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主编寄语 江松 计算物理    2024, 41 (1): 1-1.   摘要 （38）   HTML （11）    PDF （550KB）（5508）    可视化    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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院士访谈: 贺贤土谈建立深度的科学认识及战略科学家的培养 刘洁, 黄烁, 蔡洪波 计算物理    2023, 40 (2): 128-135.   摘要 （354）   HTML （46）    PDF （1075KB）（949）    可视化    相关文章 | 多维度评价

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院士访谈: 向涛谈《中国学科发展战略研究——计算物理学》 刘洁, 黄烁 计算物理    2022, 39 (5): 505-509.   摘要 （508）   HTML （50）    PDF （1119KB）（1177）    可视化           喜闻《中国学科发展战略研究——计算物理学》专辑(以下简称专辑)发行了。这是我国首次在国家自然科学基金委员会(以下简称基金委)和中国科学院(以下简称中科院)共同推动下开展的《计算物理学》学科发展战略研究。专辑分析了计算物理学的学科发展任务和战略地位、学科发展规律和态势，提出了我国计算物理学发展亟待解决的基础科学问题及优先发展方向；针对制约计算物理学发展的关键政策问题，提出了相应的资助机制和政策建议。专辑为科技工作者洞悉学科发展规律、把握前沿领域和重点方向提供了重要线索。应《计算物理》主编江松院士的邀请，专辑编委会主任、中国科学院物理研究所向涛院士接受本刊的独家专题访谈。访谈内容包括向涛院士对于专辑成书的背景及意义的介绍，计算物理学科发展现状，计算物理学发展中所遇到的机遇和挑战，国家科技发展规划中计算物理学的作用，人工智能将会给计算物理带来的影响，以及对青年计算物理学者的寄语和《计算物理》期刊发展建议等方面。现将向涛院士的访谈内容整理后发表，以飨读者。 相关文章 | 多维度评价

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科学计算的历史与展望 汤涛 计算物理    2023, 40 (1): 4-13.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8620 摘要 （285）   HTML （22）    PDF （6919KB）（658）    可视化    图表 | 相关文章 | 多维度评价

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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）   HTML （113）    PDF （1623KB）（2548）    可视化    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. 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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Ge掺杂AlN电子和光学性质的第一性原理计算 罗强, 马智炜, 蒋冠臻, 邹江峰, 邱毅 计算物理    2022, 39 (5): 609-616.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8483 摘要 （254）   HTML （25）    PDF （6728KB）（969）    可视化    基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法, 用Ge原子分别替代纤锌矿AlN超晶胞中Al、N原子, 得到其结构、电子及光学性质。结果表明: 掺杂后结构发生了明显的改变, 两种方式的掺杂都使得AlN的晶格常数、体积和沿c轴方向的键长增加, 且晶格常数变化满足维加德(Vegard)定理; Ge原子替换Al原子形成能为5.41eV, Ge原子替换N原子形成能为5.58eV, 两种掺杂方式体系稳定性都低于纯AlN; 掺杂并未引入磁性, 前者引入施主杂质能带, 且杂质能带进入价带, 变为负能隙金属, 后者引入受主杂质能带, 禁带宽度为0.910eV, 两者均远小于本征AlN的禁带宽度4.040eV, 前者导电性显著提高, 后者导电性可能提高; 研究发现两种方式掺杂复折射率函数的虚部在低能区都近似不再为0, 表明两种掺杂都加强了AlN材料对低频电磁波的吸收能力; 前者介电函数虚部在低能区出现了新的波峰, 长波吸收能力更强, 后者在低能区未出现明显波峰, 能量损失均减少。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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临近空间核爆炸碎片云运动的数值模拟 刘利, 牛胜利, 朱金辉, 左应红, 谢红刚, 商鹏 计算物理    2022, 39 (5): 521-528.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8492 摘要 （394）   HTML （25）    PDF （3546KB）（923）    可视化    从质量守恒和动量守恒方程出发, 考虑能量耗散、空气密度随高度变化、X射线沉积能量致大气温升和辐射冷却等影响因素, 建立临近空间核爆炸碎片云运动演化的流体力学模型。计算TEAK试验和ORANGE试验碎片云扩展和上升运动, 给出碎片云中心高度、水平半径、上升速度和形状等典型参数的演化, 与实验测量数据基本相符。计算模型可为电离层效应和人工辐射带效应提供缓发辐射源参数。 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 （149）   HTML （20）    PDF （2853KB）（626）    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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多介质五方程简化模型及界面捕捉的人工压缩算法 薛创, 李馨东, 孙文俊, 叶文华, 彭先觉 计算物理    2021, 38 (3): 257-268.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8248 摘要 （571）   HTML （1083422）    PDF （8825KB）（1528）    可视化          根据两介质五方程简化模型的基本假设，发展了适用于任意多种介质的体积分数方程。为了捕捉多介质界面，将HLLC-HLLCM混合型数值通量的计算格式推广应用于二维平面和柱几何的多介质复杂流动问题，在高阶精度的数据重构过程中采用斜率修正型人工压缩方法ACM。通过一维、二维多介质黎曼问题算例测试，结果表明：发展的计算格式能够较好地分辨接触间断和激波，间断附近物理量无振荡；对于添加了初始扰动的激波问题，能够有效抑制激波数值不稳定性；使用二维柱球SOD问题和接触间断型黎曼问题检验计算格式对多介质复杂流动问题的适应性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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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）（2293）    可视化    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. 相关文章 | 多维度评价

