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2015年, 第32卷, 第5期
刊出日期：2015-09-25 上一期    下一期
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分片光滑物态方程的能量方程非线性迭代解法 杭旭登, 李双贵, 杨容, 袁光伟 2015, 32(5): 505-513.  摘要 ( )   PDF(2807KB) ( )   实际应用中的物态方程由分片光滑曲面拼接而成,拼接处存在间断.隐式求解相应的能量方程时,经常出现迭代收敛慢的情况和非物理解.本文通过构造对应的新的非线性问题,提出一种非线性迭代算法.该算法适用于求解有间断的分片光滑物态方程的非线性能量方程,其中引入一个度量能量变化的参数用于自动判断跳段是否发生,在求解时无需事先知道物态方程间断的位置,且能精确计算物态方程间断带来的能量盈亏,用于评估物态方程间断对能量的影响.典型算例验证了新算法具有稳定的收敛性,并给出符合物理规律的解.

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校准条件下的数值模拟不确定度量化方法 马智博, 殷建伟, 李海杰, 刘全 2015, 32(5): 514-522.  摘要 ( )   PDF(881KB) ( )   当存在众多不确定输入因素时,不确定度的传递分析往往导致对数值模拟不确定度的过高估计.利用校准行为能够消减系统级数值模拟中认知不确定度的客观机制,提出一个综合利用已有系统级试验对比信息和新增建模与模拟传递信息的不确定度量化方法,结合一个虚拟试验的例子对该方法进行展示和验证.

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基于WENO重构的熵稳定格式求解浅水方程 程晓晗, 聂玉峰, 蔡力 2015, 32(5): 523-528.  摘要 ( )   PDF(1567KB) ( )   针对浅水方程,提出一种数值求解格式:空间方向采用满足熵稳定条件的数值通量,并在单元交界面处进行高阶WENO重构,时间上的推进采用强稳定的Runge-Kutta方法.模拟一维和二维经典问题,结果表明,该格式具有分辨率高、基本无振荡性等特点.

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航天器表面环境散射返回流TPMC模拟 靳旭红, 黄飞, 程晓丽, 王强 2015, 32(5): 529-536.  摘要 ( )   PDF(2926KB) ( )   介绍试验粒子Monte Carlo(test particle Monte Carlo,TPMC)方法,并采用该方法对4种航天器表面出气分子形成的环境散射返回流进行数值模拟.其中,圆球出气表面的计算结果与已有的DSMC(direct simulation Monte Carlo)结果一致,验证了方法的正确性.此外,对不同出气和来流条件下圆形平板、凸半球和凹半球3种航天器简化表面出气分子形成的环境散射返回流进行计算,结果表明:出气表面外形是影响返回通量比的一个重要因素;圆形平板和凹半球出气表面的返回通量比远大于凸半球表面的;凹半球表面的出气分子会直接和出气表面碰撞形成直接流污染,且其量级远大于返回流污染.因此,在航天器设计中尽可能使用凸形表面作为敏感的出气表面可以有效降低出气分子污染.

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高超声速平板边界层/圆柱粗糙元非定常干扰 潘宏禄, 关发明, 袁湘江, 卜俊辉 2015, 32(5): 537-544.  摘要 ( )   PDF(4436KB) ( )   以高超声速表面湍流控制为应用背景,平板/粗糙元干扰流动为模型,采用大涡模拟方法研究粗糙元流场干扰作用机理.分析粗糙元外形特征对于流动稳定性影响,给出其引起的流动表面参数的变化规律.结果显示超声速边界层在粗糙元作用下产生强逆压梯度并发生分离,粗糙元高度对高位自由剪切层失稳有明显影响,低粗糙元干扰下游流动稳定性,而高粗糙元剪切层发生流向失稳,形成涡串结构;同时粗糙元干扰导致下游摩阻和热流系数较平板略低,可能应用在进气道降热和减阻中.

