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2013年, 第30卷, 第1期
刊出日期：2013-01-25 上一期    下一期
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一种模拟大密度比多相流的混合算法 吴杰, 徐爽, 赵宁 2013, 30(1): 1-10.  摘要 ( )   PDF(2415KB) ( )   在扩散界面法(diffuse interface method,DIM)的基础上提出一种能够处理大密度比(large density ratio)的多相流混合算法.流场信息通过格子波尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)获得;相界面通过直接求解Cahn-Hilliard(C-H)方程确定.为保证在大密度比情况下求解界面方程的稳定性,采用二阶迎风格式来离散方程的对流项.通过对Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定、液体中的气泡上升及液滴撞击干燥壁面的数值模拟,验证了方法的可行性.

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旋转体系中湍流的LBM模拟 聂德明, 林建忠, 黄利忠 2013, 30(1): 11-18.  摘要 ( )   PDF(2337KB) ( )   采用基于多松弛时间因子的格子Boltzmann方法对旋转体系中的湍流进行数值研究,考察Rossby数和Ekman数对湍流的影响,包括湍流能量及其耗散率、速度、涡结构及湍流的耗散尺度即Kolmorogov尺度和积分尺度等.研究表明,系统的旋转延缓了湍流能量的衰减速率,逐步破坏初始涡结构的均匀性,与旋转方向相反的涡逐步被抑制,并最终形成若干与旋转同向的涡柱.结果还表明,系统旋转越快,湍流的耗散尺度越小而积分尺度越大.

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考虑双向耦合效应的格子Boltzmann气固两相湍流模型 王浩明, 赵海波, 郑楚光 2013, 30(1): 19-26.  摘要 ( )   PDF(1384KB) ( )   在流体粒子概率密度函数输运方程中考虑颗粒对流体的反作用力,发展了考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型,引入Smagorinsky亚格子模型模拟高雷诺数气相流场.对经典后台阶气固两相流动进行模拟,气相和颗粒相速度分布与实验结果进行比较,发现考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型结果明显优于单向耦合结果.进一步研究不同惯性颗粒在流场中的弥散特性,小颗粒(St~O(0.1))对流体的跟随性较好,在流场中分布较为均匀;而St~O(1)的颗粒难被流场涡卷吸进入涡内,呈现倾向性弥散现象;大颗粒(St~O(10))由于自身惯性进入流场涡,在流场中分布较为均匀.

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虚拟流体方法的显隐算法 丁岩, 袁礼, 杨莉 2013, 30(1): 27-34.  摘要 ( )   PDF(1360KB) ( )   基于算子分裂,把欧拉方程分裂成对流项和非对流项两部分,建立一种基于原始变量的二阶显隐算法.由通常的虚拟流体方法显式地预估流场,用隐式的压力修正对预估解进行修正.计算结果表明,这样可以有效增大时间步长,提高计算效率.

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任意不可压多介质流的粒子有限元方法模拟 高永峰, 张相炎, 刘宁 2013, 30(1): 35-43.  摘要 ( )   PDF(1905KB) ( )   基于粒子有限元方法(particle finite element method,PFEM),利用细分混合单元的界面识别思想,模拟种类任意多的不可压多介质流问题.对分步算法采用基于有限增量微积分理论的稳定措施,以适应流体特性差异;将混合单元细分为代表单一流体的小单元,进而得到流体间的边界;通过加密边界、控制粒子速度、自动检查穿透来防止粒子穿透外部边界.瑞利-泰勒不稳定性和水柱在空气中倒塌的模拟与已有结果的对比验证了PFEM及界面识别方法的可靠性和准确性.七种流体混合的模拟结果表明PFEM可有效处理任意多种类不相溶流体的混合流动问题.

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真实比热模型中铝粉尘两相爆轰波的数值研究 滕宏辉, 杨旸, 姜宗林 2013, 30(1): 44-52.  摘要 ( )   PDF(463KB) ( )   采用多流体模型对铝粉尘两相爆轰波进行数值模拟,研究颗粒能量计算方法对起爆和传播过程的影响.以前的固相颗粒能量的计算一般采用固定比热方法,本文采用随温度变化的真实比热.由于铝颗粒及其产物氧化铝的比热变化很大,模拟得到的爆轰波的速度、压力和波后参数变化和采用固定比热存在较大的差异.变比热计算得到的爆轰波压力、传播速度和实验结果更加接近,而固定比热的计算方法会对这些参数造成高估.对爆轰波的形成进行研究,发现起爆距离主要受起爆能量影响,但是相对于固定比热模型,采用变比热模型得到的起爆距离较短.

