计算物理

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李百文, 石黑静儿, M. M. Skoric

2015, 32(3): 253-263.

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发展一种针对等离子体多尺度问题的"最初的无方程投影积分(p-EFPI)"方法并成功应用于离子声波的模拟.该方法包括时间推进和时间投影两部分.电子速度通过概率分布函数或累积分布函数投影外推,电子位置坐标则通过投影外推的电子电荷密度重新调出;与电子相比,假设粗糙的离子运动可以很好地描述宏观尺度等离子体的演化行为,通过追踪和投影外推每个离子轨道保持全部离子运动学效应.尝试和检验p-EFPI方法在模拟等离子体物理现象中的应用.以离子声波为范例,数值计算表明:在离子相空间出现离子捕获效应前,p-EFPI模拟能够很好地再现PIC的结果,在离子捕获发生后,p-EFPI模拟仍然可以抓住除了离子捕获特征之外的其它主要物理特征.

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辐射不透明度计算中含温有界原子结构理论的不确定度量化

孟续军, 马智博, 王瑞利, 朱希睿

2015, 32(3): 264-276.

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以交换势的泛函表达式为核心,分析产生原子结构理论不确定度的主要原因,阐述辐射不透明度计算中含温有界原子结构理论不确定度量化的具体步骤,给出能级、矩阵元的不确定度量化计算公式,以及判定理论模型优劣的判据.以汞、金、铁元素为例,通过数值计算,根据对比分析,验证该不确定度量化方法的可行性.

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辐射流体力学的分子动理学自适应加密方法(英文)

孙文俊, 范征峰

2015, 32(3): 277-292.

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通过构造新的平衡分布函数和结合分区自适应网格加密方法,对不带扩散项的平衡辐射流体力学方程,构造二阶的分子动理学BGK-AMR格式.一方面在关心的计算区域中局部加密计算网格,提高计算精度的同时大大节省了计算网格数量和计算时间;另一方面,不同于已有的参数强耦合平衡分布函数,新构造的平衡分布函数中各参数不相互依赖,简化了辐射流体力学分子动理学格式的计算.一维和二维的数值算例显示了格式的性能.

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基于概率加权共轭梯度算法的混凝土超声波层析成像

刘建军, 许令周

2015, 32(3): 293-298.

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在混凝土层析成像中,为了提高反演的准确性和计算效率,针对共轭梯度算法提出一种加权算法——概率加权共轭梯度算法.新算法不同于常规的加权算法,权重是加在成像单元上而不是方程上.为取得较好的权重因子和较好的迭代初始值,采用IART算法的权重和迭代初始值的选取方法.模拟算例和混凝土试验均表明这种加权算法的可行性.

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大规模声学边界元法的GPU并行计算

张锐, 文立华, 校金友

2015, 32(3): 299-309.

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提出一种大规模声学边界元法的高效率、高精度GPU并行计算方法.基于Burton-Miller边界积分方程,推导适于GPU的并行计算格式并实现了传统边界元法的GPU加速算法.为提高原型算法的效率,研究GPU数据缓存优化方法.由于GPU的双精度浮点运算能力较低,为了降低数值误差,研究基于单精度浮点运算实现的doublesingle精度算法.数值算例表明,改进的算法实现了最高89.8%的GPU使用效率,且数值精度与直接使用双精度数相当,而计算时间仅为其1/28,显存消耗也仅为其一半.该方法可在普通PC机(8GB内存,NVIDIA Ge Force 660 Ti显卡)上快速完成自由度超过300万的大规模声学边界元分析,计算速度和内存消耗均优于快速边界元法.

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边界元法分析二维线弹性裂纹扩展

葛仁余, 牛忠荣, 程长征, 胡宗军, 薛伟伟

2015, 32(3): 310-320.

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用边界元法研究裂纹扩展过程.首先将尖端区域Williams渐近展开的特征分析法与边界积分方程结合,解出切口尖端附近应力奇异性区域的各应力场渐近展开项系数,获得平面切口/裂纹结构完整的位移和应力场.再基于考虑非奇异应力项贡献的最大周向应力脆性断裂准则,运用边界元法分析边缘含裂纹半圆形弯曲试样在荷载作用下的启裂方向,对裂纹扩展过程给出自动跟踪方法,通过算例证明边界元法模拟裂纹扩展过程的正确性和有效性.

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杆的离散系统的某些混合型振动反问题

王其申, 刘铭徽, 章礼华

2015, 32(3): 321-326.

