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2016年, 第33卷, 第3期
刊出日期：2016-05-25 上一期    下一期
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基于GPU集群的Level Set并行高精度演化 袁斌 2016, 33(3): 253-265.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3563KB) ( )   设计实现基于张量积B样条的并行Level Set演化算法,张量积B样条提高了演化精度和并行度;每步演化都需要反算B样条系数.针对对角占优三对角方程组,设计实现基于精确LU分解的高精度并行追赶法,并用它反算B样条系数;采用两步通信方法,消除通信的依赖关系,实现有效的并行通信.实验表明,本文的并行算法可以有效加速演化过程.

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振动NACA0012翼型的移动网格数值模拟 曾现洋, 倪国喜 2016, 33(3): 266-272.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1908KB) ( )   利用流体力学方程的积分形式给出非结构移动网格上离散格式,利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度.对振动Naca0012翼型问题,分三种类型确定网格速度,再结合Riemann问题的解法器构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.数值实验表明这种格式同时具有高效、高分辨率的特点.

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基于预处理HLLEW格式的全速域数值算法 刘中玉, 张明锋, 郑冠男, 杨国伟 2016, 33(3): 273-282.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2497KB) ( )   基于HLLEW(Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada)格式引入预处理技术发展适合求解全速域流场的三维Navier-Stokes求解器.引入低速预处理技术,重新构造HLLEW格式的耗散项,给出预处理后的HLLEW格式,并根据预处理后的雅克比矩阵构造相应的隐式时间推进方程.利用预处理方法求解NACA 4412低速不可压流动与RAE 2822跨声速可压缩流动,并与实验结果及原有方法的计算结果对比.结果表明:预处理HLLEW格式不仅提高低速不可压缩流动的计算效率和精度,也保持了对可压缩流动的处理能力,是一种适用于全速域流场数值模拟的有效方法.

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跨音速自然层流翼型多目标优化设计 陈永彬, 唐智礼, 盛建达 2016, 33(3): 283-296.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6789KB) ( )   应用多目标优化方法在推迟翼型转捩位置的同时,优化激波控制鼓包的位置和外形来减小波阻.经过优化得到多目标问题的Pareto阵面解,通过对其上翼型的气动性能分析发现:优化后翼型的层流区域及激波强度较初始翼型均有改善.结果表明本文方法可以有效地解决层流翼型设计过程中转捩位置和激波强度之间的矛盾.

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火星进入器小攻角飞行的静不稳定性 吕俊明, 苗文博, 黄飞, 程晓丽, 王强 2016, 33(3): 297-304.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2809KB) ( )   针对火星探路者号进入段飞行过程,求解三维流体力学Navier-Stokes方程,采用高温真实气体模型和等效比热比完全气体模型,对气动力特性进行预测和分析,对发现的小攻角静不稳定现象开展机理分析.比较海盗号数值计算结果、文献数据和飞行试验数据,结果符合很好,验证了物理化学模型及数值方法;探路者号的升阻特性和配平特性预测数据表明,真实气体模型和LAURA数据符合很好,等效比热比模型可以较准确地计算升力和阻力系数;2°攻角飞行时,进入器沿轨道出现静不稳定,完全气体模型无法模拟,分析认为迎风区声速线在肩部的移动和背风区亚声速区的分布变化以及亚声速区泡的出现,导致激波层压力下降和肩部膨胀区的压力下降向上游的传递过程发生变化,造成表面压力分布改变,最终诱发静不稳定.

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基于Lagrange方法封闭的两相湍流场方程模型 王路, 徐江荣, 刘保银 2016, 33(3): 305-310.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2114KB) ( )   两相湍流场方程模型采用基于Euler方法的一阶矩方程,而二阶矩方程由Lagrange方法得到,新模型的封闭不需要附加其它假设.首先基于概率密度函数给出颗粒运动的连续方程和动量方程,其次由基于平均Langevin方程的Lagrange模型推导得到颗粒二阶矩方程,最终获得封闭的二阶矩模型.将新模型用于气固两相壁面射流的数值模拟,结果表明新模型合理有效.

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振动纤维捕集颗粒的格子Boltzmann模拟 张浩龙, 陶实, 郭照立 2016, 33(3): 311-321.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7303KB) ( )   采用格子Boltzmann方法对振动纤维捕集颗粒进行数值研究.纤维附近采用多块网格加细技术计算,颗粒采用Lagrange跟踪方法模拟.研究雷诺数为200的流向振动纤维绕流的AⅡ、AⅢ、AIV、S四种涡结构下的亚微米煤粉颗粒的捕集问题.结果表明纤维的流向强迫振动能够显著提高颗粒的捕集效率.且迎风面的捕集效率提升不大,背风面的提升则更为显著.颗粒撞击角度的统计反映了背风面捕集效率提升的细节.另外流动处于AⅢ模态时,每个周期内脱落两个正涡一个负涡,被捕集颗粒的初始位置分布不对称.而其它模态基本关于流场中心对称.

