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2013年, 第30卷, 第2期
刊出日期：2013-03-25 上一期    下一期
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串列对转双圆柱的多块LB模拟 陶实, 周力, 宗智 2013, 30(2): 159-168.  摘要 ( )   PDF(3386KB) ( )   结合格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,简称LBM)和多块网格(Multi-Block Grid)技术,数值研究较小雷诺数(Re=100)下均匀来流绕串列对转双圆柱问题,综合分析圆柱中心间距比S/D和圆柱无量纲旋转速度α对流场结构的影响,考察前、后圆柱的涡脱落形态和升阻力特性.结果表明:当间距比为1.2时存在一临界旋转比αc,转速超过这一值后前圆柱产生负Magnus效应;间距比为2时,流场出现类似单旋转圆柱时的第二不稳定模态;当间距比较大(S/D=4、6)时,前、后柱之间存在涡脱落,后柱尾涡中出现2S、2S*、2P、P+S等多种形态.

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基于层流动能湍流模型的数值模拟方法 甘文彪, 周洲 2013, 30(2): 169-179.  摘要 ( )   PDF(2464KB) ( )   从层流动能出发提出数值模拟原则;综合考虑自然、旁路和分离流转捩的因素构建实用的层流动能湍流模型,结合预处理和基本求解技术发展出适于转捩流动的数值模拟方法和程序.针对预处理技术,以Weiss-Smith矩阵为基础,考虑湍流粘性的影响;针对基本离散格式和边界条件,结合模型方程进行对角占优强化等特殊处理.最后通过平板边界层和典型翼型,特别是低雷诺数翼型的数值模拟,验证数值方法的有效性和鲁棒性.算例表明本文的方法能够为求解更复杂的流动提供参考.

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新型排翼式浮升一体化飞艇的布局设计和气动研究 李峰, 叶正寅, 高超 2013, 30(2): 180-186.  摘要 ( )   PDF(1816KB) ( )   以传统的NACA系列翼型为基准,设计一类实用高效的新型排翼式浮升一体化飞艇.通过数值计算,对浮升一体化飞艇的气动问题和布局设计展开系统的研究,综合分析和评估各气动布局形式的浮升特性.研究结果表明:排翼式浮升一体化飞艇不仅具有接近常规飞艇的体积效率,而且利用后翼对前翼下表面气流形成的阻滞和排翼重叠区域之间的气流加速作用,其总体升阻比较单排翼增大50%以上,当速度大于30 m·s-1之后可以使飞艇的自重降低,有效载荷提高;同时,排翼式飞艇的弦向尺寸较小,可有效降低材料的表面张力,为高空飞艇表面柔性材料提供了较宽的选择范围.

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圆柱体出水运动的自由面效应及水冢现象分析 孙士丽, 孙义龙, 胡竞中, 胡健 2013, 30(2): 187-193.  摘要 ( )   PDF(1770KB) ( )   以圆柱体为例,研究自由面附近刚性物体的受力状态,分析垂直运动圆柱体出水时的自由面效应以及水冢现象.建立基于势流理论考虑自由面效应的数学模型,并用边界元方法求解该模型.求解过程中考虑非线性自由面运动学以及动力学边界条件.通过求解控制方程以及边界条件,模拟恒速刚性圆柱体出水时的水冢现象及其穿越水冢过程.通过数值解和实验值的比较验证方法的可靠性.分析结构出水时的压力变化、自由液面变形、圆柱体所受的垂向合外力以及流场速度矢量的变化,并展开讨论.结果表明:考虑自由面效应的非线性方法能够更准确地预报自由面附近刚性运动物体的受力特性.

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对流速度对燃料液滴火焰形态及燃烧的影响 何博, 丰松江, 聂万胜 2013, 30(2): 194-202.  摘要 ( )   PDF(2422KB) ( )   考虑气相非稳态及液滴内部环流,建立运动液滴非稳态蒸发燃烧模型.模型采用动网格方法精确追踪液滴表面位置,采用守恒方程组更新液滴表面边界条件.根据单步全局化学反应机理,仿真研究正庚烷燃料液滴在不同对流速度下的火焰形态及燃烧.结果表明:运动液滴内部环流使液滴内部低温区向环流中心移动.当液滴运动速度大于某临界值后,火焰形态由包覆火焰转变为尾迹火焰.包覆火焰的富燃区范围、高温区范围及燃烧速率明显较尾迹火焰大;包覆火焰的液滴表面温度及表面蒸发流率分布也明显不同于尾迹火焰.

