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2015年, 第32卷, 第1期
刊出日期：2015-01-25 上一期    下一期
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一种基于AUSM思想的通量分裂方法 李馨东, 胡宗民, 张德良, 姜宗林 2015, 32(1): 1-12.  摘要 ( )   PDF(5836KB) ( )   根据对流迎风分裂(AUSM)思想提出一种通量分裂方法,称为K-CUSP格式.它与传统H-CUSP和E-CUSP格式的最大差异在于总能量的分裂:K-CUSP格式将无粘守恒通量中所有的运动学量分裂到对流项,所有的热力学量分裂到压力项,即总能量被分裂成动能和静焓.对于压力项的数值通量,采用一种新的界面构造方法.数值测试表明:①K-CUSP格式继承了FVS格式的简单性和稳健性.在激波后不易出现压力过冲,在膨胀区域没有振荡,优于AUSM和WPS格式;②K-CUSP格式继承了FDS格式的分辨率.激波间断的分辨率和H-CUSP、E-CUSP格式基本相同,接触间断的分辨率高于FVS格式,低于Roe、AUSM和WPS格式.AUSM和WPS格式在计算运动接触间断时,速度存在很大振荡,而新格式不存在振荡.

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最小二乘有限元法求解非定常应力的Navier-Stokes方程 孙晨扬, 李启良, 杨志刚 2015, 32(1): 13-19.  摘要 ( )   PDF(2754KB) ( )   为精确求解非定常层流问题,发展一种非定常速度-应力-压力的方法.采用牛顿法对非线性对流项进行线性化处理和预处理共轭梯度法,实现了非定常应力形式Navier-Stokes方程的求解.方腔层流流动比较发现,非定常应力形式比涡量形式与试验结果更加吻合,精度更高.该方法有效地解决亚格子应力项的问题,实现基于最小二乘有限元法的湍流求解.比较方腔湍流流动的试验与仿真结果,证明本文的方法具有可行性,为湍流大涡模拟计算打下基础.

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基于格子Boltzmann方法的多孔介质流动模拟GPU加速 朱炼华, 郭照立 2015, 32(1): 20-26.  摘要 ( )   PDF(1861KB) ( )   利用NVIDIA CUDA平台,在GPU上结合稀疏存贮算法实现基于格子Boltzmann方法的孔隙尺度多孔介质流动模拟加速,测试该算法相对基本算法的性能.比较该算法在不同GPU上使用LBGK和MRT两种碰撞模型及单、双精度计算时的性能差异.测试结果表明在GPU环境下采用稀疏存贮算法相对基本算法能大幅提高计算速度并节省显存,相对于串行CPU程序加速比达到两个量级.使用较新构架的GPU时,MRT和LBGK碰撞模型在单、双浮点数精度下计算速度相同.而在较上一代的GPU上,计算精度对MRT碰撞模型计算速度影响较大.

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再入飞行器等离子体预测与气体组分相关性 苗文博, 黄飞, 程晓丽, 俞继军 2015, 32(1): 27-32.  摘要 ( )   PDF(1573KB) ( )   对一类大钝头再入飞行器,理论分析电子密度预测与气体组分的相关性,使用经验证的数值模拟方法研究化学反应模型对等离子体预测的影响.研究发现:马赫数是影响等离子体预测与气体组分相关性的重要参数,马赫数越高,不同气体组分模型所得电子密度差异越大.气体组分模型对等离子体预测的影响在驻点强压缩区域和身部位置基本一致.对于大钝头再入飞行器,高度H=60 km,马赫数大于23时应该采用11组分化学反应模型.

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一种光滑粒子流体动力学数据的后处理方法 李付鹏, 汪继文, 欧莽 2015, 32(1): 33-39.  摘要 ( )   PDF(5020KB) ( )   提出一种光滑流体动力学数据后处理的三角网格化方法.首先确定流场中每个粒子作用域内的配对粒子集;再以当前粒子的配对粒子集为限定条件进行Delaunay三角剖分,可得到由粒子作为节点的三角形单元集;最后对"虚假"单元做过滤处理.算例表明复杂边界条件和严重变形的流体区域上的SPH计算结果都可用该方法处理.

