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2015年, 第32卷, 第6期
刊出日期：2015-11-25 上一期    下一期
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基于第一性原理量子输运模拟的并行计算 张若兴, 侯士敏, 丑强 2015, 32(6): 631-638.  摘要 ( )   PDF(3265KB) ( )   为了解决基于第一性原理分析计算大尺度量子输运体系时遇到的耗时长久问题,挖掘密度泛函理论与非平衡格林函数相结合方法(DFT+NEGF方法)在自洽迭代过程中的计算热点,就计算电子密度矩阵时的能量点积分和计算格林函数时的矩阵求逆/乘法运算提出MPI/Open MP并行计算方案.能量点积分采用MPI多进程并行方案,在数据初始化时需要将稀疏矩阵和积分能量点依照轮询调度算法分配给各进程.矩阵求逆/乘法的并行化既可调用ScaLAPACK子程序实现又可调用IntelMKL数学库中的OpenMP多线程加速函数实现.由于不同能量点计算的独立性,能量点积分采用的MPI并行计算获得近乎线性的加速比曲线.由于Open MP多线程并行采用的是基于共享内存的数据交换机制以及线程间切换通信开销小,矩阵求逆/乘法运算的OpenMP并行实现在计算效率上要优于而在程序的可扩展性上要劣于MPI多进程并行实现.

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Burgers-Korteweg-de Vries复合方程的格子Boltzmann方法模拟 段雅丽, 陈先进, 孔令华 2015, 32(6): 639-648.  摘要 ( )   PDF(1536KB) ( )   针对Burgers-Korteweg-de Vries(cBKdV)复合方程提出一种格子Boltzmann模型.通过恰当地处理色散项uxxx并运用Chapman-Enskog展开从格子Boltzmann方程推导出宏观方程,从而得到联系微观量与宏观量的局部平衡分布函数.对不同微分方程进行数值实验,数值解与解析解非常吻合,相比于其它数值结果,该格子Boltzmann模型的数值结果更精确,说明该数值模型的高效性.

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扩散方程的有限方向差分方法 吕桂霞, 孙顺凯 2015, 32(6): 649-661.  摘要 ( )   PDF(3557KB) ( )   研究二维散乱点集上数值求解非线性扩散方程的有限方向差分方法。利用五个邻点信息构造具有最小模板的离散格式,并且离散系数具有显式表达式。另外,利用五点公式获得了间断问题物质界面的离散格式,该格式对界面流的计算具有近似二阶精度。不同计算区域及不同类型的离散点集上的计算结果验证了方法的有效性。

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点火靶高熵内爆的数值模拟 谷建法, 戴振生, 叶文华, 古培俊, 郑无敌 2015, 32(6): 662-668.  摘要 ( )   PDF(2512KB) ( )   使用一维多群输运程序RDMG与二维少群扩散程序LARED-S对点火靶高脚与低脚内爆进行数值模拟.相对于低熵内爆,高脚高熵内爆通过提高预脉冲的辐射温度使得烧蚀面与物质界面的流体稳定性得到明显的改善,能够抑制流体不稳定的增长与热斑混合的发展.同时,高熵设计导致燃料的压缩变差,阻滞时刻燃料的压缩密度与面密度相应降低,中子产额降低.因此,高脚高熵内爆是通过牺牲燃料的高压缩,来换取靶丸内爆流体稳定性能的改善.

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基于格子Boltzmann方法的平板射流大涡模拟 上官燕琴, 王娴, 李跃明 2015, 32(6): 669-676.  摘要 ( )   PDF(3305KB) ( )   应用多GPU技术,将格子Boltzmann方法与大涡模拟相结合(LBM-LES),使用1.12×108网格,对雷诺数Re=4 000,倾斜角α=30°,吹风比M=0.5工况下的平板单孔射流进行了大规模高性能数值模拟研究.合理的定性与定量结果验证了LBM-LES模拟平板射流的有效性与可行性.使用上亿的计算网格捕捉了精细的湍流拟序结构,有利于主流与射流之间的掺混机理研究.此外,使用6个K20M GPU并行计算,模拟了71 680 LBM时间步长,仅耗时15 402秒,计算性能达到521.24MLUPS,即每秒更新5.212 4×108个网格点的数据.

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反应流体的移动网格动理学格式 甄亚欣, 倪国喜 2015, 32(6): 677-684.  摘要 ( )   PDF(1719KB) ( )   在移动网格上构造一种反应流的动理学格式.首先利用BGK模型推导含化学反应的流体力学方程组,并利用其积分形式构造移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法得到网格速度,最后利用时间精确的动理学数值方法构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.一维与二维的数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率的特点.

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水平井体积压裂缝网表征及流动耦合模型 贾品, 程林松, 黄世军, 田虓丰 2015, 32(6): 685-692.  摘要 ( )   PDF(2743KB) ( )   针对岩石脆性系数高且发育天然裂缝的储层,提出表征水平井体积压裂形成裂缝网络的三种基本模式,并将渗流过程划分为油藏流动和缝网内部流动.在此基础上,利用势叠加原理导出油藏流动控制方程,利用有限差分方法建立缝网内部有限导流等式;其次,采用星三角变换法处理人工缝与天然缝的交汇流动;最后,耦合两部分流动矩阵方程得到水平井体积压裂缝网渗流数学模型.该模型表明:当水平井改造段长度一定时,压裂段数与段内分簇数是决定产能的最主要因素,其次是人工裂缝半长和人工缝导流能力,而天然裂缝密度和导流能力对产量影响较小.实例应用表明,实际产油量与模型计算值一致,误差较小.