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基于扩散近似法和双通量法耦合的多孔介质内燃烧辐射换热计算方法 李德波, 宋正昶 2013, 30(2): 203-208.  摘要 ( )   PDF(1758KB) ( )   将Rosseland辐射模型和双通量法结合,对瓦斯气体在泡沫陶瓷中预混燃烧辐射换热计算方法进行研究.数值模拟的结果与试验结果吻合比较好,证明提出的辐射换热计算方法是有效的.

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缩比地下化学爆炸气体泄漏规律研究 王铁良, 田宙, 王占江, 曹渊, 张建鑫 2013, 30(2): 209-213.  摘要 ( )   PDF(1237KB) ( )   针对气体通过均匀多孔介质、非均匀多孔介质和贯通裂缝泄漏三种机制,研究地下爆炸缩比实验气体泄漏时间和份额的规律.结果显示,对于相同介质中的缩比化学爆炸实验,气体泄漏时间与药量的三分之二次方成正比,不同药量实验的最终泄漏份额基本一致.实验室缩比化学爆炸实验气体泄漏时间关系的监测结果与理论分析基本一致.

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缺陷关联参数红外检测Levenberg-Marquardt改进识别算法研究 吕事桂, 杨立, 范春利, 孙丰瑞, 王为清 2013, 30(2): 214-220.  摘要 ( )   PDF(881KB) ( )   对Levenberg-Marquardt(LM)算法在缺陷参数估计修正过程中无法确保参数几何关联性的局限性进行改进,并保留原算法快速收敛的特性.以二维试件内部矩形缺陷红外检测为例,采用数值实验方法比较改进前后的LM算法,分析初始假设、红外测温误差对缺陷定量识别结果的影响.数值实验表明:改进后的LM算法参数修正过程中确保了关联性的一致性;不同初始假设对缺陷识别结果的影响不大;受红外测温误差的影响,各缺陷参数之间表现出不同的识别精度.

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微通道板电子输运特性的仿真研究 王洪刚, 钱芸生, 王勇, 石峰, 常本康, 任玲 2013, 30(2): 221-228.  摘要 ( )   PDF(2304KB) ( )   对微通道板(Micro-Channel Plate,MCP)的电子输运特性进行仿真研究.利用数值方法分析微光像增强器电子光学系统,得到电场分布.通过电场分布追踪MCP电子运动轨迹,确定电子在荧光屏像面上的落点分布.据此研究MCP电子输运,分析斜切角、通道直径及两端电压对电子输运、像增强器调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)及分辨率的影响.结果显示,当MCP斜切角为14°、通道直径为5.0μm、两端电压为900 V时,MCP具有良好的电子输运特性,像增强器MTF特性好,分辨率高.

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周期结构声散射系数的无网格数值计算方法 王海涛, 曾向阳 2013, 30(2): 229-236.  摘要 ( )   PDF(1363KB) ( )   将无网格思想引入周期结构声散射系数的数值计算,提出两种无网格数值计算模型:边界无网格模型(Boundary Meshless Model,BMM)及无网格平面波分解模型(Meshless Plane Wave Decomposition Model,MPDM),两种模型均可对任意形状周期结构的声散射系数进行计算,其中BMM适用于尺寸有限大的周期结构,而MPDM适用于尺寸无限大的周期结构.详细介绍两种无网格数值计算模型的推导过程,利用两种模型对正弦型周期结构的散射系数进行计算,并与测量实验结果进行对比分析,结果显示两种模型都具有良好的准确性,但BMM相比于MPDM误差更小.最后对两种模型的特点和适用性进行分析.