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一个谱元大气临近空间分辨模式 刘喜迎, 刘春艳, 姚姗姗 2015, 32(1): 40-50.  摘要 ( )   PDF(4377KB) ( )   发展了一个可分辨大气临近空间且采用谱元数值计算技术的大气数值模式SEMANS(Spectral Element Model with Atmospheric Near Space resolved),并对模式模拟能力进行检验.数值模式采用立方体球面投影坐标,每个投影面分解为81个局地元,在元内利用8次Gauss-Lobatto-Legendre插值多项式对变量进行谱离散;模式大气在铅直方向分为66层,大气顶气压取为4.5×10-6 hPa.进行了10年积分试验,利用ECMWF(European Center for Medium-Range Weather Forecasts)ERA-Interim再分析数据集和COSPAR(Committee on Space Research)国际参考大气1986对SEMANS模拟结果进行初步检验.结果表明,模式模拟出30 hPa等压面上北半球纬向2波特征及南半球纬向1波特征;模式能模拟出100 hPa和0.001 hPa等压面附近的低温区及1 hPa等压面附近和0.0001 hPa等压面高度之上的高温区;模式还模拟出0.001 hPa等压面高度以下1月及7月纬向平均纬向风随高度分布的主要特征.

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页岩气藏渗流机理及压力动态分析 杜殿发, 王妍妍, 付金刚, 孙召勃, 乔妮 2015, 32(1): 51-57.  摘要 ( )   PDF(1352KB) ( )   针对页岩气藏的特点,分析国内外对解吸、扩散等数学描述方法,建立三种机理作用下的渗流数学模型:①考虑有机基质表面解吸,解吸气和游离气共同窜流的数学模型;②考虑有机基质解吸和扩散的数学模型;③考虑有机基质中的气体解吸、扩散,以及无机基质中气体窜流综合作用的数学模型.运用点源函数方法,得到模型的基本点源解,对点源解作积分变换得到垂直压裂井、压裂水平井两种开采方式下的地层压力解,绘制出三种机理影响下的压力动态曲线,并从渗流机理上分析曲线特征以及不同曲线存在差异的原因.

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泡沫混排解堵数学模型及数值模拟 王飞, 李兆敏, 李松岩, 杜庆军 2015, 32(1): 58-64.  摘要 ( )   PDF(1363KB) ( )   建立泡沫井筒流动模型与泡沫地层渗流模型,得到完整的泡沫混排解堵数学模型;利用数值方法对模型进行耦合求解,得到泡沫压力,质量,密度在井筒中的分布及井口井底压力的变化规律.在固定井口回压情况下,得到井底压差的变化规律.结果表明:随着井深的增加,泡沫压力增加,质量减小,密度增加;固定井口回压,井底压差则逐渐变小.

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飞秒脉冲激光啁啾对4,4'-二(二正丁胺基)二苯乙烯的光限幅及动态双光子吸收的影响 张玉瑾, 张秋月, 宋玉志, 王传奎 2015, 32(1): 65-74.  摘要 ( )   PDF(2037KB) ( )   通过采用预估矫正的时域有限差分方法(FDTD)数值求解Maxwell-Bloch方程,研究飞秒啁啾脉冲激光在4,4’-二(二正丁胺基)二苯乙烯(BDBAS)分子介质中的光限幅行为(OL)和动态双光子吸收(TPA)截面.计算表明啁啾率的符号和大小都对频谱演化和光限幅行为产生影响.啁啾率的符号决定频移的方向:正啁啾对应频谱蓝移,负啁啾对应频谱红移.随着啁啾率绝对值的增大,频移更加明显,光限幅窗口变窄,同时出射光强饱和值变大.有趣的是,当负啁啾降低到一定值(-0.025/fs2)时,出现自感应透明(SIT)现象.另外,动态双光子吸收截面在考虑啁啾效应的情况下减小.本研究提供了一种控制非线性光学吸收的方法.

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粒子数密度对飞秒Gauss型脉冲传播及光谱特性的影响 王振东, 杨善迎, 刘婷婷, 马建玲, 肖静 2015, 32(1): 75-85.  摘要 ( )   PDF(4297KB) ( )   利用预估校正-时域有限差分(PC-FDTD)法求解全波Maxwell-Bloch方程,研究介质粒子数密度(N)对飞秒Gauss型激光脉冲在Λ型三能级原子介质中传播及光谱特性的影响.结果表明:小面积2π脉冲在不同N介质中都不发生分裂,脉冲频谱基本没有新的高频成分产生,随N增大中心频率附近光谱强度明显减小.面积4π脉冲,在N较大的稀疏介质及稠密介质中都产生分裂,在稀疏介质中随N增大频谱展宽幅度及高频成分强度增大,但在稠密介质中频谱展宽变小且远小于N较大时的稀疏介质情况.大面积8π脉冲,脉冲分裂情况与4π脉冲情况相似,但随N增大频谱展宽幅度及高频成分强度单调增大,且在稠密介质中的频谱展宽幅度及高频成分强度远大于N较小的稀疏介质情况.

