计算物理

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粒子输运方程的确定论计算方法

杭旭盈, 洪振英, 李双贵, 袁光伟

2014, 31(2): 127-154.

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针对实际应用中辐射和中子输运数值模拟,讨论球一维和柱二维几何粒子输运方程确定论计算方法的研究现状,包括离散纵标、球谐函数、迭代加速、并行计算等方法.重点讨论输运计算方法所取得的若干研究进展,包括离散纵标求积组、自适应时间离散格式、本征值迭代求解方法、简化球谐函数方法、修正的子网格隅角平衡方法、灰体综合加速方法、迭代初值选取方法、输运与扩散耦合方法、基于预估校正的并行格式等.简要介绍了相关输运计算程序的研制情况,并分析输运计算方法存在的难点,提出待开展研究的内容.

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求解双曲型守恒律方程的一类自适应多分辨方法

唐玲艳, 宋松和

2014, 31(2): 155-164.

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针对双曲型守恒律方程问题,发展一种有效的自适应多分辨分析方法.通过对嵌套网格上的数值解构造离散多分辨分析,建立小波系数与多层嵌套网格点之间的对应关系.对于小波系数较大的网格点采用高精度WENO格式计算,其余区域则直接采用多项式插值.数值试验表明,该方法在保持原规则网格方法的精度和分辨率的同时,显著地减少计算的CPU时间.

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激光相变烧蚀二维结构网格程序的数值计算

陶应学, 赵强, 陈发良

2014, 31(2): 165-172.

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研究激光相变烧蚀二维结构网格程序,对液-气相变、固液汽三相物质进行整体模拟.激光相变烧蚀二维结构网格程序采用气化相变开始后在迎激光方向局部加密的重分方法,动量守恒方程采用Wilkins三角形回路积分法,能量守恒方程采用基于节点重构的扩散方程有限体积格式.

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管道中CaO颗粒吸收CO₂的格子Boltzmann方法模拟

孟旭辉, 王亮, 郭照立

2014, 31(2): 173-184.

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采用格子Boltzmann方法对多孔CaO颗粒与CO₂之间的气固反应过程进行模拟.主要研究在二维矩形截面管道中雷诺数(Re)和孔隙率对单个CaO颗粒吸收CO₂效率的影响.结果表明:增大Re会相应提高CaO颗粒吸收CO₂气体的效率.同时对于同一Re,CaO颗粒吸收CO₂气体的效率随其孔隙率呈非线性变化,这是由于不同孔隙率颗粒固体量和渗透率存在差别因而影响化学反应的速率.

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中子深度定量分析的相对分析法

王姝驭, 李润东, 唐彬, 窦海峰, 杨鑫, 袁姝, 高产, 冷军

2014, 31(2): 185-190.

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在中子深度分析中,为了定量分析样品中某种元素的含量,采用与标准样品测量范围内的总离子计数进行比对的方法,对相对定量分析技术进行研究.主要应用最小二乘法,根据实验情况,在能量展宽修正与深度分布反演的基础上,进行定量分析的理论公式推导与FORTRAN编程;并且进行了模拟实验数据研究,通过对样品中10B元素进行定量分析,验证相对定量分析方法的可行性.经验证,采用同类标准样品对未知样品的相同元素进行对比测量的定量分析法是可行的.

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裂隙多孔介质双重逾渗模型的算法实现

张旭辉, 郑委, 刘庆杰, 鲁晓兵

2014, 31(2): 191-199.

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简要介绍基于孔隙逾渗和裂隙逾渗叠加的双重逾渗模型,阐述模型的原理、算法及其实现过程.初步研究模型的分形特性,认为分形维数D是能够衡量模型连通性的重要参数.最后探讨模型的蒙特卡洛数值计算方法,兼顾计算精度与计算耗时,提出可操作的计算规模.

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探地雷达数值模拟中广义完全匹配层吸收边界条件的模拟分析

杨天春, 李好, 张辉

2014, 31(2): 200-206.

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探讨探地雷达正演模拟中,应用广义完全匹配层(GPML)吸收边界条件时的模拟效果.利用时域有限差分(FDTD)法将麦克斯韦方程离散化,再采用Mur超吸收边界条件和GPML吸收边界条件吸收向外的电磁波,模拟充水岩溶的雷达图像;同时,采用GPML吸收边界条件模拟多个圆柱体异常模型和倾斜界面异常模型的探地雷达剖面图像.对模拟结果的分析可知,GPML吸收边界条件可有效地吸收向外的电磁波,其吸收效果优于Mur超吸收边界条件,在探地雷达的应用中可推广应用.

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基于图论的空间热网拓扑结构

王晓霞, 赵立华, 邹平华, 高云飞

2014, 31(2): 207-215.