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基于ADI-FDTD模拟的岩石核磁共振横向弛豫特征分析 葛新民, 范宜仁, 曾青冬, 王明方, 徐拥军 2013, 30(2): 237-243.  摘要 ( )   PDF(2276KB) ( )   将复杂的骨架-孔隙系统抽象成等效双孔介质,根据Bloch方程构建数学模型,用交替隐式时域有限差分(ADI-FDTD)和联合反演迭代法(SIRT)进行横向宏观磁化矢量的数值模拟与核磁共振T2谱的反演,定量研究扩散系数、弛豫速率、孔隙组分比和孔隙宽度对核磁响应的影响.结果表明:横向宏观磁化矢量衰减速率与扩散系数和微孔隙分量成正比,与孔隙宽度成反比,与表面弛豫速率基本无关.当扩散系数较大、孔隙宽度较小时,核磁共振T2谱难以直观反映孔隙组分及孔隙结构.应用核磁共振评价孔隙结构时需特别注意扩散系数和孔隙尺寸的影响.

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Gruhn-Hess两体势修正模型向列相液晶微滴的Monte Carlo模拟 张艳君, 王超, 叶文江, 张志东 2013, 30(2): 244-250.  摘要 ( )   PDF(370KB) ( )   基于Gruhn-Hess两体势修正模型,用Monte Carlo方法模拟向列相液晶微滴.Gruhn-Hess两体势是空间各向异性的,修正模型的势参数依赖于液晶的弹性常数K11、K22、K33及表面弹性常数K13.假设向列相液晶微滴具有自由表面,在低温下计算分子二阶序参数和切向内禀强度在微滴内不同区域的变化,并与Gruhn-Hess两体势模型一作对比分析.结果表明:附加K13项的修正模型在微滴表面产生内禀锚定,其大小决定了内禀易取向方向及内禀锚定强度的大小,且内禀强度的大小与K33/K11值有关;空间不完整的向列相液晶微滴由内层到外层有序度逐渐降低.

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非对称线棒线ABA三嵌段共聚物自组装的自洽场研究 王彪, 李云飞, 韩向刚 2013, 30(2): 251-255.  摘要 ( )   PDF(717KB) ( )   利用自洽场方法在三维空间模拟计算非对称型线/棒/线ABA三嵌段共聚物的自组装.在线棒嵌段体积比例相等的条件下,改变两端的线嵌段体积比例,观察到层状、螺旋状、条状和柱状结构.相分离相互作用参数随着一侧线嵌段体积比例增加而逐渐增大,并且当一侧线体积分数为0.05时,相行为最为丰富.随着相互作用参数增大,层状、螺旋和层状结构依次出现,这与相应的线/棒二嵌段共聚物是不同的;层状、螺旋、条状和柱状结构的出现与相应的对称线/棒/线三嵌段共聚物的自组装行为也不同.

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ZrV2结构、弹性和热力学性质的第一性原理计算 刘显坤, 郑洲, 兰晓华, 刘聪 2013, 30(2): 256-264.  摘要 ( )   PDF(936KB) ( )   采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究ZrV2的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV2的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV2晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV2热膨胀系数的影响小于压强的影响.

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Effect of Hydrostatic Pressure on Optical Properties of TlBr and TlCl Amrane N, Benkraouda M 2013, 30(2): 265-270.  摘要 ( )   PDF(805KB) ( )   We present first principles calculations of optical properties of binary semiconductor compounds TlBr and TlCl.Dependences of dielectric function,reflectivity and refractive index on hydrostatic pressure are calculated using self-consistent scalar relativistic full potential linear augmented plane wave method(FP-LAPW) within a generalized gradient approximation(GGA).They are compared with previous calculations and experimental measurements.Good agreements are found.

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常压下固态KNO2热力学性质的密度泛函理论研究 彭强, 杨晓西, 丁静, 魏小兰, 陆建峰, 杨建平 2013, 30(2): 271-276.  摘要 ( )   PDF(780KB) ( )   采用密度泛函理论结合准谐德拜模型研究常压下300~725 K间KNO2立方结构的热力学性质,重点分析常压下定压热容、定容热容、熵、德拜温度、体膨胀系数、平衡体积和体弹模量随温度的变化.结果显示,常压下计算的定压热容随温度的变化与实验数据符合较好,而计算的熵与实验数据相差较大.计算得到KNO2的平均体膨胀系数约为1.837 8×10-5K-1,常温下(300 K)KNO2的德拜温度约为667.13K.

