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2015年, 第32卷, 第4期
刊出日期：2015-07-25 上一期    下一期
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二维三温辐射(磁)流体力学拉氏计算中的人工粘性分裂技术 戴自换, 邬吉明, 丁宁 2015, 32(4): 379-385.  摘要 ( )   PDF(1569KB) ( )   针对使用边粘性和张量粘性进行二维三温辐射(磁)流体力学拉氏计算时激波处离子温度出现非物理尖峰的问题,提出一种人工粘性分裂技术,将人工粘性耗散能量按照电子压和离子压的比分成两部分,并分别加在电子内能和离子内能上.在二维三温辐射磁流体力学程序MARED上实现该技术,并对Z-pinch的内爆动力学过程进行数值模拟.消除了模拟结果中激波处离子温度的尖峰.

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三维光滑接触界面上的分配参数滑移面算法 姜玉曦, 周海兵, 熊俊, 刘文韬 2015, 32(4): 386-394.  摘要 ( )   PDF(3136KB) ( )   针对三维滑移界面上的分配参数滑移算法,提出一种三维滑移面光滑目的 ,仅根据单元面顶点的坐标和法向等局部信息,构造出曲面片边界G1连续(切平面连续),曲面片内C1连续的三维光滑曲面,此目的 为实际的滑移面提供一个准确的几何表达.在此光滑曲面上构建了具有C1连续的法向压力场和质量面密度场.然后在光滑滑移界面上通过Newton-Raphson迭代计算接触点,依据分配参数滑移算法施加接触约束和接触计算.数值算例显示光滑的接触滑移面可以减少滑移节点的振动,提高计算的收敛性.

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标模外形化学非平衡流场数值模拟 李俊红, 潘宏禄, 程晓丽, 沈清 2015, 32(4): 395-402.  摘要 ( )   PDF(3566KB) ( )   利用三维并行计算代码求解Navier-Stokes方程,数值模拟标模(ELECTRE)化学非平衡绕流,研究真实气体效应对标模气动热特性的影响,反应模型为Dunn和Kang的7组元7反应化学动力学模型.利用典型弹道点的飞行试验数据验证化学非平衡流计算程序的可靠性.在此基础上,研究不同壁面催化条件下攻角和高度变化对热流的影响.计算表明:真实气体效应主要发生在物面附近很薄的激波层内,并使激波脱体距离减小;完全催化壁驻点热流值高于非催化壁热流值;随着攻角增大,热流分布差异明显,而且攻角越大时,物面电子数密度越小;飞行高度越高,O2和N2离解程度越低,驻点热流越低.

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激波冲击火焰的流动拓扑研究 朱跃进, 董刚 2015, 32(4): 403-409.  摘要 ( )   PDF(2635KB) ( )   为深入研究激波冲击火焰现象的内在机制,采用二维带化学反应的Navier-Stokes方程对现象进行数值研究,通过对速度梯度张量特征方程的分析证明Okubo-Weiss函数适用于可压缩流动,并重点分析火焰区的流动拓扑特性.结果表明,波后火焰区内Okubo-Weiss函数积分量基本守恒,但在火焰区内部和表面具有截然不同的流动状态,且火焰发展基本不受流场可压缩性的影响;波后火焰区的流动拓扑分类主要以焦点和鞍点为主,意味着流场中变形占主导.

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火星进入热环境预测的热力学模型数值分析 苗文博, 吕俊明, 程晓丽, 艾邦成 2015, 32(4): 410-415.  摘要 ( )   PDF(2031KB) ( )   采用数值模拟目的 研究不同热力学模型中火星飞行器表面的热环境.研究发现,驻点区域流动近似为热力学平衡,随着飞行高度增加,流动逐渐偏向热力学非平衡.当壁面为非催化壁时,不同热力学模型所得热流基本一致,当壁面为完全催化壁时,热力学非平衡模型所得热流更高,这种差异由化学反应特征温度差异引起,并随着流动的热力学非平衡特性增加而增加.

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一种基于连续核函数展开的跨声速气动力修正法 刘祥, 孙秦, 武亮 2015, 32(4): 416-422.  摘要 ( )   PDF(1999KB) ( )   现有的跨声速修正面元目的 大多难以准确修正非定常压强系数的虚部.结合下洗修正目的 和连续核函数展开法(Successive Kernel Expansion Method),发展了一种新的修正目的.计算ONERA M6机翼的非定常气动力,与传统修正目的 比较,结果表明该目的 具有更高的精度.将改进的非定常气动力用于机翼的跨声速颤振分析,较好地预测了机翼在跨声速区域的非线性颤振特性.