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针对多热源环状热网水力工况分析所涉及的非平面网、及故障工况供回水管网不对称的问题,基于图论提出一种建立空间热网拓扑结构的方法:根据供回水管网基本结构信息,采用面向对象的程序设计方法,定义图并包含相关算法,自动生成关联矩阵和基本回路矩阵;在平面图的基础上,结合热源和热用户信息,采用广度优先搜索生成空间热网的"树",据此构建空间热网的基本关联矩阵和基本回路矩阵.研制了建立多热源环状空间热网拓扑结构的程序,通过哈尔滨开发区热网的模拟,对程序的计算性能进行验证.该方法以图的相关算法为基础,能适应不同型式管网的计算,为复杂热网的水力工况分析和非对称热网的计算提供手段.

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由单个模态构造对称简支梁的抗弯刚度

王其申, 刘铭徽, 章礼华, 何敏

2014, 31(2): 216-222.

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讨论由单个对称或反对称模态及密度分布函数构造梁的刚度分布函数的条件和方法,讨论不同质量分布情形下由单个多项式型的对称或反对称模态所构造出的上述简支梁的刚度分布函数的正值性.给出两个计算实例,并就所涉及的两个问题做了说明.

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新型低电压大变形微驱动器数值求解及仿真

田文超, 陈志强, 山磊

2014, 31(2): 223-229.

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针对横向加载单向变形MEMS静电微驱动器位移过小或驱动电压过大问题,提出一种基于纵横弯曲变形原理的硅基大位移低驱动电压静电驱动器模型;基于拉格朗日-麦克斯韦机电动分析力学,建立轴向横向同时加载的微驱动器动力方程;分析温度应力、静电调节力和轴向挤压力对轴向载荷的影响;基于龙格-库塔算法和有限差分法分别将横向分布载荷和轴向载荷等效转化为横向集中载荷;仿真得到变形同驱动电压、调节电压、轴向挤压量和温差的关系;结果显示当驱动电压仅为16 V时,位移高达10.861μm,远大于传统横向加载单向变形微驱动器的位移量.实验验证了仿真结果.

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UF₆振动激发态分子的振动-振动驰豫

张云光, 宋海洋

2014, 31(2): 230-236.

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将振动态能量碰撞转移较成熟的长程力理论应用到大质量分子体系,采用准经典计算方法建立²³⁵UF₆和²³⁸UF₆同位素分子的碰撞理论;对²³⁵UF₆和²³⁸UF₆同位素间分子间v₃振动能量近共振碰撞转移过程进行研究;得到共振函数随能量差、共振转移概率和共振转移速率随温度的变化,发现它们随温度的增大而减小,说明碰撞分子的平动会降低其共振转移概率和速率,为控制²³⁵UF₆和²³⁸UF₆同位素分子间振动-振动转移引起的选择性损失这个激光光化学法分离铀同位素的关键问题提供理论依据,为实际分离铀同位素提供参考.

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周期磁场调制下的二维电子结构

牟舜禹, 张小伟, 代波

2014, 31(2): 237-242.

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基于有限差分方法,研究周期梯度磁场调制下二维电子气的电子性质.结果表明:由于周期梯度磁场的存在,体系展现出丰富的电子能带结构.其子带的宽度随|k_y|增大而不断变窄,|k_y|越大势阱越深;由于在k_y > 0和k_y < 0两个区域的有效势能不一样,其能带结构在两个区域不一致且在k_y > 0的区域中形成更多束缚态.通过改变磁条周期、磁条到2DEG的距离及磁化强度研究其对电子能带结构的影响.

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自旋阻挫三角链的热容量

董会宁, 李乾春, 李鹏, 郭龙飞, 游波

2014, 31(2): 243-246.

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采用Jordan-Wigner变换和Bogoliubov理论研究三角链的热容量.结果表明,在无外磁场条件下,系统的热容量随阻挫强度的增加双峰结构逐渐消失,这是由于系统二聚化态的反铁磁热力学激发.当阻挫为0.2并加入外场时,系统的热容量曲线的双峰结构消失,这是由于系统长程磁有序的产生.

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C₃₆团簇生长动力学及自由能

高娟, 圣宗强, 孟影, 付志粉

2014, 31(2): 247-252.

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在2300 K的气相条件下,采用经典分子动力学方法对C₃₆团簇的生长过程进行模拟,并计算生长过程中出现的势能最低的20个异构体的相对概率.计算结果表明:团簇系统在100 ns左右达到动态平衡,出现概率最大的异构体是_2d而不是势能最低的D_6h.对于某些势能和自由能均较高的碗状异构体,在生长过程中以一定概率出现,其出现概率甚至高于某些经典构型.

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