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转捩边界层中的上喷下扫运动 陈林, 袁湘江 2013, 30(1): 53-60.  摘要 ( )   PDF(2339KB) ( )   采用高精度直接数值模拟方法,研究平板可压缩流边界层转捩后期过程中的上喷和下扫运动.模拟结果清楚地显示了边界层转捩过程中的上喷下扫运动的复杂现象,展示与典型涡系及尖峰结构的紧密联系.详细剖析多层次的上喷下扫运动的形成机制,数值结果证实了实验的新发现,并进行相应的机理分析.

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高速列车地面效应数值模拟研究 孙振旭, 郭迪龙, 姚远, 杨国伟 2013, 30(1): 61-69.  摘要 ( )   PDF(2948KB) ( )   采用定常RANS方法对高速列车的地面效应进行分析,研究地面效应影响下高速列车气动力的变化规律.研究地面效应对不同侧偏角下高速列车气动力的影响,发现地面效应对073176;侧偏角下的气动力影响最大,并随着侧偏角的增大地面效应的影响逐渐变小;研究当列车与地面相对高度发生变化时高速列车气动力的变化规律,数值模拟结果揭示了高速列车气动升力存在的升力翻转效应,并对不同高度下列车底面的压力脉冲变化规律进行分析.

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微结构超疏水表面减阻特性数值研究 宋保维, 郭云鹤, 胡海豹, 宋东 2013, 30(1): 70-74.  摘要 ( )   PDF(732KB) ( )   通过湍流状态下超疏水表面的数值模拟,研究超疏水表面湍流流动的速度和剪应力分布,分析其与减阻的内在关系,初步总结出微观结构与减阻率之间的基本规律.数值模拟采用非定常雷诺平均模型,气液两相流则采用VOF模型.结果表明:超疏水表面存在滑移流动和周期分布的剪应力,其不仅可以实现减阻也有可能导致增阻;微结构尺寸对减阻率有显著影响,为了尽可能增大减阻率,矩形微结构的深宽比应大于3:2,且凹槽间距应尽可能小,凹槽宽度应小于200微米.

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平板电解槽内电解质湍流运动和传质的直接数值模拟 周晓兰, 刘财喜, 董宇红 2013, 30(1): 75-81.  摘要 ( )   PDF(2303KB) ( )   应用流体动力学、传质学和电化学理论,建立三维电解槽二元电解质溶液湍流运动的物理和数学模型,针对Butler-Volmer定律下极限电流和恒电流两种情况,通过直接数值模拟研究电解质溶液传质和运动特性,分析不同Schmidt数对电解质溶液平均浓度和脉动浓度的影响,考察湍流的脉动量控制电沉积的过程规律.对瞬时脉动浓度云图的分析可知,在高Schmidt数下脉动浓度拟序结构间距密集,且集中在壁面附近,表明高Schmidt数下传质过程主要由近电极处薄层内的流动行为所主导.

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热子动力学模拟方法 胡帼杰, 曹炳阳 2013, 30(1): 82-88.  摘要 ( )   PDF(1828KB) ( )   提出热子动力学模拟方法,以理想气体中的热质粒子即热子为模拟对象,建立热子间的碰撞模型,统计可获得热子气系统的热力学性质,实现对热质的直接模拟.基于该方法,对氩热子气的平衡态系统和非平衡态系统进行模拟计算,模拟计算的热子气的状态方程同理论表达式一致,准确得到了氩气热导率在微纳尺度下的变化规律,验证了热子动力学模拟方法的可行性.

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模拟颗粒凝并过程的快速Monte Carlo方法 徐祖伟, 赵海波, 刘昕, 郑楚光 2013, 30(1): 89-97.  摘要 ( )   PDF(553KB) ( )   对常规异权值Monte Carlo(MC)方法进行改进,基于强核函数思想,通过颗粒群单重遍历即可求得强核函数最大值,采用接受-拒绝法随机搜寻凝并对,并利用搜寻过程中拒绝和接受的所有凝并对的信息来估计凝并事件的等待时间(时间步长),从而避免颗粒群的双重遍历,以提高MC的效率.对典型工况的模拟结果显示该快速方法计算代价仅为O(Ns),能够显著提高计算效率,同时保持足够的计算精度,较好地协调计算代价与计算精度之间的矛盾.

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应用随机模型方法预测汽车风噪声 陈荣钱, 伍贻兆, 夏健 2013, 30(1): 98-104.  摘要 ( )   PDF(1798KB) ( )   采用随机模型方法,对简化汽车头部外形进行风噪声数值模拟.将计算区域分为声源区域和传播区域,在声源区域采用随机模型构造湍流脉动速度场,传播区域通过求解带源项的线化欧拉方程实现声波向外传播得到声场解.同直接模拟方法相比,该方法具有计算量小、计算所需内存少等优点.数值模拟结果与实验数据吻合较好,验证了该方法预测汽车风噪声的可行性,为研究实际汽车外形的风噪声问题打下基础.

