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    数值反应堆多物理耦合关键技术
    邓力, 史敦福, 李刚
    计算物理    2016, 33 (6): 631-638.  
    摘要954)   HTML113)    PDF (1623KB)(2541)   
    随着计算机的快速发展和超算的应用,开展反应堆多物理、多尺度、多过程耦合成为可能.数值反应堆通过构建一个虚拟堆,在其上开展多物理过程研究,把过去孤立的过程耦合起来,去掉各种简化和近似,向高保真、精密计算逼近.研究手段由实验驱动、工程导向,向科学数值模拟转变.通过调研美国的CASL(The Consortium for Advanced Simulation of Light Water Reactors)计划和欧洲的NURESAFE(Nuclear Reactor Safety Simulation Platform)计划,结合近年核能开发中面临的挑战问题,包括软件自主化中的一些关键技术,提出在国内开展数值反应堆工程的建议设想,供业内专家学者共同探讨.
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    量子电动力学—粒子模拟极端等离子体动力学研究
    常恒心, 许铮, 姚伟鹏, 谢雨, 乔宾
    计算物理    2017, 34 (5): 526-542.  
    摘要902)   HTML24)    PDF (4769KB)(3006)   
    新一代拍瓦激光装置有望将激光强度提升至1023~1024 W·cm-2,在此极端强场条件下非线性量子电动力学效应对等离子体动力学过程产生重要影响.相对论电子在强电磁场作用下会同步辐射大量伽马光子,当后者穿过超强电磁场时会级联产生正负电子对.与此同时,这些量子电动力学效应也会反作用于激光等离子体相互作用过程,如辐射阻尼严重影响电子运动过程.为了研究这样极端的等离子体动力学,我们介绍最近几年发展的量子电动力学数值模拟模块,并将其耦合到传统的粒子模拟程序中,即量子电动力学-粒子模拟程序.由于大量新辐射的光子和产生的正负电子对会造成模拟粒子数目的不断增加,我们发展了粒子融合技术来减小模拟规模.利用此量子电动力学-粒子模拟程序,我们对极端强场激光物质相互作用以及极端天体物理现象开展了数值模拟研究.
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    晶闸管的擎住电流与维持电流
    谭巍, 李建清
    计算物理    2015, 32 (6): 729-734.  
    摘要821)      PDF (1318KB)(1060)   
    晶闸管的擎住电流和维持电流对于晶闸管的工作有重要的影响.利用晶闸管的导通特性,从载流子的角度推导出擎住电流的计算公式;通过对NPN晶体管电流增益的分析,得到维持电流的表达式.将计算结果与Sentaurus TCAD软件仿真结果对比,发现两者符合较好,验证了计算公式的正确性.
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    支撑材料基因工程的高通量材料集成计算平台
    杨小渝, 王娟, 任杰, 宋健龙, 王宗国, 曾雉, 张小丽, 黄孙超, 张平, 林海青
    计算物理    2017, 34 (6): 697-704.  
    摘要795)   HTML14)    PDF (2633KB)(2297)   
    总结材料计算和数据管理面临的挑战,阐述高通量材料集成计算的内涵,介绍我们在国内率先研制出的高通量材料集成计算平台和软件框架MatCloud.平台支持与不同高性能计算集群的动态绑定,基于图形化界面的第一性原理计算流程设计、持久化、解析和执行;大批量计算作业的生成、提交、运行监控,及容错和纠错的自动流程实现;支持数据的提取、规范化加工、及自动存储等.MatCloud形成了一个高通量材料集成计算软件框架,支持个性化插件的快速研发.
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    多孔介质方腔内混合对流格子Boltzmann模拟
    王婷婷, 高强, 陈建, 徐洪涛, 杨茉
    计算物理    2017, 34 (1): 39-46.  
    摘要795)   HTML0)    PDF (3388KB)(1686)   
    采用格子Boltzmann方法,对多孔介质方腔内的混合对流现象进行研究.方腔内部中心有一发热圆,径宽比D/L=0.4,冷流体从方腔左下角入口流进,从方腔左上角出口流出,四周壁面绝热.在普朗特数Pr=0.71和格拉晓夫数Gr=1.4×104时,分析理查德森数Ri和达西数Da对发热圆表面平均努赛尔数Nu的影响.结果表明:Ri数位于10-3~10范围内,NuRi的增大而减小.Da越大,RiNu的影响越显著;Da数位于10-5~10-2范围内,强制对流占主导的情况下(Ri≤0.1),Nu随着多孔介质的Da的增大而增大.自然对流占主导的情况下(Ri=10),NuDa的变化不敏感.