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未钝化和H钝化GaN纳米线的电子结构 李恩玲, 郗萌, 崔真, 程旭辉, 徐锐, 马德明, 刘满仓, 王雪文 2013, 30(2): 277-284.  摘要 ( )   PDF(2295KB) ( )   用密度泛函理论研究直径为9.5Å,15.9Å和22.5Å,未钝化和H钝化GaN纳米线的能带和态密度.结果表明:未钝化和H钝化GaN纳米线的能隙都是直接带隙,未钝化GaN纳米线的禁带宽度随着直径的增加减小,但是变化不明显,H钝化GaN纳米线的禁带宽度随着直径增大也是减小的,但是减小的幅度比未钝化的大.未钝化GaN纳米线表面N原子的2p电子主要聚集在价带顶,表面Ga原子的4p电子主要聚集在导带底,这两种电子都具有很强的局域性,而且决定着能隙值;加H钝化可以消除表面原子产生的表面效应.

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Mg-Al-N三元团簇的密度泛函理论研究 李晶, 刘小勇, 廖亮清, 盛勇 2013, 30(2): 285-295.  摘要 ( )   PDF(1991KB) ( )   运用杂化密度泛函方法B3LYP在6-311+G*计算水平上研究MgxAlyN(x,y=1-5)团簇的结构.对MgxAlyN团簇最低能量结构的稳定性和电子特性进行研究.结果表明,MgxAlyN(x+y≤4)团簇的构型主要是平面结构.MgxAlyN团簇的最低能量结构主要是由AlnN或Mgx-1Aly+1N的构型演变而来.MgxAlyN团簇离解成原子或者较小团簇是相对稳定的.和相邻团簇相比,MgAl3N和Mg3Al3N拥有较高的稳定性.随着团簇尺寸的增加,MgxAlyN团簇同时表现出共价键,离子键和金属键的特点.另外,随着团簇尺寸的增加,团簇的垂直电离势和电子亲合能呈现小的震荡,但并没发现整体的变化规律.

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精确简洁解析的原子组态相互作用波函数的计算 马迎, 熊庄, 汪振新 2013, 30(2): 296-302.  摘要 ( )   PDF(350KB) ( )   使用广义Laguerre类型轨道,在组态相互作用框架内,发展并完善了一套精确、简洁、解析的原子(离子)波函数从头计算的Fortran程序,计算原子中电子的结构.通过对指定能态能量求其最小值实现对波函数节点位置和空间范围的优化,从而求出最优波函数.作为例子,计算了5G态下的Ti的能量最小值和优化波函数.

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带电离子“详细历史”蒙特卡罗模拟方法 王冠博, 杨鑫, 刘汉刚, 王侃 2013, 30(2): 303-308.  摘要 ( )   PDF(289KB) ( )   从带电离子与物质相互作用的机理出发,研究"详细历史法"模拟的方法与步骤.开发了自适应步长的详细历史法模拟程序ITR(ions transport and reaction).用程序TRIM和Corteo对其进行校验.模拟结果符合的很好,并且速度上有一定优势.

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增长及非增长无标度网络的成因解析 乔健, 樊莹, 李国迎 2013, 30(2): 309-316.  摘要 ( )   PDF(2290KB) ( )   分析两类无标度网络的形成原因,提出一个无标度网络演化模型并进行一系列数值实验.基于分析和实验得到推论:只要保持足够低的网络密度,通过基于度的偏好连接就可形成长期稳定的无标度网络.规模增长和点边增删既是客观存在,又起到了控制网络密度的作用,足够低的网络密度和基于度的偏好连接是所有无标度网络共同的必要条件.推论可同时解释增长和非增长无标度网络的形成原因.研究结果有助于理解各种真实无标度网络和建立相应的模型.