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求解压力Poisson方程的混合粗化代数多重网格算法 胡少亮, 许开龙, 徐然, 刘再刚, 徐小文, 安恒斌, 范荣红, 汪振宇, 王伟 计算物理    2023, 40 (5): 527-534.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8662 摘要 （197）   HTML （20）    PDF （4455KB）（458）    可视化    针对复杂流动中Navier-Stokes(N-S)方程SIMPLE算法导出的压力Poisson(泊松)离散线性系统, 提出一类基于混合粗化的代数多重网格(AMG)算法。该算法采用一类非光滑聚类粗化和经典C/F粗化结合的方式构造网格层次结构, 希望在不影响收敛性的情况下, 减少AMG算法的启动开销。通过航空发动机燃烧室复杂流动数值模拟应用验证了该算法的有效性。结果表明: 对于典型算例, 相对于经典AMG算法, 该算法可以获得78%的加速。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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忆阻Rulkov神经网络同步研究 刘丽君, 韦笃取 计算物理    2023, 40 (3): 389-400.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8567 摘要 （179）   HTML （3）    PDF （16889KB）（536）    可视化    研究电突触、化学突触以及两者共存对忆阻Rulkov神经模型集体动力学行为的影响。对于两个忆阻Rulkov神经元系统, 各种耦合方式都能使系统实现同步。对于不同的耦合强度, 神经元呈现不同的放电模式, 如方波, 三角波, 脉冲放电等。当电突触、化学突触同时存在时, 系统的同步更依赖于电耦合强度。对全局耦合忆阻Rulkov神经网络同步的研究表明: 化学突触单独作用时, 同步发生在耦合参数的某个区域范围, 当化学耦合强度超过某一阈值时, 同步会随着耦合强度的增加而被破坏。电突触单独作用时, 系统很快到达同步状态, 并且电耦合强度是决定神经元处于静止还是峰放电的关键因素, 随着电耦合强度增加, 神经元放电频率、振幅增大。当电、化学耦合同时存在时, 耦合强度的增加使神经元由静息转变为圆弧放电, 并进入同步状态。本文提供了一种通过调整耦合方式和耦合强度, 控制神经网络放电模式及其同步的可能方法。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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导向磁场对非对称多重X线重联演化过程的影响 李灵杰 计算物理    2023, 40 (4): 436-442.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8627 摘要 （172）   HTML （1）    PDF （8947KB）（249）    可视化    采用二维可压缩电阻性磁流体力学模型, 研究导向磁场(By0)对非对称多重X线磁场重联过程的影响。研究发现: 对于未加By0时有多重X线重联发生的情形, 加入By0之后, 会加快次级磁岛的出现。当By0增加到一定程度后, 该促进效应有所减弱。而对于未加By0时无多重X线重联发生的情形, 加入一定大小的By0之后, 会诱发次级磁岛的产生, 即诱发了非对称多重X线重联。进一步研究发现, 当By0增加到一定程度后, 将无法诱发非对称多重X线重联。两种情形均表明, By0的加入可以促进或者诱发非对称多重X线重联, 且存在一个阈值, 当By0超过这个阈值之后, 该促进或诱发效应开始减弱。所得结果可以用于解释一些卫星观测现象, 尤其对空间物理中有关导向磁场非对称多重X线重联观测结果的理解有参考价值。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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钇铁石榴石自旋波导管中磁钉扎对自旋波模的影响 乔士柱, 王晓波, 杨国全 计算物理    2023, 40 (4): 443-452.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8608 摘要 （167）   HTML （1）    PDF （12669KB）（229）    可视化    利用微磁模拟，研究钇铁石榴石自旋波导管边界的磁钉扎对其中自旋波动力学的影响。模拟结果表明: 磁钉扎引起的双磁子散射将自旋波散射到多个方向，使得自旋波在k空间的分布更加分散。自旋波模的演化表明: 不同自旋波模的共振场不同，而双磁子散射使得自旋波模的共振场更为接近。另外，双磁子散射通过改变自旋波模的弛豫速率，改变了自旋波模的共振强度，幅度可达40%。增大自旋波导能够降低磁钉扎的影响，可以用来提升自旋波导的性能。