) 對(duì)應(yīng)的權(quán)重 ,其中, 表示擴(kuò)散系數(shù), 表示黏度, 表示密 度; 擴(kuò)散系數(shù)的權(quán)重 通過以下計(jì)算公式計(jì)算得到: ; 其中, 是控制權(quán)重變化速率的參數(shù);擴(kuò)散系數(shù)的期望值 ,其中, 是玻爾茲曼常數(shù); 是當(dāng)前溫 度; 是參考溶劑的黏度; 是汽油分子的有效半徑;和 是與汽油分子形狀相關(guān)的常數(shù); 是與溫度相關(guān)的常數(shù); 是活化能;是氣體常數(shù); 黏度的權(quán)重 通過以下計(jì)算公式計(jì)算得到: ; 其中, 是控制權(quán)重變化速率的參數(shù);黏度的期望值 ,其中, 是參考溶劑的黏度; 是與汽油分子間相互作用力相關(guān)的常數(shù); 是當(dāng)前溫度; 是與溫度相關(guān)的常數(shù); 是與壓力相關(guān)的常數(shù);是當(dāng)前壓力; 密度的權(quán)重 通過以下計(jì)算公式計(jì)算得到: ; 其中, 是控制權(quán)重變化速率的參數(shù);密度的期望值 ,其中, 是汽油分子的摩爾 質(zhì)量; 是參考體積; 是與溫度相關(guān)的常數(shù); 是當(dāng)前溫度; 是與 壓力相關(guān)的常數(shù); 是當(dāng)前壓力; 是與溫度相關(guān)的常數(shù); 對(duì)每個(gè)物理性質(zhì) 進(jìn)行非線性變換,得到 : ; 其中, 是特定的物理性質(zhì)值, 包括 中的任一項(xiàng); 是物理性質(zhì) 在 所有樣本中的最小值; 是物理性質(zhì) 在所有樣本中的最大值; 是對(duì) 取自然對(duì)數(shù); 通過以下公式計(jì)算每個(gè)汽油分子在特定條件下的綜合性能評(píng)分 : ; 其中, 分別是物理性質(zhì) 的權(quán)重;權(quán)重的范圍通常是 ,并且 通常情況下 以保證評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)化; 分別是經(jīng) 過非線性變換后的物理性質(zhì) 的值。
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