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    η<0库仑波函数的计算及其主要特征
    方渡飞, 王炎森, 黄发泱, 施伟
    计算物理    1991, 8 (1): 88-94.  
    摘要795)      PDF (392KB)(769)   
    本文主要讨论了η<0的正则库仑波函数F1(η,ρ)的计算及其随η、ι、ρ变化的一些主要特征。并举例说明这些特征在电子-离子碰撞的积分计算中的应用。
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    陈式刚院士谈话录: 对于这个世界, 我这么想
    刘洁, 黄烁, 吕文娟, 岳影
    计算物理    2021, 38 (3): 253-256.  
    摘要751)   HTML244)    PDF (2903KB)(1558)   
          “对于这个世界,我这么想”,简单的一句话,或许是很多人一生的梦想。“理论物理学家陈式刚院士学术成长资料采集工程课题组”的专题访谈录,原汁原味地记录了陈式刚对20 世纪最伟大的科学家———爱因斯坦的评价以及相关科研话题的分享。高中阶段,在一本《广义相对论》的引领下,陈式刚走入理论物理的殿堂。在复旦大学时(1954 年-1958年),《狭义相对论中引力理论》的报告登上“复旦大学校庆科学报告会”(至今第55 届)的讲堂。几十年的科研生涯中,他在理论物理的多个领域成果显著,是我国混沌研究的主要开拓者之一,2001 年当选为中国科学院院士。陈院士向课题组透露:他收藏了爱因斯坦所有文集和很多本传记。每当看到新的传记和有关爱因斯坦的书,都会买下来。看来老科学家也有偶像啊! 陈院士的治学理念深受爱因斯坦的影响,学术成长过程也与
    爱因斯坦有些类似的经历:少年时期熟练掌握微积分、关注哲学思想、探究基础问题、崇尚纯粹理性、擅长思想实验等。访谈中,课题组看到“偶像光环”之外,陈院士仍能客观分析爱因斯坦的不足之处,不会因为对“偶像”的欣赏和崇敬而盲目崇拜。想了解更多科学家思维和陈院士眼中的爱因斯坦,就请随我们一起听听这次访谈吧。
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    磁瑞利-泰勒不稳定性非线性演化数值模拟
    曹启伟, 肖德龙, 杨显俊, 王建国
    计算物理    2021, 38 (1): 5-15.   DOI: 10. 19596/ j. cnki. 1001-246x. 8237
    摘要738)   HTML114)    PDF (10495KB)(986)   

        基于理想磁流体力学模型,采用5WENO有限差分格式结合磁场伪散度清除投影算法,发展二维数值模拟程序,利用线性理论对程序进行检验,在此基础上研究磁瑞利-泰勒(MRT)不稳定性非线性演化物理过程和发展规律。结果表明:垂直于加速度方向磁场在线性和非线性阶段对MRT扰动发展都有较强的制稳作用,而平行于加速度方向磁场在线性阶段对MRT扰动发展影响较小,但在MRT扰动非线性发展阶段会对由于流场变化产生的K-H不稳定性有显著的制稳作用,从而抑制总的扰动发展。在MRT非线性发展过程中,由于波模耦合相互作用,单模演化会产生高次谐波;双模演化会产生除基模和谐波以外的其他波模,其扰动幅度甚至超过基模;多模演化过程中发生逆级联过程,即短波长扰动逐渐向长波长扰动发展。


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    快速泡泡布点方法
    齐楠, 聂玉峰, 张伟伟
    计算物理    2012, 29 (3): 333-339.  
    摘要722)      PDF (1273KB)(728)   
    泡泡布点算法能够在复杂区域上不经过人工干预生成高质量的节点集,为提高其计算效率,本文对泡泡布点法做三方面修正:①让泡泡运动的粘性系数c随时间的推移逐渐增大以加速收敛,每轮模拟结束后需增删泡泡时再给c赋一个较小的值以确保泡泡分布的质量;②求解控制泡泡运动的常微分方程组时选用时间复杂度较小的数值算法.算例表明数值方法精度在一定程度上的降低对节点质量的影响不大,能有效的节约计算时间;③取消对泡泡交叠率的排序,通过设置阈值控制泡泡的增删.算例表明以上方案节约运行时间40%以上,所布置节点对应的Delaunay三角单元网格平均质量高于0.9.该快速算法高效且能够生成高质量的节点集.