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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超冷等离子体演化早期的离子温度与库仑耦合强度 方锋, 周文长, 罗长杰, 李煜璠, 杨杰 计算物理    2023, 40 (3): 275-281.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8554 摘要 （143）   HTML （20）    PDF （2853KB）（596）    可视化    利用开发的磁光阱-离子速度成像装置, 实验测量超冷等离子体的离子温度与库仑耦合参数。同时利用带电粒子追踪数值方法模拟超冷等离子体的早期演化过程。实验和模拟结果表明: 在超冷等离子体演化早期, 无序诱导加热机制导致离子温度快速上升, 而库仑耦合强度下降至2.5。进一步研究还发现: 在离子非平衡演化阶段, 等离子体膨胀速度会快速接近并超过离子热速度, 因此离子达到局域热平衡之后的库仑耦合参数会高于测量值。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于NG-RC电机系统的混沌预测 曹文鑫, 韦笃取 计算物理    2023, 40 (4): 519-526.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8615 摘要 （137）   HTML （5）    PDF （6317KB）（256）    可视化    基于下一代储备池计算实现电机系统混沌预测, 并能够基于已有数据预测未知变量数据。与传统储备池计算相比, 下一代储备池计算所采用数据本身直接连接, 需要的训练数据集更小。并且下一代储备池计算通过高维转换避免了传统储备池网络复杂的参数优化计算, 使得计算速度实现大幅提升。这一研究结果为电机系统混沌预测提供一种研究思路。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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晶体相场法研究金属微互连结构形变过程对界面Kirkendall空洞生长的抑制机理 马文婧, 王进, 郭慧, 吕美妮, 张宏泽, 李冬德 计算物理    2023, 40 (4): 416-424.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8618 摘要 （122）   HTML （5）    PDF （21865KB）（259）    可视化    应用晶体相场方法模拟研究金属微互连结构形变过程对界面Kirkendall空洞生长的抑制作用。主要研究在金属微互连结构对称界面不同取向差的情况下, 双向恒定速率应变对Kirkendall空洞微观组织及生长动力学的影响。研究结果表明: 金属微互连结构界面在双向恒定速率应变作用下有非晶化趋势, 界面原子错配度和缺陷密度增大, 进而抑制Kirkendall空洞的生长; 双向恒定速率应变不改变Kirkendall空洞在对称界面取向差情况下的形核方式, Kirkendall空洞的形核方式为体系形核点饱和后的晶界形核; Kirkendall空洞在金属微互连结构小角度对称和大角度对称界面皆为均匀分布; 随着演化时间的延长Kirkendall空洞平均尺寸和面积均逐渐增大; 随着小角度对称界面取向差的增大Kirkendall空洞平均尺寸、面积和生长指数均逐渐降低; 随着大角度对称界面取向差的增加, Kirkendall空洞平均尺寸和面积逐渐减小, 而生长指数逐渐增大。双向恒定速率应变可有效减小Kirkendall空洞生长尺寸和面积, 抑制Kirkendall空洞的生长, 进而提升金属微互连结构的可靠性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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EAST高约束运行条件下离散阿尔芬本征模的数值模拟 朱万坡, 胡双辉, 欧阳学锋, 欧阳思杰, 兰源丹 计算物理    2023, 40 (4): 461-472.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8636 摘要 （113）   HTML （1）    PDF （10224KB）（248）    可视化    运用磁流体力学数值模拟程序和磁流体力学-回旋动理学混合模拟程序对EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)装置上具有内部输运垒(ITB)高约束运行模式下的离散阿尔芬本征模(αTAE, α是等离子体压强梯度的参数)进行模拟研究。结果表明: 在EAST上ITB以内的芯部区域存在丰富的αTAE, 且在运行参数下多支αTAE被激发为不稳定模式。在EAST上预演的稳态运行方案中, αTAE分布在了更大的径向范围内, 强的负磁剪切, 减少了ITB局域内的αTAE。模拟对比了DIII-D装置和中国聚变工程试验堆(CFETR)上与EAST预演方案具有相似运行条件下的αTAE。