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Mie-Grüneisen混合模型减小边界差商的重构算子 吴宗铎, 严谨, 庞建华, 孙一方, 满庆洋 计算物理    2024, 41 (3): 277-286.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8712 摘要 （147）   HTML （13）    PDF （2168KB）（466）    可视化    将守恒型单调迎风格式(MUSCL)和双曲正切界面捕捉(THINC)算法组合到一起进行数值重构, 并通过重构建立新的算子。重构的算子主要作用是尽可能降低网格的边界差商。在MUSCL和THINC算法下, 网格左右边界处的状态可以导出一个优化算法的差商判定机制。再按照这一边界差商优化值最小(BVD)的原则, 对MUSCL和THINC进行二选一。在BVD重构算子的作用下, 数值断面变得平滑, 并且有效地限制振荡。BVD重构算子的计算性能将通过一维和二维数值算例来进行检验。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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X方向KSEA相互作用对几何量子失协的影响 阿依古丽·巴吐尔, 张金峰, 艾克拜尔·阿木提江, 艾合买提·阿不力孜 计算物理    2024, 41 (5): 663-669.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8798 摘要 （164）   HTML （1）    PDF （3549KB）（452）    可视化    基于非马尔科夫量子态扩散(NMQSD)方法研究含有X方向Kaplan-Shekhtman-Entin-Wohlman-Aharony(KSEA)相互作用的系统中混合非马尔科夫/马尔科夫环境、单一非马尔科夫/马尔科夫环境下几何量子失协的动力学演化。结果表明: 含有X方向KSEA相互作用的系统中混合非马尔科夫环境下几何量子失协的提高比单一非马尔科夫环境更高; 处在同一纠缠态和不同强度的X方向KSEA相互作用时, 系统的几何量子失协在混合非马尔科夫环境中获得更好的恢复; 马尔科夫环境下单一库的情况比混合的情况要好。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于格子玻尔兹曼方法的井筒热流固耦合数值模拟 胡春余 计算物理    2024, 41 (3): 316-324.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8715 摘要 （97）   HTML （4）    PDF （4161KB）（447）    可视化    基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立一种求解井筒温度分布的模型。该模型可同时求解井筒内流体的温压耦合流动、流体流动中的强制热对流和井筒与地层的流固热交换三种效应的控制方程, 实现井筒内流体域流动场-流体域温度场-固体域温度场三场的耦合求解, 克服了传统模型井筒流速为定值的缺陷, 并且具有更广的适用范围。通过理论分析和对比分析, 验证模型的可靠性和精度。研究结果表明: 井筒内流体流速变化影响流体在井筒中的温度分布, 在产出条件下, 在同一深度处会造成流体中心温度高、流体边界处温度低的分布情况。流体沿井筒轴向的温度的下降趋势会经历缓-稳-缓三个阶段, 且此三个阶段受到流动雷诺数或者流体普朗特数的影响。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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遗传算法在中子-γ混合辐射场屏蔽材料优化设计中的应用 韩文敏, 戴耀东, 姚初清, 田家祥, 蒋丹枫, 周一帆 计算物理    2024, 41 (3): 357-366.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8714 摘要 （126）   HTML （1）    PDF （8011KB）（444）    可视化    针对中子-γ混合辐射场, 对屏蔽材料中的金属氧化物填料组分进行优化, 通过蒙特卡罗程序模拟获得WO3/Bi2O3/Gd2O3/B4C混合填料对低能中子与不同能量γ射线的综合屏蔽性能, 采用遗传算法和神经网络寻找填料组分的最优配比。通过对总剂量当量的计算和优化, 发现不同辐射环境下最优配比是不同的, 在中子(热中子麦氏分布能谱)通量与γ射线(0.5~3 MeV)通量相同时, 当添加屏蔽填料总质量一定, Bi2O3与B4C质量比为9:1的混合填料综合屏蔽性能达到最优。将几种混合辐射环境下得到的最优解代入蒙特卡罗程序验证, 误差在可接受范围内, 表明该屏蔽填料组分的优化设计是可行的, 节省计算时间, 为屏蔽材料的设计和制备提供了理论依据。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于对数应变的孔隙黏弹性有限变形理论 唐熊, 郑佩 计算物理    2024, 41 (3): 287-297.