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    辐射输运与电子能量强耦合源项的一种高效计算方法
    李若, 李蔚明, 宋鹏
    计算物理    2017, 34 (3): 253-260.  
    摘要715)   HTML1)    PDF (1111KB)(1331)   
    本文研究辐射输运和电子能量耦合方程组的数值方法. 在具有光性厚特征的应用问题中,这两类方程的耦合源项表现出强刚性,使得设计稳健高效的数值格式陷入困难.针对辐射输运多群模型和电子能量的耦合方程组的刚性源项,我们给出一种基于电子温度变化规律拟设(ansatz)的积分算法,其时间步长不受刚性源项限制,从而使得计算效率比传统显式方法或隐式非线性迭代获得本质的提高.在所基于的拟设有效时,算法确保给出具有物理意义的解,数值算例显示其给出的解具有较高的精确度.
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    过渡金属掺杂GaN的电子结构和光学性质理论研究
    董艳锋, 李英
    计算物理    2016, 33 (4): 490-498.  
    摘要696)   HTML0)    PDF (6320KB)(1471)   
    采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同过渡金属(V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni)掺杂GaN的电子结构及光学性质,分析掺杂对电子结构及光学性质的影响.结果表明,过渡金属掺杂在GaN的禁带中引入杂质能带,除掺Fe体系外其它掺杂体系都表现为半金属性.除掺Fe和Ni体系在低能区没有出现光吸收外,其它体系均在低能区杂质能级处出现光吸收.
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    AuCl3催化炔酮分子内环化反应的机理
    李安军, 朱元强, 苏鸿, 杨泽宏
    计算物理    2017, 34 (6): 679-684.  
    摘要675)   HTML0)    PDF (2518KB)(1058)   
    采用密度泛函理论的B3LYP方法研究炔酮发生分子内环化生成菲衍生物的反应机理.结果表明:在无催化剂和AuCl3催化剂作用下,反应均可通过[2+2]和[6+2]途径生成产物.无催化剂时,两条途径控制步骤的能垒都较高,但是[2+2]途径的能垒比[6+2]途径的低32.01 kJ·mol-1,故反应主要通过[2+2]途径进行.在AuCl3催化作用下,反应的优势途径为[2+2]途径,其能垒为137.05 kJ·mol-1.比较活化能发现,AuCl3催化剂明显地降低了反应能垒,使反应能够顺利进行.
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    随机微分方程计算方法及其应用
    刘小清, 吴声昌
    计算物理    2002, 19 (1): 1-7.  
    摘要633)      PDF (288KB)(2818)   
    介绍随机微分方程离散化格式的构造、收敛性法则、强收敛格式、弱收敛格式、带跳跃的随机微分方程的计算方法,偏微分方程的概率求解以及它们在物理、工程和金融等领域中的一些应用.
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    流体力学方程的间断有限元方法
    蔚喜军, 周铁
    计算物理    2005, 22 (2): 108-116.  
    摘要632)      PDF (509KB)(2285)   
    在二维区域三角形网格上应用一阶、二阶和三阶精度间断有限元方法,对流体力学方程和方程组进行了数值模拟.计算结果与差分方法计算结果比较,认为间断有限元方法在求解复杂边界条件和区域问题上有一定的优势.
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    随机中子动力学及其数值模拟研究进展
    杨俊云, 应阳君, 肖刚
    计算物理    2017, 34 (2): 127-141.  
    摘要627)   HTML116)    PDF (2459KB)(2449)   
    随机中子动力学是核动力设计和核反应堆安全中的重要课题,本文从随机中子动力学的基础概念和研究方法出发,介绍随机中子动力学研究的历史发展和研究现状.裂变中子与光子的多重性是反应堆零功率中子噪声主要来源,对中子涨落的方程描述及其求解,演化出零功率中子噪声与功率反应堆噪声的随机理论.随机中子动力学的重要应用包括反应性微观测量、功率反应堆噪声测量和分析、核临界漂移分析和核材料识别与检测等.在半个多世纪的研究中,以脉冲堆点火过程的脉冲爆发等待时间分布为代表的随机性,一直缺乏定量分析方法和工具.直到近几年,模拟随机中子动力学过程的广义半马尔科夫过程模拟方法取得了重要进展,很好地揭示了脉冲堆实验中子点火规律.最后讨论随机中子动力学研究中有待解决的研究课题.