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研究杆的离散系统的混合型振动反问题,即由给定的部分频谱数据和部分模态数据构造一个杆的离散系统的刚度矩阵和质量矩阵.提出3个此类反问题,给出反问题的解法,讨论反问题的解的存在条件,给出相应的计算实例,并分析这类反问题的潜在价值.

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深层高温高压气井临界产量计算模型

艾爽, 程林松, 刘红君, 张晋, 王涛, 张健

2015, 32(3): 327-333.

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基于热膨胀效应和环空体积变化效应这两种环空带压机理,结合气井生产过程中井筒温度-压力分布计算方法,考虑油层套管和油管的许可压力值,建立一个深层高温高压气井临界产量计算模型.运用迭代法求解模型,编制相关程序.结果表明:环空压力与主要受温度的影响,气井产量越高,井口温度越高,环空压力越大,油套管安全系数越低,因此需要考虑管柱安全性确定临界流量.利用新疆某深层高温高压气井的实际数据进行实例计算,结果可为深层高温高压气井的合理配产提供依据.

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致密油藏液测应力敏感性计算模型

田虓丰, 程林松, 李春兰, 李彩云, 张苗怡, 蒋丽维, 侯涛, 李秋, 汪翰林

2015, 32(3): 334-342.

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综合成藏地质学、岩石力学和渗流力学,建立准确可靠的致密油藏考虑边界层、临界喉道和孔喉分布的液测应力敏感性计算模型.由于大庆油田致密油藏孔喉分布范围比长庆油田更窄,导致大庆油田应力敏感性更强,因此大庆油田产能更低.本文从微观角度定量表征了真实油藏中应力敏感性的作用机理.

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精细分层注水约束的油藏数值模拟

高大鹏, 叶继根, 胡永乐, 王代刚, 陈-鹤, 高玉莹

2015, 32(3): 343-351.

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考虑分层注水的井筒约束方程作为内边界条件,基于黑油模型建立精细分层注水约束的油藏数值模型,形成带有加边七对角稀疏系数矩阵的封闭线性系统,采用分块矩阵乘法与预处理共轭梯度法相结合的方法进行求解.通过实例计算五点井网分层注水与笼统注水的开发效果,评价不同分段和配注模式对开发效果的影响.

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基于状态反馈控制的无线网络拥塞控制流体流模型的Hopf分岔

周云龙, 徐超

2015, 32(3): 352-360.

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针对控制无线网络拥塞控制系统中流体流模型的Hopf分岔的问题,提出一种状态反馈控制器.通过选择通信时延作为分岔参数,验证模型在加入状态反馈控制器后,①增加了分岔参数的临界值,扩大了稳定性区域,使系统的Hopf分岔延迟;②通过选择合适的参数,可以容易地改变分岔周期解的稳定性及其分岔方向.理论分析和数据仿真验证了该方法能够有效地控制系统的Hopf分岔.

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统计自洽场INFERNO模型中电子共振态

马桂存, 齐进, 王敏

2015, 32(3): 361-368.

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对Liberman的统计自洽场INFERNO模型中的电子共振态进行研究,计算金属铀在两个温度密度点处的电子共振态,给出共振能量区间内电子的态密度,波函数,相移因子随能量的变化及位相-振幅形式的波函数中的位相随能量的变化,得到与非相对论情况下完全一致的结果.

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一种研究一维掺杂光子晶体缺陷模的方法

刘启能, 龙涛, 代洪霞

2015, 32(3): 369-373.

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建立一维掺杂光子晶体的谐振腔模型并研究其缺陷模特性,采用相干叠加的方法推导缺陷模的透射率及频率,建立一种研究缺陷模的方法——相干叠加法.将相干叠加法与特征矩阵法和共振理论进行比较,结果表明:相干叠加法具有特征矩阵法和共振理论的优点,并克服了特征矩阵法和共振理论的不足.相干叠加法是一种研究一维掺杂光子晶体缺陷模的更为有效的方法.

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纵向横向晶体场中自旋为1的量子伊辛二聚化链的基态

吴海娜, 公卫江, 易光宇, 魏国柱

2015, 32(3): 374-378.

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研究纵向横向晶体场中自旋为1的量子伊辛自旋二聚化链的基态,发现模型存在一种隐藏的守恒量.采用Jordan-Wigner变换可将其严格映射到自旋为1/2的横场伊辛模型,得到基态能谱的严格解析表达式,给出最小费米激发能隙、最小空穴激发能隙、横向磁矩、横向统计磁化率、最近邻纵向自旋关联函数及基态相图.结果表明:系统的基态强烈依赖于系统的参数,当晶体场二聚化强度变化时系统会呈现-系列量子相变现象.

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