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8723 摘要 （135）   HTML （7）    PDF （3120KB）（441）    可视化    在有限变形理论框架下, 基于对数应变和Kelvin流变模型提出一个孔隙黏弹性理论模型。该模型通过假设Kirchhoff应力和孔隙压力与对数应变和Lagrangian孔隙度的变化量存在线性关系, 将线性孔隙黏弹性模型中的无穷小应变直接替换为对数应变而得到。作为验证, 将该理论模型用于研究经典的Terzaghi一维固结问题, 通过与孔隙弹性有限变形模型的数值结果对比, 结果显示: 在固结早期, 孔隙固体骨架的黏弹性响应和弹性响应曲线几乎是一致的, 但随着时间的推移, 孔隙固体骨架的黏性逐渐主导骨架的变形, 并影响固结的最终结果; 并且, 骨架的黏性会延迟孔隙压力的扩散。此外, 通过设置黏性贡献系数ζ=0.001, 从数值角度实现了孔隙黏弹性响应"退化"为孔隙弹性响应, 这在一定程度上验证了模型的正确性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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一种微电网优化配置的随机游走算法 潘磊, 崔国民, 张瑞芳, 刘洪彬, 肖媛, 易智康 计算物理    2024, 41 (3): 392-402.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8703 摘要 （122）   HTML （4）    PDF （3818KB）（438）    可视化    针对独立型微电网配置优化问题, 建立一种以能流匹配形式描述的风-光-柴-储优化模型, 形成表示各时刻设备出力的节点连接关系。鉴于群智能算法应用于微电网优化配置问题易早熟收敛的特点, 提出适用于微电网优化配置的随机游走优化算法, 算法以降低系统年综合费用为导向, 通过随机增大或减小设备逐时出力, 实现连续变量(设备出力)和整型变量(设备数量)同步优化, 通过接受差解机制, 使算法具有跳出局部最优解的能力, 更好兼顾微电网容量优化过程中的全局搜索与局部搜索。将随机游走算法应用到算例进行仿真, 得到年综合费用为552 826.39元, 与粒子群优化算法进行对比, 结果更好, 验证了算法在优化质量上的优越性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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液态重金属反应堆燃料棒及控制棒设计 徐昌恒, 潘晖, 何明涛, 赵常有, 蔡德昌, 许怀金 计算物理    2024, 41 (5): 582-588.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8863 摘要 （151）   HTML （2）    PDF （5070KB）（432）    可视化    旨在从中子学角度分析液态重金属快堆燃料棒和控制棒的物理特性, 以支撑其结构设计及材料选型。使用快中子反应堆分析程序SARAX对燃料棒的液铀比选择、径向功率分布、包壳材料选型、反射层材料选型, 控制棒径向结构设计、吸收体材料选型、慢化结构设计进行计算分析。计算结果表明: 燃料棒栅元Kinf与液铀比呈线性关系, 液铀比的选择更多需要考虑载热因素。燃料棒包壳优先选择铁素体/马氏体钢材料。活性段轴向两端反射层材料可选择钢类材料。基于Pu迁移现象分析结果, 当前物理计算程序中均未耦合Pu迁移现象, 计算得到的功率分布相对均匀, 导致燃料中心温度计算结果偏不保守。控制棒采用细棒设计能有效降低自屏效应, 但会降低空间利用率。快堆常用B4C作为吸收体材料。控制棒吸收体外包裹慢化体能使中子能谱软化, B-10中子吸收截面大幅上升, 提高控制棒价值。同一外径下, 纯吸收体芯块的棒价值小于使用慢化体(ZrH2)包裹的芯块。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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硅改性酚醛树脂物理性能的分子动力学模拟 许铋立, 景昭, 刘骁, 代波, 姬广富, 张魁宝, 葛妮娜 计算物理    2024, 41 (3): 345-356.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8710 摘要 （146）   HTML （7）    PDF （13497KB）（428）    可视化    采用分子动力学模拟方法研究纳米SiO2以及甲基苯基二甲氧基硅烷改性酚醛树脂的物理性能。研究表明: 300 K下未改性酚醛树脂玻璃转化温度为362 K, 弹性模量、剪切模量分别为5.45 GPa和2.19 GPa, 热导率和热膨胀系数分别为0.37 W·(m·k)-1和3.8×10-5 K-1, 添加纳米SiO2后玻璃转化温度提高了1.6%, 弹性模量、剪切模量分别提高了34.9%和28.8%, 热导率和热膨胀率分别降低了11%和31.6%。