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2015年, 第32卷, 第2期
刊出日期：2015-03-25 上一期    下一期

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生物分子模拟中的静电计算 彭波, 李翰林, 卢本卓 2015, 32(2): 127-159.  DOI: O242;O244;O561.4 摘要 ( )   PDF(1339KB) ( )   在分子尺度上对生物系统的研究主要通过模拟生物分子间的相互作用来完成.在众多的分子间相互作用中,静电相互作用及其重要,对它的定量计算是了解生物分子的溶剂化效应、生物分子折叠和酶催化作用等的一个中心课题.本综述着重介绍用于计算溶剂化效应的泊松-玻尔兹曼模型,包括模型的理论基础、发展历程、数值求解方法、及在分子生物学研究中的应用等.同时,也介绍泊松-玻尔兹曼模型的一种近似模型,广义玻恩模型.

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气液两相流的间断有限元模拟 郭虹平, 欧阳洁 2015, 32(2): 160-168.  DOI: O24 摘要 ( )   PDF(2898KB) ( )   基于非结构网格,给出模拟两相流的统一间断有限元框架.其中,不可压Navier-Stokes方程采用IPDG(Interior penalty discontinuous Galerkin)方法求解;Level Set方程采用RKDG(Runge-Kutta discontinuous Galerkin)方法求解.方腔驱动流在不同Re数时的数值结果验证了该方法在单相流动中的有效性.气泡上升过程的模拟结果表明:该方法避免了重新初始化,且计算量小、实施简单,可有效求解具有运动界面的不可压两相流问题.

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气体动力学直接模拟Monte Carlo的高效GPU并行计算 贺永翔, 刘昕, 赵海波 2015, 32(2): 169-176.  DOI: O356 摘要 ( )   PDF(2662KB) ( )   实现了基于计算统一设备架构(CUDA)的直接模拟Monte Carlo(DSMC)并行算法,改进了原有多图形处理器(GPU)数据之间传输并行算法,数值模拟计算二维Couette流和二维顶盖驱动方腔流,定量比较了CPU、单GPU和多GPU并行计算的结果和计算时间.结果表明单GPU并行计算相对CPU计算的加速效果可以达到10~30倍,双GPU并行计算加速效果可以达到40~60倍,多GPU并行计算的加速效率接近100%,且计算精度能够得到良好保证.

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基于离散裂缝模型的低渗透油藏开发数值模拟 孙静静, 黄朝琴, 姚军, 李爱芬, 王代刚 2015, 32(2): 177-185.  DOI: TE319 摘要 ( )   PDF(5418KB) ( )   基于低渗透油藏的人工压裂开采的离散裂缝模型,考虑基质岩块中非达西渗流模式,对此类油藏的注水开发进行数值模拟研究.首先对裂缝进行降维处理,建立相应的数学模型;考虑裂缝的复杂几何形状,基于非结构化网格应用控制体积有限差分法进行数值求解,通过数例验证方法的正确性;给出两个注水开发数值算例,分析不同非达西渗流模式对开发效果的影响.

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热导率的平衡分子动力学模拟中的热流计算 叶振强, 曹炳阳, 李元伟 2015, 32(2): 186-194.  DOI: TK124 摘要 ( )   PDF(2109KB) ( )   在热导率的平衡分子动力学模拟中,针对Lennard-Joness势、Stillinger-Weber势和Tersoff势三种势能模型,给出一个形式简洁的统一热流计算式.通过与文献中的式子进行对比,发现提出的热流计算式与文献中的一些计算式是等价的,而有些式子存在错误.此外,针对热流计算中的势能分配问题,分析均分法和独享法两种势能分配方法对计算结果的影响.结果表明:两体势的分配最大可导致计算的热导率10%的变化,而三体势的分配方式对热导率计算结果的影响可以忽略.独享法得到的热流自相关函数波动大、收敛慢、数值噪声较大,导致热导率计算结果精度的降低,而均分法不存在这些问题.

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基于正则化SVD算法的三维温度场声学重建 王然, 安连锁, 沈国清, 张世平 2015, 32(2): 195-201.  DOI: O551.2 摘要 ( )   PDF(2461KB) ( )   针对电站锅炉炉内三维温度场重建问题,基于声学理论构建数学模型.提出两种基于奇异值分解法(Singular Value Decomposition,SVD)的正则化算法,利用少量声学数据,对炉膛火焰分布的几种典型模型进行仿真重建.采用不同标准差的高斯噪声对两种算法的抗噪声能力进行检验.仿真结果表明,正则化SVD算法可以解决严重不适定的重建问题,重建温度场能够准确反映温度场分布,并且算法具有一定的抗噪声能力.TSVD正则化算法重建速度更快,抗噪声能力更强,适用于燃烧情况复杂的电站锅炉.

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压缩感知计算随机表面的微波散射 汪海波, 黄文华, 巴涛, 杨志强 2015, 32(2): 202-206.  DOI: O44;TM15 摘要 ( )   PDF(3192KB) ( )   选择谐波函数作为散射源的表征基函数,利用随机矩阵进行观测,实现了对散射源的稀疏表征,最后通过正交匹配追踪算法解算出表面散射源.利用压缩感知-正交匹配追踪算法与直接求解矩阵方程所得到的散射远场分布一致.

