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2025年, 第42卷, 第1期
刊出日期：2025-01-25 上一期   
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2025年新年寄语 2025, 42(1): 2-0.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(227KB) ( )

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均匀风场作用下黏性可压缩射流稳定性分析 赵腾飞, 张华 2025, 42(1): 1-9.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8835 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1818KB) ( )   针对均匀风场作用下黏性可压缩射流稳定性问题, 基于线性稳定性理论, 建立均匀风场作用下黏性可压缩液体射流稳定性的数学模型, 并对数学模型的正确性及其求解方法进行验证。研究表明: 均匀风场对流体轴对称扰动和非轴对称扰动的影响作用相同, 且在扰动中占主要形式的是非轴对称扰动。气相压缩性使射流稳定性变差, 而液相压缩性对射流稳定性的影响微乎其微。均匀风场对射流稳定性的影响主要体现在: 顺风风场能够促进射流的稳定性, 抑制分裂与雾化现象的发生; 逆风风场能够抑制射流的稳定性, 促进分裂与雾化现象的发生。

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一种基于Picard迭代求解不可压缩Navier-Stokes方程的速度修正投影法 尹林茂, 张玉龙, 杨洋, 肖福建, 蒋秉颜 2025, 42(1): 10-17.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8810 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2398KB) ( )   介绍基于速度修正投影技术处理不可压缩Navier-Stokes方程的实施流程, 并引入Picard线性化处理速度控制方程中的对流项, 从而发展出一种基于Picard迭代的速度修正投影法。相较于传统方法, 经过Picard线性化处理后的投影法可以采用更大的时间步长进行求解, 提高了求解方法的稳定性, 并且收敛精度也符合要求, 证实了求解方法的可靠性。

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KDF-SPH方法在分数阶对流扩散方程数值解中的应用 张秀霞, 热合买提江·依明 2025, 42(1): 18-27.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8820 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4528KB) ( )   将光滑粒子流体动力学(SPH)方法基础上提出的避免核函数导数的SPH (KDF-SPH)方法应用到时间分数阶对流扩散方程的数值求解。在时间分数阶对流扩散方程的模拟计算过程中, 对Caputo时间分数阶导数采用有限差分方法(FDM), 对空间导数分别采用KDF-SPH方法和SPH方法。结果表明: KDF-SPH方法比SPH方法误差小。KDF-SPH保留了SPH (无网格、拉格朗日和粒子性质)的优点, 该方法在减少误差以及保持稳定性方面发挥了较大作用。无论核梯度是否存在, 数值近似都可以进行, 避免了核函数导数的计算, 降低了对核函数可导性的要求, 提高了计算效率, 易于编程实现, 便于扩展高维问题的计算。

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偏心圆环空间内自然对流的确定性及混沌 许一帆, 张虎明, 赵明 2025, 42(1): 28-37.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8840 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4795KB) ( )   使用格子Boltzmann方法(LBM)研究偏心圆环空间内自然对流的非线性特性。通过最大李雅普诺夫指数图谱与游程检验的方法, 数学判定系统在高瑞利数时发展为混沌态; 根据数值解的相空间与功率谱密度(PSD)特性刻画系统通向混沌的历程。结果表明: 随着瑞利数(Ra)的增大, 偏心圆环系统的确定性解经过Hopf分岔转变为周期震荡解, 相空间轨迹由不动点转变为极限环; 随着Ra的进一步增加, 稳定的极限环分岔为二维环面, 系统进入拟周期态; 当Ra达到临界值时, 系统的相空间轨迹呈快速的指数级分离, 变得极其复杂, 其功率谱密度出现大量不可通约的基频, 混沌吸引子出现, Hopf分岔又一次发生, 最终进入混沌。