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多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型 金鑫, 刘高洁, 郭照立 2015, 32(4): 423-430.  摘要 ( )   PDF(2614KB) ( )   提出一个模拟多孔介质内混溶流体间粘性指进现象的格子Boltzmann模型.采用双分布函数分别求解压力场和浓度场.在浓度场平衡态分布函数中引入与浓度扩散相关的参数.通过调节参数,使粒子碰撞过程中的松弛时间保持恒定.模拟了粘度相同的流体间的混相驱替问题.不同网格下的模拟结果均与解析解吻合良好,验证了模型的可行性.进一步研究粘度比和贝克莱数(Pe)对粘性指进现象的影响.结果显示,增大粘度比会促进"手指"的增长.当粘度比不变时,存在Pe的临界值.当Pe超过临界值时,"手指"前缘会出现分裂现象.对横向平均浓度场的研究显示,混合区域的长度随时间的变化分为两个阶段,它首先随着t1/2成线性增长,然后随着t成线性增长.

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基于JASMIN框架多物理耦合程序的性能优化及分析 任健, 武林平, 申卫东 2015, 32(4): 431-436.  摘要 ( )   PDF(1132KB) ( )   基于并行应用支撑软件框架JASMIN的辐射流体与粒子输运耦合程序RHSn2D,采用最小邦元固定处理器数目的并行策略,计算实际模型的并行规模扩展至8192核,并行效率约为16%.集成程序时间分析,验证软件框架底层MPI并行环境聚合通信对于并行优化算法(尤其是辐射流体计算时间)的影响.

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分离压作用下波纹状基底上含活性剂液滴铺展稳定性 李春曦, 杨保才, 叶学民 2015, 32(4): 437-448.  摘要 ( )   PDF(5786KB) ( )   针对波纹状基底上含不溶性活性剂液滴的铺展过程,引入受活性剂浓度影响的分离压模型,应用非模态稳定性理论分析液滴铺展稳定性.研究表明:与不计及分离压情形相比,分离压作用下的液滴铺展前沿高度明显下降,液滴铺展速率加快;长波扰动有利于增强液滴的演化稳定性,且随扰动波数增大稳定性增强;然而随短波波数增加,液滴演化稳定性逐渐减弱甚至转变为不稳定;较小波数下(k=3)减小引力强度系数α1和提高斥力强度系数α2液滴铺展稳定性增强;而较大波数下(k=30)增大α1和减小α2有利于液滴铺展稳定性.

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高阶间断伽辽金时域有限元方法分析三维谐振腔 叶珍宝, 周海京 2015, 32(4): 449-454.  摘要 ( )   PDF(1194KB) ( )   从一阶麦克斯韦旋度方程出发,研究一种区域分解时域有限元目的——高阶间断伽辽金时域有限元目的.其中对时间的离散采用Crank-Nicolson差分格式,电场和磁场采用相同阶数的高阶矢量基函数展开.分析三维谐振腔问题,数值结果表明,目的 中时间步长的选取可以摆脱CFL稳定性条件的限制;此外,与基于常用Whitney矢量基函数的目的 相比,采用高阶矢量基函数可以明显地提高计算精度及计算效率.

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德拜色散媒质的三维时域电磁逆散射技术 刘广东, 余广群, 范士民 2015, 32(4): 455-468.  摘要 ( )   PDF(4687KB) ( )   生物组织、土壤、水等媒质的电特性是频率相关的(称为色散媒质),常利用单极德拜(Debye)模型描述.为重建这一类媒质的色散特性,基于泛函分析和变分法,提出一种三维(3-D)时域电磁(EM)逆散射技术,主要流程为:①根据最小二乘准则,转化逆散射问题为约束最小化问题;②应用罚函数法,转化约束最小化问题为无约束最小化问题;③通过变分计算,解析导出梯度(Fréchet导数)表达式;④利用梯度法求解.此外,引入一阶吉洪诺夫(Tikhonov)正则化以应对逆问题的病态特性和噪声影响.数值应用中,将提出的目的 应用到一个简单的三维癌变乳房模型,借助PRP共轭梯度(CG)算法和时域有限差分(FDTD)法,仿真结果初步证实本文目的 的可行性、有效性和鲁棒性.

