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2014年, 第31卷, 第3期
刊出日期：2014-05-25 上一期    下一期
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综述

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二维硼碳基纳米结构上的吸附及其性质 林现庆, 陈曦, 倪军 2014, 31(3): 253-270.  摘要 ( )   PDF(8414KB) ( )   综述金属原子与非金属原子和分子在石墨烯、BC3平面等二维硼碳基纳米结构上的吸附所表现出的各种物理性质及可能的应用.纯净的石墨烯为零带隙的半金属、无磁且自旋轨道耦合效应非常弱,BC3平面为间接带隙半导体,但金属原子与非金属原子和分子的吸附可能使石墨烯体系在Dirac点处打开带隙、具有强自旋轨道耦合效应,可能使石墨烯体系与二维BC3体系具有磁有序、超导电性及应用在氢存储上.另外石墨烯表现出非常好的分子探测性能.

研究论文

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多介质流模拟的Runge-Kutta控制体积间断有限元方法 赵国忠, 蔚喜军, 李珍珍 2014, 31(3): 271-284.  摘要 ( )   PDF(4570KB) ( )   构造可用于多介质流数值模拟的Runge-Kutta控制体积(RKCV)间断有限元方法.对于多介质流模拟,使用线性和非线性的Riemann问题解法器计算界面处的数值流通量.该方法是一种高精度的数值方法且可以保证流体的局部守恒.数值结果表明,即使是利用线性Riemann问题解法器的计算格式也可获得较好的数值结果.与Runge-kutta间断Galerkin方法的比较展示了本文构造算法的优势.

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Navier-Stokes方程的最小二乘等几何方法 陈德祥, 徐自力, 刘石, 冯永新 2014, 31(3): 285-291.  摘要 ( )   PDF(2763KB) ( )   基于Hermite多项式的C1型单元构造复杂,限制了最小二乘有限元法的应用.引入高阶光滑的非均匀有理B样条作为基函数简化C1型单元构造,提出求解黏性不可压流动Navier-Stokes方程的最小二乘等几何方法.用Newton法或Picard法对Navier-Stokes方程线性化,用线性化偏微分方程的余量定义最小二乘泛函,导出最小二乘变分方程,用NURBS构造高阶光滑的有限维空间来近似速度场和压力场.计算表明:本文方法计算的二维顶盖驱动流数值解能准确描述流动状况,计算的二维通道内圆柱绕流全局质量损失由最小二乘有限元法的6%降为0.018%,该方法可用于Navier-Stokes方程的求解,并且具有较好的质量守恒性.

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多组份流动质量分数保极值原理算法 唐维军, 蒋浪, 程军波 2014, 31(3): 292-306.  摘要 ( )   PDF(5430KB) ( )   对基于质量分数的Mie-Gruneisen状态方程多流体组份模型提出了新的数值方法.该模型保持混合流体的质量、动量、和能量守恒,保持各组份分质量守恒,在多流体组份界面处保持压力和速度一致.该模型是拟守恒型方程系统.对该模型系统的离散采用波传播算法.与直接对模型中所有守恒方程采用相同算法不同的是,在处理分介质质量守恒方程时,对波传播算法进行了修正,使之满足质量分数保极值原理.而不作修改的算法则不能保证质量分数在[0,1]范围.数值实验验证了该方法有效.

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低阶格式在大涡模拟计算中的适用性 刘同新, 马宝峰 2014, 31(3): 307-313.  摘要 ( )   PDF(2222KB) ( )   采用三维Taylor-Green涡作为研究对象,利用工程中常用的低阶数值格式,研究格式本身的数值误差对大涡模拟计算的影响.结果表明:三种数值格式的数值耗散行为都与亚格子模型行为类似,即在小雷诺数下,流场比较光滑时,耗散很小,当雷诺数增加,流动转捩为湍流,流场梯度增大,耗散显著增大.对于MUSCL格式和二阶有界中心格式,在高雷诺数下,亚格子尺度模型没有明显改善计算结果,但也没有使计算结果恶化.中心格式相比其它两种格式,数值耗散最小,但是在高雷诺数湍流情况下,中心格式的数值耗散仍然主导了能量的耗散,再添加亚格子模型,计算结果反而变得稍差.对于工程中的低阶格式而言,采用中心格式计算大涡模拟是比较好的选择,而且在计算不存在稳定性问题时,采用不添加亚格子模型的隐式大涡模拟效果更好.

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凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动特性 李春曦, 陈朋强, 叶学民 2014, 31(3): 314-322.  摘要 ( )   PDF(3077KB) ( )   针对凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动过程,采用润滑理论建立液膜厚度和浓度演化模型,通过数值模拟得到液膜的流动特性及相关参数的影响规律.研究表明:含不溶性活性剂液膜在凹槽基底上流动时,重力和活性剂浓度梯度引起的Marangoni力对液膜的流动起促进作用,表面活性剂通过引起表层液体流动进而牵引内部液体运动,但其作用力相对重力较弱,重力起主导作用;与基底尺寸有关的粘性力则起阻碍作用;提高邦德数G和减小毛细力数C具有减弱液膜变形的作用;增大凹槽高度或减小凹槽斜度,均使Marangoni力增加,促使液膜变形加大.

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多车种LWR交通流模型的半离散中心迎风格式 胡彦梅, 封建湖, 陈建忠 2014, 31(3): 323-330.  摘要 ( )   PDF(3024KB) ( )   对多车种LWR交通流模型,给出一种半离散中心迎风格式,该格式以五阶WENO-Z重构和半离散中心迎风数值通量为基础.WENO-Z重构方法的引入提高了格式的精度,并保证格式具有基本无振荡的性质.时间的离散采用保持强稳定性的Runge-Kutta方法.通过数值算例验证了格式的有效性.