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强飞秒激光脉冲的水下传输特性及调控 冯志芳, 刘丽娜, 刘勋, 李维, 于承新, 叶地发 2025, 42(1): 38-46.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8829 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10657KB) ( )   通过数值模拟研究强飞秒激光在水下传输的特性, 利用输入脉冲能量、透镜焦距及束腰宽度对其进行调控。结果表明: 当系统参数选取合适时, 可以通过透镜焦距有效地调控光丝在水下1 m到10 m范围内形成, 且传输长度达到米级。随着透镜聚焦能力变弱(如f=10 m), 产生的等离子体丝会发生剧烈的振荡, 不利于波谱的水下探测, 此时通过增加光束的束腰宽度, 实现光丝在水下较远目标位置较稳定地传输。通过增加输入功率来平衡海水中杂质对激光能量的衰减效应, 实现光丝在水下远距离的传输。

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放电电压及介质材料对甲烷介质阻挡放电电离特性的影响 张瑞, 陈雷, 曾文, 鞠迎昕, 李南禹, 宋鹏 2025, 42(1): 47-56.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8842 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7815KB) ( )   为探寻改善农用内燃机燃烧的关键技术, 分析同轴式介质阻挡放电过程中甲烷等离子特性及其影响因素, 建立具有二维轴对称结构的激励器模型。采用有限元法对其放电过程进行数值研究, 分析不同电压幅值和介质材料下电子密度、电子温度、CH3和H数密度的变化。模电压幅值影响电流的变化, 电子密度和电子温度的变化又受电流的影响。在输入电压改变时, 电离甲烷的能量随电压大小而改变, 随着电压幅值的增加, 电子密度和电子温度都会增加, 并且当粒子之间碰撞消耗的能量大于电离释放的能量时, 电子密度、温度均下降。CH3和H的数密度随时间一直增加, 电压幅值越大, 增长速率越快。电子密度和电子温度随着相对介电常数的增加而增加, 均呈现先增加后减少的趋势; CH3和H的数密度则随相对介电常数的增加而增加; 增加电压幅值和相对介电常数均会进一步加剧甲烷的电离。

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MDM波导耦合M型谐振腔的折射率传感性能 许蒲城, 关建飞 2025, 42(1): 57-64.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8828 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9735KB) ( )   提出一种金属-电介质-金属(MDM)波导侧向耦合M型谐振腔实现高灵敏度折射率传感的等离激元波导结构。采用有限元分析法定量分析谐振腔结构参数及填充介质折射率对MDM波导透射谱线的定量影响。仿真结果显示: M型腔中的一到四阶类法布里-珀罗(FP)谐振模式与MDM主波导中金属挡板产生的反射导波模式进行耦合干涉形成四重Fano共振透射峰。该透射峰不仅具有非对称谱线形状及陡峭边沿分布, 而且峰值波长随腔长及填充媒质折射率的改变呈现近似线性变化的规律。选取长宽为400 nm×400 nm的M型谐振腔可以产生最高灵敏度为4 900 nm/RIU的一阶Fano共振透射峰。计算结果显示: 传感灵敏度与谐振腔长成正比及与谐振阶次成反比的变化规律, 为高灵敏度传感器的设计提供参考。

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表征单元体积尺度下多个CaO颗粒吸收CO2的介观数值方法 孙书宝, 娄钦 2025, 42(1): 65-76.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8822 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9274KB) ( )   基于格子Boltzmann方法在表征单元体积(REV)尺度下模拟串列多孔CaO颗粒吸收CO2化学反应过程, 主要研究CaO颗粒孔隙率、颗粒直径、颗粒间排列方式对颗粒转化效率和平均转化率的影响。结果表明: CaO颗粒转化效率随其孔隙率增加呈现先减小再增大的趋势, 这是由于不同的孔隙率导致颗粒初始物质的量和内部气固反应速率不同, 二者竞争进而影响转化效率。另一方面, 颗粒直径越大, 转化效率越低, 粒径50 μm的颗粒比粒径150 μm的颗粒平均转化效率提高了8.4%, 粒径150 μm的颗粒比粒径250 μm的颗粒平均转化效率提高了7.2%。研究颗粒排列方式对平均转化率的影响发现: 当颗粒间水平夹角θ=0°~10°, 由于回流涡的影响使得平均转化率随角度增加不能得到有效提升; 当θ=10°~40°, 后方CaO颗粒逐渐远离回流区, 使得平均转化率随角度增加得到显著提升; 当水平夹角大于40°时, CaO颗粒完全脱离回流区, 此时平均转化率达到最大且不随角度发生变化, 模拟结果可以为CO2捕捉提供一定的参考依据。