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浅海相干声场不确定性研究 程广利, 张明敏, 胡金华 2013, 30(1): 105-110.  摘要 ( )   PDF(1753KB) ( )   提出一种采用随机响应面法求解浅海中含不确定参数波动方程的方法.将海洋环境不确定参数表示为标准随机变量,利用Hermite多项展开式表示相干声场的随机响应,用概率配点法求解随机多项式系数后,获得相干声场的近似表达式.通过与Monte Carlo法、声场位移法比较,表明本文方法计算精度和效率较高.

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多群辐射扩散方程组的分裂迭代算法收敛分析 杭旭登, 李敬宏, 袁光伟 2013, 30(1): 111-119.  摘要 ( )   PDF(1860KB) ( )   分析了多群辐射扩散方程组的分裂迭代算法的收敛速度,证明其收敛特性,给出迭代矩阵谱半径的解析公式.对谱半径进行数值计算与分析,揭示算法的收敛速度与辐射系数之间的依赖关系,数值算例验证了理论结果,给出了该算法的适用条件.

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多维梯度折射率介质内辐射传递的扩散近似 刘立君, 赵军明 2013, 30(1): 120-126.  摘要 ( )   PDF(361KB) ( )   推导多维梯度折射率介质内稳态辐射传递的扩散近似方程.使用有限元法对扩散近似进行离散和求解,利用两个二维半透明介质的稳态辐射传递问题验证该扩散近似的精度及适用性.算例考虑介质为均匀折射率及梯度折射率两种情况.利用扩散近似分别求解辐射平衡时的边界热流、介质内温度场分布,并与辐射传递方程的求解结果进行对比分析.结果表明:介质折射率变化、散射特性、光学厚度及散射反照率均直接影响扩散近似的精度;在光学厚及强散射条件下,该扩散近似可以作为一种快速算法应用于梯度折射率介质稳态辐射传递的求解.

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应用Kalman filter建立时间投影室的径迹重建算法 李波, 高原宁, 杨振伟, 李玉兰 2013, 30(1): 127-133.  摘要 ( )   PDF(1338KB) ( )   建立直线径迹模型,详细验证将其用于Kalman filter小型时间投影室径迹重建算法的正确性.结果表明径迹参数在一定的击中点下能够收敛到真实值.实际的径迹重建程序在MarlinTPC框架下实现.通过合理地选择径迹重建参数,程序能够有效地对噪声进行甄别并重建出径迹.本算法对大型时间投影室的径迹重建有借鉴意义.

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分形分层粗糙面电磁波透射特性的混合算法 田炜, 任新成, 郭立新 2013, 30(1): 134-139.  摘要 ( )   PDF(1765KB) ( )   运用基于矩量法(method of moment,MoM)结合基尔霍夫近似(Kirchhoff approximation,KA)的混合算法研究一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面的电磁波透射问题.在混合算法中将上层粗糙面和下层粗糙面分别划分到MoM区域和KA区域,数值计算得到透射系数随透射波的散射角的变化,讨论粗糙面分维数、高度起伏均方根、底层介质介电常数、中间层介质介电常数和厚度、入射波频率对透射系数的影响,结果表明上层粗糙面参数对透射系数有显著影响,而下层粗糙面参数对透射系数影响较小.

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基于JASMIN三维势场快速多极子算法的并行实现 左风丽, 刘旭, 张宝印, 胡晓燕 2013, 30(1): 140-147.  摘要 ( )   PDF(953KB) ( )   在JASMIN上,基于进程/线程两级并行实现策略,研制三维Laplace核函数FMM(fast multipole method)的解法器模块"JASMIN-3DLapFMM".该解法器已成功应用于三维静电场远场势的并行计算.固定单机问题规模,在上万个处理器核上运行百亿粒子的大规模问题,获得进程级几乎线性的并行可扩展性.固定总的问题规模和1024个进程,4个线程时,获得大约3倍的加速.

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硫化锌纳米管稳定性、电子性质和磁性质的比较研究 陈红霞, 刘成林 2013, 30(1): 148-158.  摘要 ( )   PDF(3389KB) ( )   用第一性原理方法系统地研究硫化锌纳米管的稳定性、电子性质和掺杂磁性质.比较三种纳米管的稳定性.研究表明,六边形截面的双壁管的稳定性最高,相同截面的单壁管稳定性次之,而圆截面的之字形和扶手椅纳米管稳定性最低.电子能带结构计算表明它们都是直接带隙半导体.纳米管表面氢吸附后,六边形截面的单壁管转变为间接带隙半导体.研究了磁性原子掺杂六边形截面管的磁性质.发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩.这些单掺杂纳米管在可调磁的新材料方面有潜在的应用价值.