结果发现与EAST上类似, 在DIII-D与CFETR中, 同样由于强的负磁剪切, 在ITB内的强磁剪切区域并不存在αTAE。在CFETR核心区域出现了更高频率的αTAE, 且在高能量粒子条件下激发出了更丰富的αTAE。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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半导体器件数值模拟中电子连续性方程的求解算法 胡毅, 安恒斌 计算物理    2023, 40 (5): 570-582.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8656 摘要 （113）   HTML （7）    PDF （1063KB）（360）    可视化    针对电子连续性方程的离散代数方程组, 对离散线性系统的矩阵进行分析, 得到矩阵的三类特点; 针对大规模电子连续性方程的离散方程组, 采用预处理Krylov子空间方法进行求解, 并比较和分析几类预处理方法的效果。结果表明: 代数多重网格(AMG)预处理Krylov子空间方法在求解离散电子连续性方程方面非常有效。开展AMG预处理Krylov子空间方法求解离散电子连续性方程的大规模并行可扩展性测试, 比较和分析了AMG方法中三类关键算法参数的选取。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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带有个体淘汰的强制进化随机游走算法优化质量交换网络 马秀宝, 崔国民, 周志强, 肖媛, 徐玥, 杨其国 计算物理    2023, 40 (3): 376-388.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8576 摘要 （111）   HTML （5）    PDF （6461KB）（535）    可视化    针对强制进化随机游走算法(RWCE)在优化质量交换网络进程中, 存在部分个体在竞争中长期处于劣势状态以及个体结构高度相似的现象, 提出带有个体淘汰的RWCE算法优化质量交换网络。即在一定的周期内, 通过对种群中个体优化状态的实时监控, 首先对个体的网络结构进行标准化处理, 以此识别出结构中相似的质量交换器, 再根据其数目评价个体的结构相似度, 将种群中的个体划分为若干个集团, 并以年度总费用作为评价个体优化性能的指标, 淘汰种群中的劣势和相似个体, 以此加强种群间个体的信息交流, 提升个体优化活力和种群多样性, 同时有效增强算法优化质量交换网络的全局搜索能力。将该方法应用于2个质量交换网络实例中, 优化结果均优于文献最优结果, 说明该方法能改变结构的进化方向, 激励种群间个体的差异性进化和保持个体的优化活力, 且有效提升算法的全局寻优性能。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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浅水波方程的黏性正则化PINN算法 郑素佩, 林云云, 封建湖, 靳放 计算物理    2023, 40 (3): 314-324.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8592 摘要 （107）   HTML （6）    PDF （11936KB）（533）    可视化    针对经典PINN(Physics-informed Neural Networks)在求解浅水波方程间断问题时的不足，提出一种黏性耗散机制的正则化PINN算法。该算法利用黏性正则化的浅水波方程作为网络构建中的物理约束，并在损失函数中作为惩罚项，训练网络用正则化方程的光滑解逼近原方程的间断解，采用网格加密熵稳定格式的数值解作为参考，学习得原方程在整个区域的解。对满足不同初始条件的一维、二维浅水问题进行数值模拟，并与经典PINN算法进行比较，数值结果表明新算法泛化能力强，可预测任意时刻的解，分辨率高，不会出现抹平和伪振荡现象。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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EAST通行高能粒子激发的非共振鱼骨模不稳定性模拟 徐敬坤, 汪卫华 计算物理    2023, 40 (3): 291-300.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8565 摘要 （106）   HTML （2）    PDF （7360KB）（516）    可视化    用磁流体动理学混合模拟程序M3D-K研究反剪切安全因子剖面下的非共振鱼骨模不稳定性。非共振鱼骨模指的是qmin略大于1的反剪切安全因子剖面下高能粒子激发的鱼骨模。分析能量共振关系，得到不同抛射角高能粒子激发非共振鱼骨模的物理机制。为了确定非共振鱼骨模稳定的参数阈值和鱼骨模不稳定性的变化趋势，在抛射角0.6时扫描非共振鱼骨模的参数，如注入能量E、高能粒子比压Phot/Ptotal等，分析非线性过程中高能粒子的慢化分布、模结构的演化和鱼骨模扫频。