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部分射开压裂直井渗流压力动态分析 刘海龙 2016, 33(3): 322-332.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2899KB) ( )   建立符合非均质油藏部分射开地层实际的物理模型和三维各向异性矩形油藏的不稳定渗流数学模型,考虑不渗透顶、底边界和定压顶、底边界等边界条件的组合,通过无因次量纲变换、拉普拉斯变换、傅里叶余弦变换和分离变量等方法,得到拉普拉斯域的解析解,利用斯蒂芬森数值反演方法,得出实数域的压力数值解.绘制压力动态曲线,并进行敏感性分析.计算结果与数值模拟基本吻合,证实方法的可靠性.敏感性分析表明:压力动态曲线可分为早期线性流、中期径向流、晚期球形流、边界控制流四个流动期.裂缝长度主要影响早期线性流,渗透率各向异性主要影响中期径向流,储层射开程度和裂缝方位主要影响晚期球形流,边界条件和油藏宽度主要影响边界控制流.该方法可以确定最优射开程度、垂向渗透率等参数,为油藏工程分析和压裂工艺设计提供指导.

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基于高阶叠层矢量基函数的E-H时域有限元方法分析谐振腔和波导结构 叶珍宝, 周海京 2016, 33(3): 333-340.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1622KB) ( )   将高阶叠层矢量基函数用于E-H时域有限元方法,电场和磁场用相同的基函数展开并同时求解,时间离散采用Crank-Nicolson差分格式使得时间步长的选取摆脱稳定性条件的限制,同时采用完美匹配层来截断计算区域.对三维谐振腔及波导结构进行数值模拟与分析,结果表明,相较于低阶基函数,高阶叠层矢量基函数可以有效提高E-H时域有限元方法的计算精度.

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重心Lagrange插值配点法求解二维双曲电报方程 刘婷, 马文涛 2016, 33(3): 341-348.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(590KB) ( )   提出一种求解二维双曲电报方程的高精度重心Lagrange插值配点法.采用重心Lagrange插值构造包含时间和空间变量的近似函数.在给定Chebyshev-Gauss-Lobatto节点上,将多变量重心Lagrange插值近似函数代入双曲电报方程及其定解条件,得到离散代数方程组.包含狄里克雷和诺依曼边界条件的数值算例表明,本文方法程序实现方便并具有高精度,可应用于求解高维问题.

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一种热集成系统的动态多智能体微分进化算法 陈上, 崔国民, 张春伟, 段欢欢 2016, 33(3): 349-357.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1864KB) ( )   针对热集成系统换热网络存在的严重非凸非线性与多维多极值问题,提出动态多智能体微分进化算法.结合动态更新策略,并引入多智能体算法的环境感知能力,改进微分进化算法的种群生成方式与变异机制,并增强在大规模复杂非线性系统中的全局搜索能力.通过10SP2与9SP1换热网络经典算例优化,得到最佳年综合费用,体现出了改进算法更优的全局搜索能力.

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平面应变问题广义有限元法 杨璞, 牛红攀, 肖世富 2016, 33(3): 358-366.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2505KB) ( )   结合广义有限元和理性有限元,针对平面应变问题提出一种广义四边形单元.该单元考虑泊松效应,以节点位移自由度约束弹性力学平面应变方程的半解析解,构造单元位移模式的附加项,较准确地反映真实位移场,提高了单元的计算精度.首先推导广义单元及其等参单元的形函数,之后设计分片试验和数值算例来验证单元的精度,数值算例表明,在规则和非规则网格下新单元计算精度均优于传统有限元和广义有限元.新单元精度高且易于程序实现,可应用于实际工程的结构分析.

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相场法模拟第二相颗粒对柱状晶形成的影响 罗志荣, 高英俊, 毛鸿, 卢成健, 黄世叶 2016, 33(3): 367-373.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2450KB) ( )   基于定向退火条件下的移动热区模型,采用相场法研究第二相颗粒对多晶材料中柱状晶结构形成的影响.结果表明:第二相颗粒对柱状晶结构的形成具有抑制作用,其抑制作用随第二相颗粒体积分数的增加和第二相颗粒尺寸的减小而增强.定向退火条件下第二相颗粒对晶粒极限尺寸的影响遵循Zener关系.为了获得良好的柱状晶结构,应尽量减少材料中第二相颗粒的体积分数及其在晶界上的弥散分布.

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N掺杂碳纳米管环吸附Fe原子的第一性原理研究 杨忠华, 刘贵立, 曲迎东, 李荣德 2016, 33(3): 374-378.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1878KB) ( )   采用基于密度泛函理论的CASTEP程序研究N掺杂碳纳米管环结构在变形作用下,外壁对Fe原子的吸附能力.结果表明,构造出的新型纳米结构的结合能为负值,具有稳定存在的可能性;N掺杂碳纳米管环显著提高外壁对Fe原子的吸附能力,这是因为掺杂体系的活度增大,易与Fe原子间形成Fe-N共价结合键.线性增加拉伸和压缩变形幅度,结构外壁对Fe原子的吸附能呈抛物线式快速下降.相比之下,吸附能对拉伸变形更加敏感.