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基于VOSET方法模拟并排气泡的上升过程 李隆键, 张磊, 朱文冰, 申宪文 2015, 32(5): 545-552.  摘要 ( )   PDF(2624KB) ( )   采用VOSET方法和耦合表面张力模型的N-S方程,模拟竖直通道内并排气泡对的上升过程,模拟与实验结果吻合较好.重点研究表面张力系数对并排气泡上升轨迹和速度的影响.结果表明,随着表面张力系数的变化,并排气泡对的上升过程出现三种类型:两气泡融合,两气泡反复靠近、远离但未融合,两气泡碰撞反弹后逐渐远离.在未融合的情况下,并排气泡对的上升轨迹关于通道中心线对称,左右两个气泡的上升速度基本一致,水平速度大小相同,方向相反.

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三维双气泡融合的格子Boltzmann模拟 吕雅琪, 聂德明, 林建忠 2015, 32(5): 553-560.  摘要 ( )   PDF(3296KB) ( )   针对基于自由能模型的格子Boltzmann方法,推导D3Q15格子模型对应的平衡态分布函数;采用该模型模拟双气泡的融合过程.结果表明,气泡的融合不仅与它们之间的初始间距有关,还与表面张力有关.表面张力越大,气泡融合的临界距离也越大.此外,研究气泡融合速度与初始间距、表面张力及粘性系数的关系.

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复杂地形下带自由表面水流的分离涡模拟 张景新 2015, 32(5): 561-571.  摘要 ( )   PDF(3862KB) ( )   将分离涡模型(DES),即一种RANS和LES的混合模型,应用于带自由表面的地表水流运动,建立一套数值仿真模型.模型基于有限体积法,水平面内采用非结构计算网格,垂向为结构化网格,对流项离散格式采用二阶TVD格式,并行基于Open MP语言库.算例表明DES模型有助于揭示复杂地形条件下带自由表面水流的大涡拟序结构.

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含水量对PAM/PVA互穿网络水凝胶性能的影响 魏庆华, 汪焰恩, 杨明明, 柴卫红, 张映锋 2015, 32(5): 572-578.  摘要 ( )   PDF(2489KB) ( )   应用分子动力学方法对PAM/PVA互穿网络水凝胶体系进行研究.发现该水凝胶体系的内聚能密度、结合能随着水含量的增加而增加,即体系的稳定性更强.由静态力学性能分析发现随体系含水量的增加,弹性系数、工程模量以及延展性均减小.此外,通过对相关函数的分析,发现H2O分子与其周围原子、官能团之间主要是通过氢键相互作用,形成氢键的强弱关系为Owater >OPVA >OPAM >NPAM,与形成氢键的可能性(难易)关系一致.

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运行时间对油水真空分离的影响 陈彬, 刘阁, 张贤明 2015, 32(5): 579-585.  摘要 ( )   PDF(4258KB) ( )   为获取运行时间对油水分离动态特性的影响,考虑油水汽三相流、水滴蒸发相变等因素,建立滤油机的油水分离流场的数学物理模型及水滴运动蒸发的相变方程;分析运行时间对油水分离过程中油水汽三相体积分数分布以及轴向脱水率的影响,表明不同运行时间油水汽三相流的动态特性,运行时间显著影响油水分离的脱水效率,为研究滤油机的油水分离机理奠定基础.

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二维非均匀多孔介质中不可压两相驱替的有限分析算法 郑晓磊, 刘志峰, 王晓宏, 施安峰 2015, 32(5): 586-594.  摘要 ( )   PDF(4283KB) ( )   为提高油藏数值模拟算法的计算效率,在求解单向稳态渗流的有限分析算法基础上,构建二维非均匀多孔介质中不可压两相渗流的有限分析算法.算法中,网格界面上的平均渗透率不是简单地取为相邻网格渗透率的调和平均值,而是通过奇点邻域解析解积分求得.相比于传统的数值算法,有限分析算法随着网格的加密,能够很快地收敛(仅需将原始网格细分至2×2或3×3),并且其计算精度和收敛性不依赖于介质的非均匀强度,从而计算效率得到提高.

