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2014年, 第31卷, 第4期
刊出日期：2014-07-25 上一期    下一期
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综述

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计算电磁学及其在复杂电磁环境数值模拟中的应用和发展趋势 周海京, 刘阳, 李瀚宇, 董烨, 廖成, 董志伟, 莫则尧 2014, 31(4): 379-389.  摘要 ( )   PDF(1859KB) ( )   概述计算电磁学的发展历程及其数值方法,并从学术研究、商业软件以及专用软件三个层次论述国内外研究的最新进展.结合复杂电磁环境的应用介绍复杂电磁环境数值模拟平台的研究现状,最后提出未来发展趋势的几点设想.

研究论文

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SAMR网格上扩散方程有限体格式的逼近性与两层网格算法 舒适, 岳孝强, 周志阳, 徐小文 2014, 31(4): 390-402.  摘要 ( )   PDF(1353KB) ( )   针对结构自适应加密网格(SAMR)上扩散方程的求解,分析几种有限体格式的逼近性,同时设计和分析一种两层网格算法.首先,讨论一种常见的守恒型有限体格式,并给出网格加密区域和细化/粗化插值算子的条件;接着,通过在粗细界面附近引入辅助三角形单元,消除粗细界面处的非协调单元,设计了一种保对称有限体元(SFVE)格式,分析表明,该格式具有更好的逼近性,且对网格加密区域和插值算子的限制更弱;最后,为SFVE格式构造一种两层网格(TL)算法,理论分析和数值实验表明该算法的一致收敛性.

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气体运动论统一算法在跨流域转动非平衡效应模拟中的应用 蒋新宇, 李志辉, 吴俊林 2014, 31(4): 403-411.  摘要 ( )   PDF(1805KB) ( )   从考虑转动松弛变化特性的Rykov模型出发,基于Boltzmann模型方程求解跨流域气体运动论统一算法原理与计算规则,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,研究考虑转动非平衡影响的Boltzmann模型方程数值求解方法.通过对氮气激波结构、二维钝头体和三维尖双锥跨流域绕流的模拟分析,验证该算法的跨流域一致适用性.

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一种气体低温吸附模型与计算 薛社生, 李守先, 刘阳 2014, 31(4): 412-416.  摘要 ( )   PDF(669KB) ( )   研究化学氧碘激光器中工作气体氧的低温吸附.考察气体流过沸石多孔床的压力与速度的关系,建立吸附剂吸收的物质量与气流中物质量关系的吸附平衡方程.由吸附物量较少的特点,得出在确定的压力梯度下速度近似为常数.吸附平衡方程与吸附速率方程,构成低温吸附模型方程,其中,亨利等温线方程作为辅助关系.对模型方程做数值求解,得到气流中单态氧浓度及吸收的单态氧浓度随时间变化的规律,及浓度分布的长时间渐近特征.

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离子输运蒙特卡罗模拟的步长选取 杨鑫, 王冠博, 李润东, 刘汉刚, 王侃 2014, 31(4): 417-423.  摘要 ( )   PDF(1012KB) ( )   介绍带电离子在物质中输运模拟的详细历史法,开发模拟程序ITR(ions transport and reaction),同时实现抽取离子飞行步长的基本方法和脉冲近似法,计算结果与CORTEO及TRIM程序的结果比较符合很好.讨论两种步长选取方法,对脉冲近似法的最大步长进行限制,分析CORTEO程序与TRIM程序计算结果差别的主要原因.ITR同时具有TRIM和CORTEO的优点,采用脉冲近似法减少需要计算的核碰撞次数,通过索引(Index)方法对散射角的计算进行加速,计算效率大幅提高.

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可靠性数值模拟的不确定度量化 马智博, 李海杰, 殷建伟, 黄文斌 2014, 31(4): 424-430.  摘要 ( )   PDF(698KB) ( )   根据可靠性认证对不确定度量化的技术要求,结合复杂工程系统的层级结构和数值模拟从校准、验证与确认到最终具有预测能力的历程,对可靠性数值模拟不确定度量化的要求和方法进行探索,并结合爆轰算例对这些方法进行演示和验证.