SiO2表面接枝3%、5%、7%和10%硅烷偶联剂以及甲基苯基二甲氧基硅烷改性酚醛树脂玻璃转化温度分别提高了10.5%、15.2%、16.8%、19.3%和1.5%, 弹性模量分别提高了44.4%、53.2%、53.8%、63.5%和13.4%, 而热导率分别降低了12.4%、13.5%、11.2%、7%和10%。此外甲基苯基二甲氧基硅烷改性的酚醛树脂的热膨胀系数较未改性酚醛树脂提高15.7%。研究表明: 掺杂纳米SiO2、SiO2表面接枝硅烷偶联剂以及甲基苯基二甲氧基硅烷改性都能够提高酚醛树脂的玻璃转化温度, 机械性能同时降低热导率, 而对于热膨胀系数, 纳米SiO2掺杂使其减小, 甲基苯基二甲氧基硅烷改性则会使其明显增大。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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液滴碰撞不同接触角线缆表面的模拟 淮继茹, 王鹏, 杨梦宇 计算物理    2024, 41 (3): 298-307.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8717 摘要 （147）   HTML （8）    PDF （13751KB）（411）    可视化    针对常见的液滴输电线缆搭建对应的计算模型, 通过Fluent内置的VOF对不同疏水性表面进行计算, 讨论液滴与线缆的接触时间、铺展半径与接触角度之间的关系, 并分析不同接触角下液滴的压力云图和速度矢量图。模拟计算结果显示: 液滴与壁面接触的运动状态受壁面接触角的影响, 液滴铺展面积和接触时间与壁面接触角呈反比关系; 提高壁面接触角会降低铺展面积、减少接触时间, 加快液滴的回缩、回弹, 运动液滴最终滑落离开壁面; 小接触角壁面铺展面积增大、接触时间增加, 液滴最终完全铺展停留于壁面上。研究结果对探究不同疏水性下液滴在线缆壁面结冰的原理及特性具有一定的指导和参考意义。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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真实气体的一种近似冲击波关系式 薛社生, 朱希睿 计算物理    2024, 41 (3): 308-315.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8718 摘要 （138）   HTML （3）    PDF （1080KB）（408）    可视化    以接近理想气体状态方程的取至第二维里系数的维里方程, 作为考虑稠密效应的真实气体状态方程。利用冲击波基本关系式, 依维里方程所包含的小参数, 用摄动法求得冲击波后气体密度、压力及速度随冲击波速度及冲击波马赫数变化的显式表达式。结果显示, 对相同的波前参数和冲击波马赫数, 与理想气体相比, 所得波后压力、速度及密度较低, 尤其是密度, 且二者的差异随冲击波马赫数增大而增大, 随初始气体密度增大而增大, 反映了气体分子自身体积和排斥作用的影响。理想气体的冲击波关系, 可以视为本文所得冲击波关系的零级近似。这些关系适用于密度大约低于100 kg·m-3的气体, 便于作冲击波性质和波后参数的分析。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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反演分布函数的多块网格LBM局部加密方法 魏如普, 丁鹏 计算物理    2024, 41 (5): 643-650.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8797 摘要 （129）   HTML （3）    PDF （1685KB）（393）    可视化    针对格子玻尔兹曼方法(LBM)局部加密复杂的耦合计算, 提出从宏观物理量反演得到粒子分布函数以避免进行分布函数转换的思路。通过重写Boltzmann方程推导得到分布函数内部关于Knudsen数的关系式, 给出分布函数的反演计算方法, 以此为基础设计新的多块网格加密算法, 并将该算法应用于算例中验证其性能。结果表明: 该算法能够较好地展现不同Reynolds数下流场的数值特征, 流线图连续完整, 得到的流场中涡旋的中心坐标与文献数据相符, 可以用于流场模拟计算, 为局部加密方法的发展提供指导。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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含裂缝线弹性问题的压缩预条件共轭梯度算法 刘杏康, 陈星玎, 余云龙 计算物理    2024, 41 (5): 619-629.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8793 摘要 （94）   HTML （3）    PDF （4564KB）（390）    可视化    基于几何型扩展有限元离散, 研究含静态裂缝线弹性问题的高效压缩预条件算法。