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CH2BrCl分子在外电场作用下的光谱和解离性质 马建军, 邹勇, 吴建光 2025, 42(1): 77-83.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8806 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2529KB) ( )   采用密度泛函方法, 在MP2-(FC)/6-311+G (d, p)水平上研究外电场对CH2BrCl分子的基态结构、电偶极矩、总能量、最高占据分子轨道能级EH和最低未占据分子轨道能级EL、能隙EG、红外光谱及解离特性的影响。结果表明: 随着加在C-Br键轴方向外电场的增加, CH2BrCl分子的C-Br键长明显变长, 电偶极矩增大, 总能量及能隙随外电场的增加而减小; 外电场对分子的振动频率和红外振动强度都有不同程度的影响。分析在外电场下C-Br键解离时, 发现势阱深度随电场强度的增大而减小直至消失, 说明C-Br键的束缚能力逐渐减弱, 分子发生解离。

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NpO2点缺陷的结构和能量性质的DFT+U研究 刘涛, 高涛 2025, 42(1): 84-89.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8838 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4647KB) ( )   通过DFT+U方法计算NpO2的不同磁性结构和能量随U值(3~7 eV)的变化关系, 选取U为4.0 eV时研究NpO2中不同点缺陷对其体系结构和能量性质的影响。在NpO2的三种不同磁性结构的优化计算结果中, 3 k AFM的结构优化结果和实验值吻合较好且具有较低形成能。与完美结构比较, 单O空位体系形成能增加约0.06 eV, 而Np空位则使得体系形成能增加1.4 eV。还研究了随着O空位数和Np空位数的增加, 体系的体积和能量的变化。

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Ag-Cu合金微结构演化与玻璃形成能力研究 谭恒博, 戚双祥, 陈贝, 高明, 文大东, 刘涛, 邓永和 2025, 42(1): 90-97.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8779 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12630KB) ( )   采用分子动力学方法模拟研究液态Ag-Cu合金在不同溶质浓度下快凝过程, 并通过双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数和扩展团簇类型指数法(CTIM)对其微结构演化特性进行分析。结果表明: Ag-Cu快凝玻璃合金的主要键型为1551键, 有明显的局域5次对称性, 主要原子组态以正则二十面体团簇(12 12/1551)为主, Ag60Cu40的遗传分数最高, 玻璃形成能力最强。

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电磁场耦合下Hindmarsh-Rose忆阻神经网络相干共振研究 黄微, 韦笃取 2025, 42(1): 98-105.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8769 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10747KB) ( )   基于改进的电磁感应神经元模型, 研究忆阻神经Hindmarsh-Rose (HR)网络的相干共振(CR)现象。模型中除了电耦合连接相邻神经元之间的间隙外, 还使用磁耦合来描述神经元之间的场耦合效应。利用分岔图和相图对稳定点进行动力学分析, 解释了CR出现和放电模式变化的潜在动力学机制。研究发现高斯白噪声可以在忆阻神经元亚临界Hopf分岔附近的静息状态诱导CR, 且CR的出现与噪声强度增大引起的放电模式变化有关。