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    Bi4Se3薄膜的声子结构及电声子相互作用的第一性原理研究
    刘霞, 杜晓, 张骏杰, 黄桂芹
    计算物理    2016, 33 (4): 483-489.  
    摘要626)   HTML2)    PDF (2478KB)(1362)   
    基于密度泛函微扰理论,运用第一性原理研究两种终结面的Bi4Se3薄膜的声子结构和电-声子相互作用.结果表明两种终结面的Bi4Se3薄膜体系都是动力学稳定的. Bi4Se3薄膜中插入的Bi2双原子层与Bi2Se3五原子层的声子投影态密度并不完全匹配,这会阻碍部分声子的输运,降低热导,从而有利于提高材料的热电性能.另外,两种终结面的Bi4Se3薄膜的电-声子耦合系数都不太大(约0.278),有利于制备基于室温工作的电子学器件.
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    Ti-Al金属间化合物结构与性质的第一性原理模拟
    谭俊华, 朱开金, 彭军辉
    计算物理    2017, 34 (3): 365-373.  
    摘要620)   HTML3)    PDF (2403KB)(1246)   
    采用软件CASTEP模拟Ti-Al金属间化合物的晶体结构、力学性质和电子性质.分析在0 K、0 GPa时,Ti-Al存在的四种热力学稳定结构:TiAl3、TiAl2、TiAl、Ti3Al,发现TiAl3、TiAl2、TiAl可以看作由Al的面心立方结构衍化而来,而Ti3Al的结构与Ti相似,为密排六方结构.随着Ti摩尔分数的增加,TiAl3、TiAl2、TiAl、Ti3Al的体模量相当,剪切模量和Vickers硬度逐渐减小;Pugh比k值也逐渐减小,表示韧性逐渐变好.最后对态密度、Mulliken布居分析等进行模拟,发现这四种结构Ti-Al键都具有金属性、共价性及弱的离子性.
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    P掺杂单壁硅纳米管Mg原子吸附性能的第一性原理研究
    周爽, 刘贵立, 姜艳, 宋媛媛
    计算物理    2016, 33 (5): 554-560.  
    摘要613)   HTML0)    PDF (3132KB)(1295)   
    采用密度泛函理论的广义梯度近似和平面波赝势方法,研究P掺杂单壁硅纳米管对Mg原子的吸附性能.计算本征、掺杂P、施加形变作用(压缩和拉伸)的(6,6)硅纳米管外壁对Mg原子的吸附能,分析掺杂P前后的成键情况及电荷布局数.结果表明,掺杂P使体系形成Mg-P和Si-P间的离子性键,增强了Si-Si间的离子性键,P掺杂硅纳米管超晶格中离子键与共价键共存;掺杂P后显著提高了硅纳米管外壁对Mg原子的吸附能力;硅纳米管外壁对Mg原子的吸附能在0.25%,0.50%,1.00%,1.25%的压缩量和1.00%,1.25%的拉伸量时增大,可显著增强硅纳米管材料作为增强相时与基体界面间结合的粘附性.
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    结构材料辐照损伤的分子动力学程序GPU并行化及优化
    祁美玲, 杨琼, 王苍龙, 田园, 杨磊
    计算物理    2017, 34 (4): 461-467.  
    摘要599)   HTML0)    PDF (1870KB)(1076)   
    基于NIVIDIA公司的CUDA架构对结构材料辐照损伤的分子动力学程序在单个GPU上进行并行化,并对影响程序运行效率的相关因素进行分析和测试.经过一系列优化,当粒子数为两百万时,对比单CPU的执行时间,优化后的GPU程序其双精度加速比可达112倍,单精度加速比达到了三百倍,为后续扩展多GPU结构材料辐照损伤的分子动力学程序奠定基础.
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    多孔介质中化学反应对非等粘流体混合过程影响的格子Boltzmann研究
    雷体蔓, 孟旭辉, 郭照立
    计算物理    2016, 33 (4): 399-409.  
    摘要599)   HTML1)    PDF (4015KB)(1304)   
    利用格子Boltzmann方法和GPU计算技术,在孔隙尺度上模拟多孔介质中包含界面化学反应的粘性指进现象,定量分析化学反应对流体混合的影响.采用单浓度变量的双稳态模型来描述界面反应,而各向同性的多孔介质则通过四参数法生成.研究发现化学反应能减小指进界面厚度,抑制流体的混合,甚至会出现反混合现象,并且随着反应速率的增加,影响越明显.
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