不仅构造适用于含裂缝线弹性问题的压缩子空间矩阵, 而且给出压缩点的选点原则。为进一步提高计算效率, 将该压缩技巧以乘性的方式与"裂尖型"区域分解预条件子相结合, 提出一类高效的自适应压缩预条件共轭梯度算法, 该算法能同时消去迭代求解中的高频误差和低频误差, 数值实验验证了算法的有效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于Ginzburg-Landau方法的快速结构复振幅展开晶体相场模型 王昆, 陈军, 王裴, 祝文军, 钟正 计算物理    2024, 41 (5): 547-558.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8855 摘要 （198）   HTML （27）    PDF （13492KB）（367）    可视化    利用Ginzburg-Landau模型思路推广了传统复振幅扩展晶体相场(APFC)模型的发展思路, 提出一种描述不同晶体结构的简单有效方法, 即快速结构APFC模型。以方形相和矩形相为例, 系统地确定了快速结构APFC模型中与结构相关的模型参数, 并通过数值算例检验了该方法的有效性。特别是在处理矩形相的过程中, 研究发现这种方法不仅可以解决矩形相结构稳定性的问题, 还可以描述矩形相和正交层状相之间的结构相变, 证明了该模型具有描述多结构相变的能力。最后, 通过模拟研究经典的圆形晶粒转动-收缩问题, 检验了该模型对物理规律的准确预测能力, 并揭示了不同晶体对称性对晶粒转动-收缩规律的影响。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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非均质炸药的Eshelby夹杂理论相场方法 徐云, 龙瑶, 向美珍, 陈军 计算物理    2024, 41 (5): 559-568.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8859 摘要 （178）   HTML （17）    PDF （10193KB）（365）    可视化    考虑到夹杂-基体界面微结构复杂失效过程对非均质PBX(高聚物黏结炸药)材料损伤起始具有主导作用, 本文提出基于Eshelby夹杂理论的相场损伤模型, 对非均质PBX炸药损伤形核演化进行数值模拟。相场能量由弹性能和夹杂-基体相互作用能构成, 结合Mori-Tanaka方法推导不同级配下PBX炸药等效力学模量, 相场内变量的变化直接反映了非线性脱黏效应下的损伤分布。采用Eshelby夹杂理论相场方法计算高模量比非均质PBX炸药圆形和多边形颗粒夹杂典型结构, 分析加载条件、颗粒形状、体积占比、模型参数对夹杂-基体界面脱黏机制的影响。数值结果表明: 夹杂-基体界面微结构演化加速了界面脱黏与宏观损伤的形成, 与实验观测是一致的。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于G-TF/SF技术的地面HEMP环境研究 杨超, 谢海燕, 翟鑫洋, 乔海亮, 陈再高, 高银军 计算物理    2024, 41 (5): 589-595.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8857 摘要 （145）   HTML （2）    PDF （4854KB）（365）    可视化    对于半空间问题的时域有限差分方法(FDTD)解决方案, 基于传统总场散射场(TF/SF)技术的平面波加载方法无法直接用于地面电磁散射问题中, 本文将广义总场散射场(G-TF/SF)方法推广至三维地面的高空电磁脉冲(HEMP)环境计算, 四周采用卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件。G-TF/SF方法可有效消除数值计算中截取无限大地面产生的边缘效应, 提高地面电磁环境的计算精度, 且G-TF/SF边界只需要加载入射场, 避免了反射场与透射场的计算。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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弱耦合导致的再入性心律失常研究 韦智杰, 莫玉香, 林榕梅, 兰孝克, 唐国宁 计算物理    2024, 41 (5): 670-679.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8761 摘要 （94）   HTML （2）    PDF （4973KB）（361）    可视化    采用Luo-Rudy相I心脏模型研究点波源产生的波在一维、二维弱耦合心肌组织中的传播, 观察到弱耦合会导致波传播速度减小; 当心肌组织出现大的耦合强度梯度时, 弱耦合会导致波传播受阻和心肌细胞出现早期后除极化; 当心肌细胞之间耦合强度足够低时, 观察到心肌组织会出现波的环形运动和复杂的波传播现象。