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气顶油藏油气界面移动距离的计算 张安刚, 范子菲, 宋珩 2015, 32(4): 469-474.  摘要 ( )   PDF(964KB) ( )   针对带地层倾角的气顶油藏,利用跟踪质点的拉格朗日法描述油气界面移动的力学特性;借助油气渗流的基本微分方程组,并假设油气界面呈平直线移动,求解气井和油井单独定流量生产时的油气界面移动;将计算模型进行实例计算.结果表明:随着地层压力的降低,油气界面上气相势的下降要比油相势大很多;油井单独生产时,油气界面偏向油井方向移动,而气井单独生产时,油气界面偏向气井方向移动;合理的控制采油采气速度,可以较好地保持油气界面的稳定.

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基于GPU求解椭圆型偏微分方程的并行算法 曹建伟, 徐翔, 王友年 2015, 32(4): 475-481.  摘要 ( )   PDF(1324KB) ( )   针对求解椭圆型偏微分方程的雅克比迭代算法和DRM算法进行基于GPU的CUDA加速算法研究.通过两个算例在GTX570显卡上对GPU加速算法进行验证.结果表明,在保证运算精度的前提下,雅克比迭代的GPU加速效率最高,在DOUBLE类型下的加速比可达到14倍左右,效率可达到53%左右;DRM算法在DOUBLE类型下的加速比最高可达到3.8倍,效率达到15%左右.

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位错及掺杂对球铁冲击韧性影响的电子机理 杨忠华, 刘贵立, 曲迎东, 李荣德 2015, 32(4): 482-486.  摘要 ( )   PDF(1101KB) ( )   在球墨铸铁金属基体中建立α-Fe[100](010)刃型位错原子模型,利用基于密度泛函理论的CASTEP目的 计算C原子在位错芯区的埋置能、亲和能、电荷布居数等电子参数.结果表明:α-Fe[100](010)刃型位错芯区局域效应集中范围较小并具有C2v点群对称性.位错芯区的能量低谷吸引轻质杂质C原子偏聚,C原子的2p轨道与刃型位错尖端Fe原子的4s价轨道之间发生电荷转移,具有较强的相互作用,使位错运动受阻.Fe-C原子间布居数较大、原子间距离较小表明,Fe-C原子间有生成渗碳体化合物的倾向.Si原子掺杂渗碳体的结合能及各原子轨道分波态密度表明,Si原子能够促使渗碳体分解,析出碳硅化合物成为石墨球化的核心,从而改善球墨铸铁的冲击韧性.

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BaTiO3/SrTiO3(1:1)有序超晶格的第一性原理研究 王江舵, 代建清, 牛之慧, 张虎, 宋玉敏 2015, 32(4): 487-495.  摘要 ( )   PDF(981KB) ( )   用第一性原理计算研究沿[110]和[111]方向有序的BaTiO3/SrTiO3(BTO/STO)1:1超晶格的晶格动力学、介电和压电性能.对两种有序BTO/STO超晶格从最高对称性的结构出发计算布里渊区中心声子,通过冻结不稳定声子得到畸变结构,进一步冻结不稳定声子得到基态结构.两种有序BTO/STO超晶格的基态结构分别是Pm和R3m结构.把声子介电张量和内应变压电张量分解成单个离子和单个声子的贡献.根据离子对介电和压电张量各分量的贡献可知Ti和O离子对介电和压电有比较大的贡献.声子对介电和压电张量的贡献的分析果表明频率较低的声子有主要的贡献.特别是沿[110]方向有序BTO/STO超晶格中ε11主要来自于频率为49 cm-1的软模A'声子的贡献.

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最简荷控型忆阻器混沌电路的设计及实现 谭志平, 杨红姣, 刘奇能, 曾以成 2015, 32(4): 496-504.  摘要 ( )   PDF(3258KB) ( )   利用惠普荷控型忆阻器、电感、电容和负电导串联设计了一类单回路忆阻器混沌电路.采用常规的动力学分析目的 研究系统的基本动力学特性,如平衡点稳定性分析、李雅普诺夫指数谱和分岔图等.数值仿真表明该系统在一个平衡点的情况下产生一类特殊的单涡卷混沌吸引子,且随系统参数的改变产生丰富复杂的混沌行为.为验证电路的正确性,利用Pspice进行相应电路仿真,仿真结果与理论分析、数值计算基本一致.