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沉降分布孔隙率多孔介质模型及数值研究 杨伟, 薛思瀚, 刘秦见, 张树光 2014, 31(3): 331-334.  摘要 ( )   PDF(1031KB) ( )   研究沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热,根据"O"形圈理论和现场测定确定孔隙率系数,建立坐标方向孔隙率分布函数;考虑流体密度变化,并引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型,能量方程采用界面连续条件,建立沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热求解模型.采用差分法对模型进行离散化,应用高斯-赛德尔方法迭代求解.数值分析表明:沉降分布孔隙率条件下多孔介质内流体流动速度在壁面附近较大,中心部位较小,壁面附近孔隙率的增大使得低流速区域减小,较高流速区域增大;当孔隙率小值时,温度按线性减小;当孔隙率大值时,温度在高低温壁面附近迅速减小,在中部减小较缓,热量按导热和对流共同传递;孔隙率增大能使平均怒谢尔数增大,对流换热作用增强.

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新型快速多极杂交边界点法在复合材料热传导中的应用 苗雨, 孙恬粲, 郑俊杰 2014, 31(3): 335-342.  摘要 ( )   PDF(2498KB) ( )   将杂交边界点法应用于复合材料的热传导模拟,推导一种求解复合材料的方程,该方程减少计算自由度,效率更高.将新型快速多极算法与杂交边界点法结合进行大规模计算,数值算例中对包含大量粒子的复合材料进行模拟,结果表明快速多极杂交边界点法可行,具有一定的应用前景.

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全球变暖背景下温室效应的光谱能量分布分析 高凤玲, 崔国民, 陶乐仁, 华泽钊, 黄晓璜 2014, 31(3): 343-350.  摘要 ( )   PDF(1188KB) ( )   利用一维辐射传递方程及LBLRTM逐线积分模式建立计算模型,对工业革命前与目前大气构成情况下温室效应的能量分布及其光谱吸收机理进行分析,在保持温室气体浓度为当前水平的基础上,研究温室效应能量分布与地表温度之间的相互耦合机理.结果表明:工业革命前地球的温暖环境主要来自于大气温室气体的(100~370)cm-1、(640~710)cm-1以及(1370~2000)cm-1三个强吸收带对于地球长波辐射的吸收,而地球当前的变暖则源自于大气的(370~640)cm-1和(710~1370)cm-1两个弱吸收带的作用,其对工业革命以来所额外增加的温室效应贡献分别达到了25%和55%;地表温度升高,温室效应在全波段范围内也会随之增强,但不同谱带处的温室效应贡献以地球平均温度所对应的辐射峰值波数为界线,峰值波数右侧的温室效应贡献将会增加,在其左侧的贡献比例则会减小.

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非线性电容RLC串联电路的主共振研究 李高峰 2014, 31(3): 351-356.  摘要 ( )   PDF(2085KB) ( )   研究非线性电容RLC串联电路,应用多尺度法,得到非线性振动系统主共振的一次近似解并进行数值计算,分析电阻、电感、电容和电动势对主共振幅频响应的影响.结果表明:RLC串联电路的主共振响应有跳跃和滞后现象;随着电动势的增加,主共振的振幅和共振区增大;随着电阻的增大,主共振的振幅和共振区减小.

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SeOx(x=1,2)的从头算势能曲线和光谱常数 韩晓琴 2014, 31(3): 357-362.  摘要 ( )   PDF(1629KB) ( )   采用从头算的多种方法和基组优化计算SeOx(x=1,2)自由基的基态结构、谐振频率及离解能,优选出QCISD(T)/6-311+G(2df)、B3LYP/6-311G(3d2f)方法分别对SeO、SeO2自由基进行计算,计算结果与实验结果吻合很好.对SeO自由基拟合出Murrell-Sorbie势能函数参数,计算出SeO自由基的光谱常数和力常数.计算出SeO2自由基力常数,导出SeO2自由基的多体展式势能函数,发现SeO2自由基对称伸缩振动势能图中在对称的O+SeO→SeO2反应通道上有一鞍点,其活化能约为48.24 kJ·mol-1,O原子需要越过0.5 eV的能垒才能生成SeO2的稳定结构.

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一种处理Cole-Cole色散媒质的FDTD改进方案 刘广东, 张开银, 范士民 2014, 31(3): 363-371.  摘要 ( )   PDF(2000KB) ( )   对柯尔-柯尔(Cole-Cole)色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案尝试给出改进:(1)保留了Cole-Cole经验公式中的静态电导率项;(2)扩展到三维情形;(3)人体乳房组织的模型参数源于实验测量.数值算例结果初步证实改进方案的可行性和有效性.改进方案适用于模拟更一般柯尔-柯尔色散媒质中的电波传播.

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Co掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质 谢建明, 陈红霞 2014, 31(3): 372-378.  摘要 ( )   PDF(3720KB) ( )   采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Co原子单掺杂和双掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质.考虑三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.首先比较各种掺杂团簇的稳定性.结果表明,不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂的(ZnO)12团簇进行磁性计算.发现团簇磁矩主要来自Co-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和O原子也产生少量自旋.Co原子之间的磁性耦合由直接的Co-Co反铁磁耦合和Co和O原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两种相互作用的竞争决定.研究发现外双掺杂团簇存在铁磁耦合,在纳米量子器件有潜在的应用价值.