此外通过构造两种不同耦合结构的二维心肌组织, 研究平面波在二维弱耦合心肌组织中的传播, 结果发现: 平面波在这两种心肌组织中传播时都可自发产生螺旋波, 提高细胞之间耦合强度可有效阻止波的环形运动和螺旋波的自发产生。进一步分析了产生上述现象的物理机制。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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氢、氩柱状等离子体天线在非均匀磁场中的辐射特性研究 潘光祖, 杜丹, 周华, 杨开建, 乔冠瑾, 胡少雄, 姚卫博, 龚学余 计算物理    2024, 41 (3): 334-344.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8722 摘要 （76）   HTML （3）    PDF （12181KB）（342）    可视化    在非均匀磁场条件下建立氢、氩等离子体天线的二维轴对称模型, 在低压条件下根据COMSOL软件计算结果对比分析磁场分布对单极柱状氢、氩等离子体天线辐射方向图、电子密度分布和增益性能的影响。当其他条件一定时, 模拟结果表明: 1)调控磁场和波频可控制氢、氩等离子体天线的辐射方向, 在特定波频, 氢、氩等离子体天线方向性好, 副瓣小, 通过调控磁场分布可在保持方向性不变的条件下提高氢、氩等离子体天线的增益; 2)氩等离子体天线电子密度分布受磁场分布的影响比氢等离子体天线的大, 氩等离子体天线电子密度分布不均匀, 而氢等离子体天线电子密度相对均匀; 3)磁场分布对氩等离子体天线增益的影响比氢等离子体天线的大, 磁场主要分布在阳极附近时, 氢等离子体天线增益大于氩等离子体天线, 阴极附近磁场强度逐渐增加时, 氩等离子体天线增益远大于氢等离子体天线。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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功能梯度材料环形热源三维瞬态温度场计算方法 索雪峰, 何登辉, 王华栋, 曹伟 计算物理    2024, 41 (3): 367-379.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8764 摘要 （146）   HTML （7）    PDF （15289KB）（336）    可视化    针对环形热源作用下功能梯度材料三维瞬态热传导分析复杂且耗时的问题, 通过傅里叶-拉普拉斯频响函数、拉普拉斯数值逆变换和二维离散傅里叶逆变换建立指数梯度材料环形热源热传导半解析方法, 并与三维傅里叶变换方法以及有限元方法(FEM)进行对比, 验证本文方法的可靠性。基于半解析方法对比环形热源和高斯热源作用下温度和温度梯度响, 算例表明: 温度和温度梯度分布对环形热源内、外径以及材料梯度指数响应不同; 相比高斯热源, 环形热源的温度场和温度梯度场相对均匀, 改变热源内外径可调节温度峰值和温度梯度峰值。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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驱替压力梯度对水驱油田采收率影响研究 崔文富 计算物理    2024, 41 (3): 325-333.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8726 摘要 （103）   HTML （1）    PDF （12535KB）（322）    可视化    针对特高含水期砂岩油藏, 利用Volume of Fluid (VOF)可以追踪相界面动态变化、再现微观渗流物理过程的优势, 研究了驱替压力梯度对剩余油微观赋存状态和水驱采收率的影响。通过分析微观孔隙结构内的渗流特征和剩余油赋存状态, 揭示了驱替压力梯度对水驱采收率的影响规律: 驱替压力梯度增大能突破小喉道毛管力, 形成新的渗流通道, 进而增大水驱采出程度; 原油黏度和润湿性会对不同压力梯度下采出程度产生影响。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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量子蒙特卡罗及其在凝聚态和温稠密物质中的应用 马天星, 郭婷, 黄忠兵, 林海青 计算物理    2024, 41 (6): 701-716.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8974 摘要 （142）   HTML （11）    PDF （908KB）（322）    可视化    对量子蒙特卡罗方法的发展历程和几类典型的量子蒙特卡罗方法进行了详细介绍。总结分析了其在凝聚态物质系统的输运、磁性、超导和热力学性质等方面的研究成果, 以及在温稠密物质方面的最新研究进展。最后对量子蒙特卡罗方法的发展前景进行展望。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价