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各向异性油藏水平井多角度人工裂缝线性单元计算方法 方思冬, 程林松, 辛一男, 何聪鸽 2015, 32(5): 595-602.  摘要 ( )   PDF(2739KB) ( )   考虑各向异性油藏渗透率张量的表征,利用Green函数和拉普拉斯变换建立裂缝流动的一维单元,裂缝的流量分布采用节点线性插值,裂缝内的流动处理为线性积分,耦合地层与人工裂缝的流动,建立有限导流裂缝井底压力的求解方法.结果表明:多裂缝压裂水平井存在压裂裂缝线性流、地层线性流、系统径向流3种流动形态,压裂裂缝条数越多,相同的生产时间,无因次井底压降越小;裂缝条数对流动影响明显.随着裂缝条数的增加,压降变化减小;裂缝长度和导流能力有相似的变化.人工裂缝与井筒角度越大,产能越大,当裂缝垂直于井筒时,产量最大;地层最大渗透率方向垂直于人工裂缝时产量最大,平行裂缝时产量最小.当人工裂缝垂直于井筒,并同时垂直于地层最大渗透率方向时,达到最大产量值.

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基于聚类分析的降阶模型在低渗透油藏数值模拟中的应用 张艳玉, 李威威, 陈会娟 2015, 32(5): 603-609.  摘要 ( )   PDF(2166KB) ( )   基于全隐式法求解考虑低渗透油藏流动过程中启动压力梯度影响的二维油水两相流动数学模型;利用本征正交分解法从获取的快照中提取基函数,将原模型投影到基函数展成的低维子空间中构造相应的降阶模型;考虑到依据等时间间隔获取的快照的缺陷,利用CVT-Lloyd算法对快照进行聚类分析.实例计算表明:通过本征正交分解法构造降阶模型能很好地对原模型进行近似;通过基于聚类分析处理快照后,一方面减少数据冗余,生成空间分布更均匀的快照集合从而提高降阶模型的精度,另一方面过少的聚类数可能导致快照信息的缺失,影响最后模型的精度.

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SiCl自由基X2Π和A2Σ+态的光谱性质 刘慧, 邢伟, 施德恒, 孙金锋, 朱遵略 2015, 32(5): 610-616.  摘要 ( )   PDF(649KB) ( )   采用内收缩多参考组态相互作用(ic MRCI)方法结合Dunning等相关一致基,计算Si Cl自由基X2Π和A2Σ+态的势能曲线.讨论参考能和相关能外推对X2Π和A2Σ+态光谱的影响.对势能进行相对论修正及核价修正计算.拟合势能曲线得到X2Π和A2Σ+态的光谱常数.它们与实验结果一致.利用Breit-Pauli算符,计算旋轨耦合效应,得到X2Π1/2和X2Π3/2的势能曲线、并计算它们的光谱常数.求解双原子分子核运动的径向SchrÖdinger方程,获得无转动SiCl自由基2个Λ-S态及X2Π态的耦合分裂态的全部振动态.得到J=0时X2Π态的自旋-轨道耦合常数、较高振动态的惯性转动常数以及X2Π1/2和X2Π3/2的振动能级等分子常数.

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外部驱动电流抑制双撕裂模的发展 杨振, 路兴强, 龚学余 2015, 32(5): 617-622.  摘要 ( )   PDF(2877KB) ( )   在Hall MHD方程组中引入外部驱动电流项,数值模拟外部驱动电流对双撕裂模不稳定性的影响.结果表明,在x点加入反向外部驱动电流对撕裂模的发展有抑制作用,周期性的外部驱动电流对双撕裂模不稳定性的抑制效果较好,能控制磁岛的尺度在相互驱动的临界尺度以下,避免发生双撕裂模非线性磁场重联的爆发,随着驱动电流周期变大抑制效果变坏,在一定限度内随着驱动电流强度增大抑制效果变好,在一定范围内随着驱动电流宽度变小抑制效果变好.

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材料热物性与热源强度辨识的改进遗传算法 颜帆, 卢玫 2015, 32(5): 623-630.  摘要 ( )   PDF(2040KB) ( )   建立二维非线性导热逆问题(IHCP)的数学模型.通过对基本遗传算法逐步改进得到三种不同改进阶段的遗传算法,分别用于反演导热问题中材料的导热系数及其内部热源强度,并比较遗传算法在各改进阶段用于求解导热逆问题时的收敛速度与求解精度,寻求一种使导热逆问题求解效率与计算精度更高的遗传算法改进策略.结果表明:提出的遗传算法改进策略达到了预期目的.