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可溶性活性剂驱动的液滴铺展稳定性 李春曦, 姜凯, 叶学民 2014, 31(4): 431-443.  摘要 ( )   PDF(2393KB) ( )   对含可溶性活性剂的液滴在预置液膜上的非均匀铺展过程,基于润滑理论建立基态和扰动态下的液滴厚度、表面活性剂浓度和内部浓度的演化模型,应用非模态理论分析演化过程的稳定性,探讨活性剂溶解特性及典型参数对液滴演化特征的影响.研究表明:扰动波的引入有利于增强液滴演化的稳定性,且稳定程度与扰动波的波数呈正相关性;然而随扰动波数的持续增大,液滴演化的稳定性逐渐下降,直至失稳;相对于非溶性活性剂,可溶性活性剂减缓了液滴的铺展程度,增强了演化过程的稳定性;预置液膜厚度、Marangoni数、毛细力数及吸附系数的增大,均有利于液滴稳定演化,其中Marangoni效应和毛细力的影响较大,预置液膜厚度则主要增强液滴厚度演化的稳定性.

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基于射线理论的各向异性煤层地震响应 李勤, 李庆春, 张林 2014, 31(4): 444-448.  摘要 ( )   PDF(921KB) ( )   以VTI型煤层为研究对象,从介质中的地震波的射线方向、走时计算等多个方面展开讨论,分析VTI型煤层的试射法射线追踪技术,充分利用VC++的面向对象类框架泛型编程的特点和Fortran数值计算方面的优势,通过混合编程实现VTI型煤层中的地震波试射法射线追踪;通过各向同性煤层和VTI型煤层的射线追踪试算对比,论证对VTI型煤层进行各向异性射线追踪的必要性,同时验证本文VTI型煤层射线追踪方法的正确性.最后,通过计算时间成本比较,表明该方法计算速度较快,能满足地震正演模拟的要求.该方法适用于各向异性煤层的多波射线追踪.

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注蒸汽井筒沿程热物性参数及热损失新算法 顾浩, 程林松, 黄世军 2014, 31(4): 449-454.  摘要 ( )   PDF(972KB) ( )   基于干度的定义,对传统蒸汽干度方程进行改进,计算井筒热损失速率时,既按深度分段又按注汽时间分段,并采用Hasan等提出的两相流漂移流动模型计算井筒压力降.结果表明:改进后的模型用新算法的计算结果与现场实测值吻合很好,比传统的Beggs-Brill算法更准确.另外,在相同井深处,随着注汽时间的延长,蒸汽压力、温度和干度几乎不变,但是热损失速率逐渐降低.新算法为准确计算井筒热损失提供了参考.

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裂缝性应力敏感油藏流固耦合的数值模拟 吴军来, 刘月田, 罗婕 2014, 31(4): 455-464.  摘要 ( )   PDF(1803KB) ( )   以裂缝各向异性全张量渗透率动态耦合渗流模型为基础,建立三维三相裂缝各向异性特低渗透油藏流固耦合数学模型,并运用模块化显示耦合迭代求解建立流固耦合渗流数值模拟方法,编制耦合求解程序.研究表明:对于裂缝性油藏,随着油藏开采过程中压力的变化,岩石变形和储层介质的各向异性应变特性使开发过程中多组裂缝的变形程度不同,引起裂缝渗透率的非线性变化,进而使油藏裂缝渗透率张量主值发生旋转,改变液流方向、影响油藏开发效果.