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激光光路追踪模拟中的高精度求交算法 杨容, 杭旭登, 翟传磊, 李双贵, 齐进, 李敬宏 2015, 32(2): 207-213.  DOI: O242.1 摘要 ( )   PDF(1516KB) ( )   分析激光光路追踪模拟中求交算法非物理解的原因,提出一种基于非线性方程组的求交算法.针对各种相交角度,新算法的数值描述更具有一般性,并且结合矩阵预处理技术,提高了数值算法的稳定性.数值结果表明新算法具有更好的精度和适应性,在LARED集成程序的应用中展示了良好的模拟效果.

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核查技术数值实验平台中的时间关联符合测量与中子多重性测量 朱剑钰, 谢文雄, 李刚, 张松柏, 邓力 2015, 32(2): 213-219.  DOI: O571.33 摘要 ( )   PDF(2911KB) ( )   为解决部件核查技术研究中实验数据较少、缺乏系统性的问题,建立了用于核部件属性认证的数值实验平台.该数值实验平台整合了用于模拟被动中子、被动γ射线、主动中子、主动高能光子、缓发中子探测方法的部件核查技术软件.平台新增了适用于时间关联符合测量和中子多重性测量的计算功能,该功能分别由DTB程序和NMC程序实现.本文主要介绍数值实验平台新功能的开发和应用,分别介绍这两种方法的物理原理与程序流程.对程序的验证由分别设计的两个数值实验完成.平台可以为利用统计方法研究核部件核查技术提供系统性的数据.

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(OsH2)n(n=1~5)团簇结构稳定性与磁学性质的理论研究 张秀荣, 罗敏, 郭文录 2015, 32(2): 220-228.  DOI: O641 摘要 ( )   PDF(5218KB) ( )   采用密度泛函理论,在广义梯度近似(GGA)下对(OsH2)n(n=1~5)团簇的可能构型进行几何参数全优化,得到基态结构,并对基态结构的平均结合能(Eb)、能量二阶差分(Δ2E)、磁矩和态密度等进行计算.结果表明:(OsH2)n(n=1~5)团簇趋向于形成空间三维结构,Os与H之间有较强的相互作用,并且Os H2的基态结构可以看作是((OsH2)n(n=1~5)团簇结构的基本组成单元;(OsH2)4团簇稳定性较好,只有(OsH2)5基态结构呈反铁磁性耦合,团簇的磁矩主要来源于Os原子的d轨道.

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欠叠异质栅纳米碳管场效应管的量子输运特性 王伟, 张露, 李娜, 杨晓, 张婷, 岳工舒 2015, 32(2): 229-239.  DOI: O484.3 摘要 ( )   PDF(3845KB) ( )   采用量子力学模型,对欠叠栅对传统单质栅碳纳米管场效应管(简称C-CNTFET)和异质栅碳纳米管场效应管(简称HMG-CNTFET)电学特性的影响进行理论研究,该模型基于二维非平衡格林函数(NEGF)泊松方程自洽求解.仿真结果表明,C-CNTFET的截止频率可高达THz量级,另外,通过比较C-和HMG-CNTFET可以看出,CCNTFET增加欠叠栅后能够提高器件的开关速度,但不利于提高器件的开关电流比.在HMG-CNTFET中,欠叠栅的采用不仅能够同时改善亚阈值特性和开关电流比,还能降低输出电导.

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部分耗尽SOI晶体管电离辐射损伤的物理模型 何宝平, 刘敏波, 王祖军, 姚志斌, 黄绍艳, 盛江坤, 肖志刚 2015, 32(2): 240-246.  DOI: TN386.1 摘要 ( )   PDF(2392KB) ( )   从氧化层俘获空穴和质子诱导界面态形成的物理机制出发,建立部分耗尽SOI器件总剂量辐射诱导的氧化层陷阱电荷和界面态物理模型,模型可以很好地描述辐射诱导氧化层陷阱电荷和界面态与辐射剂量的关系,并从实验上对上述模型结果给予验证.结果表明,在实验采用的辐射剂量范围内,辐射诱导产生的氧化物陷阱电荷与辐射剂量满足负指数关系.模型中如果考虑空穴的退火效应,可以更好地反映高剂量辐照下的效应;辐射诱导产生的界面态与辐射剂量成正比例关系.

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二维无摩擦颗粒体系中阻塞态的压缩过程 张兴刚, 胡林 2015, 32(2): 247-252.  DOI: O414.2 摘要 ( )   PDF(2145KB) ( )   数值模拟无摩擦圆盘形颗粒体系的压缩过程,对单分散、双分散、线性作用、赫兹作用等进行对比.数值模拟表明:单分散体系容易晶格化,其临界填充率φC与临界平均接触数ZC都大于双分散的情形.以临界阻塞态为基准,阻塞态在压缩过程中的平均接触数增量ΔZ以及平均重叠量δ随填充率增量Δφ的变化与模拟条件几乎无关,压强P与Δφ的关系决定于作用力的形式,它们都能用幂律关系进行很好的拟合.