抛射角在0.6、0.7和1.0时非线性的慢化分布变平趋势和实验中高能粒子变化一致，抛射角在0.6时非线性模结构由非共振鱼骨模模结构向其他高频模模结构演化，非线性过程的鱼骨模出现向上扫频符合经典鱼骨模的扫频。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于有限差分法的SPH边界处理算法及其应用 裴静娴, 热合买提江·依明 计算物理    2023, 40 (3): 343-352.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8559 摘要 （103）   HTML （3）    PDF （6817KB）（559）    可视化    考虑虚拟粒子法在解决边界问题时因粒子搜索量大而增加冗余计算等因素，转而只在计算域内部采用SPH修正方法，边界处使用有限差分方法，从而实现一种基于有限差分法的SPH边界处理算法。以热传导问题为例，对数值模拟结果进行验证。结果表明：采用提出的边界处理方法对固定和对流边界热传导问题进行求解，解析解与数值解吻合程度较高，数值模拟可靠有效。两种算法优势互补，为相关边值问题的处理提供了思路。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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电磁场耦合忆阻Izhikevich神经网络电活动研究 陆丽梅, 韦笃取 计算物理    2023, 40 (4): 490-499.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8582 摘要 （101）   HTML （3）    PDF （22929KB）（310）    可视化    考虑到电磁场的影响, 在Izhikevich神经元模型中引入电场变量和磁通变量, 利用电突触耦合构建神经网络, 研究电磁场耦合忆阻Izhikevich神经网络集体动力学行为。数值仿真发现: 随着电突触耦合强度的增大, 神经网络逐渐达到同步状态, 并且神经元的放电模式也会随之改变。增大磁场耦合值可以提高神经元的放电活性, 并且对网络同步也有一定的促进作用, 而增大电场则会抑制神经元的放电活动。另外, 当电突触与磁场耦合共同作用时, 磁场耦合值越小, 电突触耦合更能有效促进网络同步; 在电突触耦合强度的作用下, 电场抑制电活动的效果更明显。研究结果可望为理解神经系统中的信号编码和传递提供新的见解。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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量子计算加速的解法器算法及应用综述 许康, 李泽阳, 郭竹丰, 沈颖童, 王威, 缑敏辉, 王子正, 王玉坤, 刘伟峰 计算物理    2024, 41 (1): 131-150.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8778 摘要 （100）   HTML （5）    PDF （1957KB）（244）    可视化    量子计算作为一种基于量子力学原理的全新计算模型, 具有强大的并行性和潜在的颠覆性影响力, 为解决复杂问题提供了新的思路。本文的主要目标是对量子计算在大规模科学与工程计算领域中数值计算问题的解法器算法和应用进行综述。重点介绍量子计算在线性方程组、特征值问题、微分方程、哈密顿量与图计算、量子机器学习、量子解法器平台以及实际数值模拟等领域的具体应用。针对不同的数值计算问题, 详细讨论当前主流的量子计算算法, 并总结近年来国内外相关算法的研究进展。最后, 对量子计算在数值计算求解相关研究方向的未来发展趋势进行展望。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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二次电子发射系数对含有超广延分布电子的等离子体器壁电势的影响 赵晓云, 张丙开, 李世刚, 唐义甲 计算物理    2023, 40 (4): 482-489.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8611 摘要 （99）   HTML （0）    PDF （1059KB）（238）    可视化    采用一维模型研究本底电子为麦氏分布的等离子体中存在部分超广延分布的高温电子情况下的二次电子发射系数对器壁电势的影响。数值模拟结果表明: 当器壁二次电子发射系数较小时, 器壁电势随着超广延分布电子与本底电子的浓度比值、温度比值、以及超广延参量这些参数的增加而减小; 当器壁二次电子发射系数较大时, 器壁电势则随着超广延分布电子与本底电子的浓度比值、温度比值、以及超广延参量值的增加而增加。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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典型表活剂与稠油在蒙脱石表面吸附行为的分子动力学模拟 李禹, 刘慧卿, 冯亚斌, 东晓虎, 王庆, 张波 计算物理    2023, 40 (5): 583-596.