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二维磁性系统和准一维磁性纳米管的内能 米斌周, 冯翠菊, 祁云平, 丁东, 薛永红 2015, 32(1): 86-92.  摘要 ( )   PDF(1931KB) ( )   采用量子统计理论的多体格林函数法计算二维单离子各向异性海森伯铁磁体、反铁磁体以及单壁铁磁纳米管的内能,对比铁磁体和反铁磁体的结果.在相同的参量下,反铁磁能量总是低于相应的铁磁能量(相变点除外).由于反铁磁能量随温度上升的速度较铁磁能量快,当温度升高到居里点TC和奈尔点TN时(TC=TN),铁磁能量和反铁磁能量相等.横向关联效应对系统内能的影响较大,不能忽略.

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Fe掺杂单壁ZnS纳米管磁性质 谢建明, 陈红霞 2015, 32(1): 93-100.  摘要 ( )   PDF(2467KB) ( )   采用第一性原理密度泛函理论系统研究Fe原子掺杂单壁ZnS纳米管的结构和磁性质.首先比较掺杂纳米管的稳定性.结果表明,掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.单掺杂纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩,主要来自Fe原子3d态的贡献.Fe原子掺杂单壁ZnS纳米管趋向于反铁磁态.为了得到稳定的铁磁态,用一个C原子替代掺杂体系中的一个S原子.计算发现铁磁态的能量比亚铁磁态低0.164 eV的.在铁磁态和反铁磁态之间存在的巨大的能量差,表明此掺杂体系可能获得室温铁磁性.

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纳米器件的非零点能Casimir排斥力 方明, 宋开宏, 王娟娟, 黄志祥, 吴先良 2015, 32(1): 101-106.  摘要 ( )   PDF(1786KB) ( )   结合边界元方法,利用离散点表面电流及表面磁流的格林函数得到任意三维几何体及任意材料纳米器件互相作用离散点之间的Casimir力.给出浸泡在液体中纳米器件的"非零点能"Casimir效应,分析Casimir排斥力产生的条件,为实际纳米器件之间Casimir效应分析提供新的数值方法.

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BaTi2Bi2O的电子结构与磁性 王广涛, 张琳, 张会平, 刘畅 2015, 32(1): 107-114.  摘要 ( )   PDF(4250KB) ( )   采用第一性原理方法,对BaTi2Bi2O的电子结构和磁性进行计算.非磁性态的计算结果显示:费米能级处的态密度主要来自dz2,dx2-y2和dxy三个轨道,同时费米面也主要有三部分组成,并且将其沿着矢量q1=(π/a,0,0)和q2=(0,π/a,0)平移时,第三部分费米面(沿着X-R连线)与第一部分费米面(M-A连线)嵌套明显,计算得出磁化系数χ0(q)在X点出现峰值,与峰值出现在M点的FeAs基超导体不同.上述磁化率峰值可以诱导产生自旋密度波,使得BaTi2Bi2O材料的磁性基态是bi-collinear antiferromagnetism(AF3)与blocked checkerboard antiferromagnetism(AF4)的二度简并态.随着空穴掺杂,χ0(q)的峰值降低,而电子掺杂则导致峰值变大.当自旋涨落被完全压制时,超导出现,这可以解释为什么超导只出现在空穴掺杂型化合物而非电子掺杂型.

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三材料线性掺杂石墨烯纳米条带场效应管性能 王伟, 高健, 张婷, 张露, 李娜, 杨晓, 岳工舒 2015, 32(1): 115-126.  摘要 ( )   PDF(3490KB) ( )   采用量子动力学模型研究单材料和三材料的石墨烯纳米条带场效应管(GNRFETs)在不同掺杂情况下的弹道输运特性,模型基于非平衡格林函数方程(NEGF)以及自洽的泊松方程的量子数值解.结果证明:三材料线性掺杂的石墨烯纳米条带场效应管(TL-GNRFET)不仅能够有效地抑制短沟道效应(SCE)和漏极势垒降低效应(DIBL),而且相对于其它几种结构而言,它有更好的亚阈值斜率以及更高的开关电流比.另外,还研究了非对称栅结构对石墨烯场效应管的影响,结果表明,当上栅和下栅同时向源端移动的时候,可以改善器件的电流开关比.