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基于扩散滤波方法的地震数据修复技术 陈可洋, 陈树民, 李来林, 吴清岭, 范兴才, 刘振宽, 王建民 2014, 31(4): 465-470.  摘要 ( )   PDF(2950KB) ( )   将基于偏微分方程的图像修复技术引入到地震资料数字处理领域,提出基于扩散滤波方法的地震数据修复技术.将待修复数据区域附近的未受损数据按照一定的扩散函数规则,通过扩散滤波方法将其扩散至待修复区域,每次迭代计算仅更新待修复区域内的数据,未受损区域内的数据保持不变,根据迭代前后的残差与阈值比较,最终确定迭代终止的条件.地震数据插值处理以及地震数据的局部修复处理2个应用实例表明,采用扩散滤波方法的地震数据修复技术可以修复地震数据,能够有效恢复缺失的地震波场信息,在地震资料数字处理中有一定的应用价值.

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韧性材料的微裂纹扩展与分叉的晶体相场模拟 高英俊, 罗志荣, 邓芊芊, 黄礼琳, 林葵 2014, 31(4): 471-478.  摘要 ( )   PDF(2210KB) ( )   采用晶体相场方法研究韧性单晶材料在双轴拉伸条件下微裂纹扩展与分叉的演化过程,分析应变、温度、初始裂口形状等因素对裂纹扩展和分叉的影响.结果表明:对于简单的单向拉伸,应变需要达到一定的临界值,裂纹扩展才会启动.对于二组相互垂直的双轴拉伸作用,当应变达到临界值后,裂纹扩展过程中会发生分叉现象.温度越高,裂纹扩展越快且分叉越多.裂纹在扩展过程中,体系能量不断降低,当裂纹出现分叉时,体系能量降低得更快.在裂纹扩展过程中,有时是会在裂尖处前方出现微小的空洞,类似在裂纹尖端前方出现位错发射情况,这些微小的空洞逐渐扩大连成裂纹.本文所得结果与相关模拟结果和实验结果符合.

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粒子群及遗传算法在相对论返波管中的应用 王辉辉, 刘大刚, 蒙林, 刘腊群 2014, 31(4): 479-485.  摘要 ( )   PDF(1691KB) ( )   在全三维粒子模拟软件CHIPIC平台上,分别开发了粒子群及基因算法模块.以相对论返波管为例,采用三种不同类型的参数(连续参数、离散参数、混合参数),对粒子群及基因算法进行比较.优化结果表明:粒子群算法的收敛速度更快,在有限的迭代步数内得到的目标结果也更优良,总体表现优于基因算法.

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氧化锌/硫化锌异质纳米线结构和电子性质比较研究 陈红霞, 谢建明 2014, 31(4): 486-494.  摘要 ( )   PDF(2149KB) ( )   用第一性原理方法系统研究氧化锌/硫化锌超晶格纳米线和核壳结构纳米线的结构和电子性质.结构优化后,氧化锌/硫化锌异质结构纳米线和纯氧化锌或硫化锌纳米线结构相似.对于两种异质结构纳米线,能带结构显示他们都是直接带隙半导体.对于氧化锌/硫化锌超晶格纳米线,随着径向厚度的增加,能带变的越来越水平.对于核壳结构纳米线,分波态密度显示它们都是Ⅱ型异质结构.研究有助于理解这类异质结构纳米线以及它们在电子发动机及光伏设备方面的应用.

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基于Foliation条件的离散动力系统二维流形计算 贾蒙 2014, 31(4): 495-504.  摘要 ( )   PDF(1629KB) ( )   研究离散动力系统双曲不动点的二维流形计算,利用不变流形轨道上Jacobian矩阵能够传递导数这一特殊性质,提出一种新的一维流形计算方法,通过预测-校正两个步骤迅速确定流形上新网格点,避免重复计算,并简化精度控制条件.在此基础上,将基于流形面Foliation条件进行推广,推广后的Foliation条件能够控制二维流形上的一维子流形的增长速度,从而实现二维流形在各个方向上的均匀增长.此外,算法可以同时用于二维稳定和不稳定流形的计算.以超混沌三维Hénon映射和具有蝶形吸引子的Lorenz系统为例验证了算法的有效性.