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粒子群算法在非线性系统应用中的早熟现象及其改进 肖媛, 崔国民, 彭富裕, 周静 2015, 32(6): 693-700.  摘要 ( )   PDF(2426KB) ( )   通过分析粒子群算法早熟现象的机理,研究早熟收敛的本质,并提出一种克服粒子群算法早熟现象的局部"飞跃"策略.应用仿真及系统工程实例表明,该方法能有效地改善粒子群算法在非线性全局优化上的早熟问题,提高了粒子群算法的全局搜索能力.

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瞬变电磁场模拟中的CPML吸收边界条件 姜彦南, 刘文, 王娇, 张文翠 2015, 32(6): 701-708.  摘要 ( )   PDF(2115KB) ( )   提出用于瞬变电磁法(TEM)模拟的时域有限差分(FDTD)算法中的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件.首先,在磁场散度方程显式处理条件下,计算磁场z分量时,构造出一种计算时域卷积项的方法,并详细推导计算磁场z分量的表达式.而后,对均匀半空间模型进行数值计算.结果表明,提出的CPML吸收边界条件在保证计算精度的前提下,实现了瞬变电磁法时域有限差分高效正演计算.

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基于Lempel-Ziv复杂度和经验模态分解的癫痫脑电信号的检测方法 夏德玲, 孟庆芳, 牛贺功, 魏英达, 刘海红 2015, 32(6): 709-714.  摘要 ( )   PDF(2316KB) ( )   癫痫脑电信号是非平稳、非线性的,根据此特性我们提出一个基于Lempel-Ziv复杂度和经验模态分解(EMD)的癫痫脑电信号的检测方法,首先将癫痫脑电信号用EMD分解,再分别计算每阶固有模态函数(IMF)的复杂度,最后将得到的复杂度作为特征进行检测.实验用波恩数据库来评估提出的方法.结果表明,该方法检测准确率可达到95.25%,具有准确率高、适应性强等优点.

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EAST托卡马克杂质输运蒙特卡洛模拟 查学军, 钟德俊, 王福琼, 陈一平, 卢洪伟, 胡立群 2015, 32(6): 715-721.  摘要 ( )   PDF(1856KB) ( )   介绍DIVIMP程序的基本思想和采用的物理模型,研究EAST托卡马克欧姆放电条件下碳杂质的产生与输运.模拟结果与实验测量具有较好的一致性,说明将该程序应用于EAST装置中杂质输运模拟的合理性.并利用DIVIMP程序预测EAST在8MW加热功率条件下钨杂质的输运特性.

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声波在双层非线性介质中传播的二极管现象 郭凤丽, 胡冬生, 徐江 2015, 32(6): 722-728.  摘要 ( )   PDF(2172KB) ( )   假设声波在双层一维非线性系统中传播时线性部分满足波动方程,非线性部分类似于非线性薛定谔方程的非线性部分.对该模型正反两个方向分别入射相同的声波计算透射率发现:一定频率及强度的声波在模型中具有单向透过性,表现出声二极管的行为;随着非线性强度差异的增强,单向导通性显著提高.

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晶闸管的擎住电流与维持电流 谭巍, 李建清 2015, 32(6): 729-734.  摘要 ( )   PDF(1318KB) ( )   晶闸管的擎住电流和维持电流对于晶闸管的工作有重要的影响.利用晶闸管的导通特性,从载流子的角度推导出擎住电流的计算公式;通过对NPN晶体管电流增益的分析,得到维持电流的表达式.将计算结果与Sentaurus TCAD软件仿真结果对比,发现两者符合较好,验证了计算公式的正确性.

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一种二次型忆阻器四阶混沌电路 余世成, 曾以成, 李志军 2015, 32(6): 735-743.  摘要 ( )   PDF(5923KB) ( )   由HP实验室研制的无源忆阻器得到的荷控二次型忆阻器模型,与有源磁控分段线性和三次光滑忆阻器模型相比,更符合实际.利用此模型并基于蔡氏混沌电路演化而来的拓扑对偶结构设计了一种新型忆阻器四阶混沌电路.理论分析、仿真及电路实现表明,该电路具有依赖于忆阻器初始状态的复杂动力学行为,也会产生随时间和系统参数变化的状态转移等非线性动力学现象,在相轨图中出现"涡眼"和"环眼".

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环形势阱中旋转玻色爱因斯坦凝聚体的基态 刘燕, 张素英 2015, 32(6): 744-750.  摘要 ( )   PDF(2998KB) ( )   应用托马斯-费米近似和虚时演化数值方法研究环形势阱中旋转玻色爱因斯坦凝聚体的基态密度分布.当增加其旋转角频率,或者增加环形势阱的宽度及相应的中心高度,凝聚体基态密度分布均从涡旋晶格相转变为巨涡旋相.当旋转角频率为零时,增加环形势阱的宽度及相应的中心高度,凝聚体基态密度分布从一个圆盘变为圆环.解析结果与数值结果相互吻合.

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重力场和强磁场中费米气体的热力学性质 田青松, 门福殿, 陈新龙 2015, 32(6): 751-756.  摘要 ( )   PDF(1767KB) ( )   基于半经典近似,研究重力场和强磁场共存下费米气体的热力学性质,通过理论解析和数值模拟分析强磁场背景下重力场对系统热力学性质的影响.研究表明:与单纯强磁场相比,重力场的引入使能量及化学势都降低.随温度的上升,重力场对化学势的影响逐渐放大;对热容的影响有极大值.重力场使系统的热容随磁场的振荡几乎不变、使化学势的振荡中心下移.