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非线性突触耦合光敏神经元的同步分析 李艳妮, 王春妮 2025, 42(1): 106-117.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8807 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(20792KB) ( )   在神经元电路中加入光电管构造一个典型的光敏神经元电路, 该神经元电路在不同频率的周期光电流刺激下呈现生物神经元典型的放电模态, 经过标度变换得到无量纲的光敏神经元模型和能量函数。研究发现: 神经元的放电模态和系统能量相关。用滤波后的混沌光电流信号刺激时, 该神经元呈现混沌放电模态且随着滤波信号强度的增大, 神经元放电模态和能量发生显著变化。考虑到神经突触的多样性及可塑性, 用一个非线性电阻耦合两个光敏神经元电路, 研究周期信号及经滤波后的混沌光电流信号刺激下两个光敏神经元电路在不同初始放电模态下的同步情况及能量在系统内部的流动与转移, 同时研究噪声对同步状态及系统能量的影响。结果表明: 周期光电流刺激下, 耦合系统在任何初始模态下都不能实现完全同步, 耦合强度始终在波动, 两系统能量不能平衡; 一定强度噪声有利于周期光电流刺激下初始态为簇放电模态的两个耦合全同光敏神经元电路的同步但不能使初始态为混沌态的神经元达到同步。适当强度的滤波混沌光电流信号能调节耦合系统间歇性相位锁定甚至于实现近似的相位同步。

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全局排序的高维多目标差分进化算法在供热管网阻力辨识中的应用 于君利, 周恩泽, 刘壮阔, 徐文晓, 杨英帅, 相明宇 2025, 42(1): 118-126.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8825 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4868KB) ( )   开发一种基于全局排序的高维多目标差分进化算法作为热网阻力系数辨识方法, 将多目标算法运用于热网阻力辨识中, 并改进阻力辨识的计算流程; 将模糊数学方法运用到阻力辨识过程中, 通过辨识每根管段产生一组最优解集, 依据模糊隶属度从最优解集中选取最优解, 解决了最优解的确定问题。研究结果表明: 与单目标算法相比, 基于全局排序的高维多目标差分进化算法产生的最优解集分布均匀且集中, 获得的最优解精度较高。

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《计算物理》先进计算专栏：征稿开启！ 2025, 42(1): 127-127.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(187KB) ( )   先进计算，作为信息技术领域的基石与核心，是涵盖超级计算机、高性能计算、量子计算、云计算、大数据分析、人工智能等多个领域的前沿技术体系。它融合了机理、模型、计算、存储、网络、控制等关键技术，构建起实现人、机、物互通及智能应用的新一代信息基础设施。在国民经济与社会发展中，先进计算发挥着基础性、渗透性和引领性作用，是推动科技进步、经济增长、社会创新发展以及产业能级跃升的重要驱动力。 当下，我国正积极推动先进计算技术与制造业的深度融合，千行百业爆发式增长的数据量，正成为数智时代驱动智能发展的强大引擎。我们需要深入研究新兴计算需求中的原理问题，突破底层计算模型、计算方法、计算架构瓶颈，最终实现国家战略计算能力的持续提升和计算方式的不断优化，实现从低到高、由浅入深、从量变到质变的计算范式革新，从而在下一轮科技革命和产业变革中抢占先机，占据引导性地位。 本专栏的核心是围绕先进计算范式革新，吸引优势科研力量，报道先进计算底层原理、模型算法、计算架构等领域最新进展、成果和前沿态势，促进交流，引领发展。征稿类型涵盖相关研究的理论证明、算法、程序、计算平台、计算模型等。文章的主要内容通常应包括程序或算法所使用的方法、描述(程序中任何重要和特殊之处)、程序的验证和基准测试，以及应用实例。文章应具有明确的研究目的、科学的研究方法、严谨的实验设计和可靠的实验结果，能够为先进计算领域提供有价值的理论或实践参考。文章类型包括研究论文、综述、观点、快讯，现公开广泛征稿，欢迎各位学者赐稿交流。 经作者同意后本专栏发表的与先进计算相关的程序和数据将优先推荐存储在"科研云"计算平台上(网址https://ky.szim.ac.cn)，进行宣传和推广，并供读者下载学习，或由作者开放下载直接提供给读者。