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基于节点非结构模型的换热网络结构多样性分析及改进优化策略 韩正恒, 崔国民, 章伟杰, 赵倩倩, 肖媛, 张冠华 计算物理    2021, 38 (4): 479-488.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8276 摘要 （156）   HTML （1025）    PDF （2576KB）（1203）    可视化    强制进化随机游走算法优化换热网络过程中会出现个体结构相似现象，导致种群结构多样性下降，算法全局搜索能力不足，难以进一步优化换热网络结构。针对基于节点非结构模型的换热网络结构相似现象展开研究，制定两个评价指标衡量优化过程中个体结构相似水平，发现个体结构内相似换热单元数逐步增加，而相似换热单元的热负荷差距逐步减小，个体结构相似水平越来越高。基于此，以提升种群多样性为指导，提出换热单元排斥性进化策略，通过增大相似换热单元的热负荷差距，激励相似换热单元的差异性进化，从而改变结构进化方向，降低相似结构规模。最后应用20SP和15SP两个算例验证该策略的有效性，结构年综合费用与文献最优结果相比分别下降了12 105＄·a-1和52 535＄·a-1，说明该策略可以有效提升算法全局搜索能力。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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不可压缩流的并行两水平稳定有限元算法 朱家莉, 尚月强 计算物理    2022, 39 (3): 309-317.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8411 摘要 （192）   HTML （18）    PDF （5666KB）（891）    可视化    提出一种数值求解定常不可压缩Stokes方程的并行两水平Grad-div稳定有限元算法。首先在粗网格中求解Grad-div稳定化的全局解, 再在相互重叠的细网格子区域上并行纠正。通过对稳定化参数、粗细网格尺寸恰当的选取, 该方法可得到最优收敛率, 数值结果验证了算法的高效性。 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 （110）   HTML （3）    PDF （6817KB）（586）    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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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）   HTML （116）    PDF （2459KB）（2456）    可视化    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. 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于物理信息神经网络的内部声场正反问题数值计算 吴国正, 王发杰, 程隋福, 张成鑫 计算物理    2022, 39 (6): 687-698.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8520 摘要 （168）   HTML （9）    PDF （19991KB）（760）    可视化    针对频域内部声场正反问题的数值模拟, 建立基于物理信息的神经网络架构。与基于数据驱动的神经网络不同, 将声学问题的Helmholtz方程及其对应的边界条件引入神经网络, 所建立的神经网络算法不仅能够反映训练数据样本的分布规律, 而且也遵循由偏微分方程描述的物理定律。考虑到频域声学问题中含有复数部分, 建立两种网络架构, 并进行验证和比较分析。该方法无需网格划分和数值积分等繁琐的数值计算过程, 可自由地处理不规则区域和非均匀分布情形。数值实验考察二维和三维复杂几何结构的声学正问题及反问题, 结果表明所建立的物理信息神经网络算法具有较高的精确度、收敛性和鲁棒性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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混合流体-PIC物理建模及其在激光聚变中的应用 蔡洪波, 许育培, 姚沛霖, 张恩浩, 黄翰霄, 朱少平, 贺贤土 计算物理    2023, 40 (2): 159-168.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8602 摘要 （118）   HTML （11）    PDF （6420KB）（571）    可视化    本文探索性地建立混合流体-PIC(particle-in-cell)模拟方法, 电子用无质量的流体描述, 多组分离子用PIC粒子描述; 流体运动通过求解电子磁流体方程组来获得, 电磁场通过求解Ohm定律和Faraday定律来获得。针对激光聚变等离子体条件, 利用混合流体-PIC模拟研究高能量密度条件下冲击波结构及其特性、流体力学界面不稳定性演化的影响等问题。混合流体-PIC物理建模为研究等离子体效应对冲击波和界面不稳定性的影响提供了新的研究手段。 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 （121）   HTML （5）    PDF （6461KB）（568）    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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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 （752）   HTML （244）    PDF （2903KB）（1565）    可视化          “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。 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 （101）   HTML （8）    PDF （5116KB）（564）    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

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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 （903）   HTML （24）    PDF （4769KB）（3012）    可视化    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. 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价