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8647 摘要 （98）   HTML （4）    PDF （21728KB）（291）    可视化    为探究蒸汽与表面活性剂复合驱对稠油与黏土矿物表面吸附稳定性的影响, 建立表活剂溶液、稠油和蒙脱石的三元吸附体系, 采用分子动力学方法阐释稠油与表活剂在蒙脱石表面的微观竞争吸附机理。计算结果表明: 非离子型表活剂难以与蒙脱石表面接触, 但在高温吸附质环境中具有较强的扩散能力; 阳离子型表活剂在较低温度下占据蒙脱石表面吸附位点并使稠油分子脱离蒙脱石; 而阴离子表活剂在高温条件下容易使稠油分子远离蒙脱石。高温促使沥青质聚集核离散, 从而促进稠油的流动, 但会导致部分表活剂更加亲附蒙脱石而造成非必要的损失。本研究为合理调整温度与表活剂的匹配性, 为敏感性稠油油藏的开发提供了良好的应用前景及推广意义。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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Ag基合金弹性性能与电子结构的第一性原理研究 胡佳, 易洲, 文大东, 邓永和, 谢云, 戚双祥, 邱建美, 李政一, 彭平 计算物理    2023, 40 (3): 369-375.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8590 摘要 （98）   HTML （3）    PDF （4712KB）（460）    可视化    基于第一性原理计算, 探究合金元素Cu、Zr、W、Cr、Sn、Ni、In、Zn、Ir掺杂Ag基合金中的点缺陷形成焓H, 弹性常数C11、C12、C44, 体模量B, 剪切模量G, 杨氏模量E及泊松比γ等参数表征材料的强韧度。分析不同合金原子掺杂进入Ag基体的难易程度, 以及合金原子和Ag原子价电子差值△V对Ag基合金弹性性能的作用。随合金原子和Ag原子价电子差值△V的增大, 对应Ag基合金总体抵抗塑性变形、抵抗剪切变形及在剪切变形时保持晶体结构稳定的能力均能够增强。进一步采用掺杂合金原子的Ag基合金在{1 0 0}面投影的差分电荷密度图显示了原子成键前后电荷转移的空间分布情况。结果发现: Ag基合金弹性性能均能增强的原因可归功于合金原子与Ag原子间的强键结合。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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DLR-F11高升力构型的数值模拟 郭勇颜, 曾志春, 何磊, 何乾伟, 严雪琴, 赵钟 计算物理    2023, 40 (4): 401-415.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8612 摘要 （96）   HTML （7）    PDF （29391KB）（274）    可视化    基于国家数值风洞(NNW)风雷软件(PHengLEI), 针对AIAA第二届高升力会议DLR-F11全机构型开展气动特性数值模拟, 以评估软件对复杂高升力外形低速流动模拟能力。研究内容主要包括网格收敛性分析、雷诺数影响分析, 以及缝翼滑轨和襟翼滑轨整流罩影响分析。通过与试验结果、其他参考值对比分析表明: 对高升力外形, 软件在线性段的计算结果具有较高可信度, 在失速迎角附近的模拟结果也与参考值相当, 在考虑滑轨和滑轨整流罩等复杂构型后, 也能正确捕捉到关键分离流动特征。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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EAST上磁位形和杂质对束离子约束和加热影响的数值模拟 刘源煜, 向东, 龚学余, 路兴强 计算物理    2023, 40 (3): 282-290.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8548 摘要 （96）   HTML （8）    PDF （5116KB）（536）    可视化    利用程序ORBIT和TRANSP/NUBEAM模拟研究全超导托卡马克实验装置(EAST)等离子体位形和杂质的特征参数Zeff(有效电荷数)对束离子约束和加热的影响。结果表明: 在等离子体位形中, 随着最后一个封闭通量表面与中面外容器壁之间的距离(gapout)和环向磁场强度的增加, 快离子的损失(包含瞬时损失和波纹损失)也随之减少, 因此中性束的加热效率随着gapout的增加而提高。此外, 随着背景等离子体杂质的增加(即Zeff的增加), 增加了束损失, 导致最后束加热效率降低。选择合适的磁位形, 同时降低背景的杂质含量可以增强快离子约束, 提高束的加热效率。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价