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2013年, 第30卷, 第4期
刊出日期：2013-07-25 上一期    下一期
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改进的节块展开方法求解圆柱几何对流扩散方程 邓志红, 孙玉良, 李富, Rizwan-uddin 2013, 30(4): 475-482.  摘要 ( )   PDF(1813KB) ( )   为高效求解球床高温气冷堆物理-热工耦合问题,发展改进节块展开法求解圆柱几何下的对流扩散方程.针对圆柱几何和对流扩散方程的特殊性,采用三阶多项式和指数函数作为r向横向积分方程的展开函数,在节块展开法的框架下高效求解对流扩散方程.数值验证表明,改进的节块展开方法具有固有的迎风特性,在使用粗网节块时依然能保持稳定性和较高的计算精度.

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预处理JFNK方法求解非平衡辐射扩散方程组 冯涛, 蔚喜军, 安恒斌, 张荣培 2013, 30(4): 483-490.  摘要 ( )   PDF(1774KB) ( )   分别采用四种半隐式离散方法构造预处理.针对一维辐射扩散方程组,采用预处理的Jacobian-free Newton-Krylov(PJFNK)求解.数值结果表明预处理方法能够很好地改进JFNK方法的收敛行为.

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时间分数阶亚扩散方程的高阶差分方法 曾凡海, 李常品 2013, 30(4): 491-500.  摘要 ( )   PDF(438KB) ( )   提出两差分格式求解时间分数阶亚扩散方程.两个格式都是绝对稳定的,收敛阶均为O(τq+h2),其中q(q=2-β或2)与方程解的光滑性有关,β(0 < β < 1)是分数阶导数的阶、τ和h分别是时间和空间方向步长.数值实验验证了理论结果的正确性,并与其他方法进行比较,显示了本文方法的有效性和精确性.

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一维守恒的Lagrangian ADER格式 程军波, Eleuterio F. Toro 2013, 30(4): 501-508.  摘要 ( )   PDF(1292KB) ( )   基于欧拉框架下ADER格式,构造一维守恒只有一个时间步的、高精度中心型拉格朗日ADER(LADER)格式.构造r阶LADER格式包括:从欧拉方程出发推导拉格朗日框架下积分形式的方程、采用WENO方法高精度重构节点处守恒量和从1阶到r-1阶的空间导数、求拉氏框架下这些变量的Godunov值,并计算1阶到r-1阶的时间全导数,最后高精度离散积分形式的流通量函数.对光滑流场的模拟表明,LADER格式达到设计的精度;对含强间断的流场模拟表明,数值解在间断附近基本无振荡.

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基于WENO重构的高阶移动网格动理学格式 徐喜华, 倪国喜 2013, 30(4): 509-514.  摘要 ( )   PDF(1229KB) ( )   提出一种基于WENO重构的高阶(至少三阶)移动网格动理学格式.利用流体力学方程的积分形式得到移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度,利用WENO重构得到高阶插值多项式,最后使用时间方向上精确的动理学数值方法构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率的特点.

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自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定性判别准则 郝建立, 陈文振, 杨磊, 王少明 2013, 30(4): 515-519.  摘要 ( )   PDF(723KB) ( )   针对自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定的特点,利用无量纲分析方法建立管内流体控制方程.采用小扰动分析方法,得到倒U型管内流动不稳定的判别准则.通过对某型蒸汽发生器进行计算分析,获得判别准则随流体进口温度和弯管半径变化规律.计算结果表明:随着流体进口温度的升高,特征雷诺数增加,但是不同流体进口温度条件下特征雷诺数随弯管半径的变化规律不同.相对于流体进口温度,弯管半径对特征雷诺数的影响较小.所得结论为蒸汽发生器倒U型管内倒流管空间分布及倒流流量计算提供理论依据.

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两相方腔流的格子Boltzmann模拟 洪宁, 李体云, 李秋香, 施保昌 2013, 30(4): 520-526.  摘要 ( )   PDF(2258KB) ( )   利用基于Shan-Chen多相模型的格子Boltzmann方法对方腔内上板拖动的两相流动问题开展较为系统的数值模拟,详细研究雷诺数(Re),毛细数(Ca)和壁面润湿性对流动以及混合特性的影响.结果表明:Re数、Ca数越大,方腔内两相流体的混合界面长度越大,混合效果越好.另外,壁面憎水程度越高,混合界面长度增加越快,然而对于强亲水壁面,混合界面长度最终趋于一常数.

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Angiostatin抑制转移性肿瘤血液灌注和间质液输运的数值模拟 赵改平, 方新果, 陈二云, 俞晓立 2013, 30(4): 527-533.  摘要 ( )   PDF(1291KB) ( )   数值研究抗血管生成因子Angiostatin对转移性肿瘤微循环内血液灌注和间质液输运的抑制效应.肿瘤微血管网生成数学模型包括angiostatin的抑制效应、促血管生成因子的趋化效应和内皮细胞自身的扩散效应,血液灌注、间质液输运和跨壁流体交换分别采用Poiseuille、Darcy和Starling定律来描述.结果表明:angiostatin能抑制转移性肿瘤内外微血管网的生长速率、毛细血管芽的分叉、融合与增殖;进一步angiostatin可改善转移性肿瘤微环境内血液灌注和间质液输运的特性,从而增加微血管内外流体对流和物质交换的能力,降低肿瘤内药物输运困难,结果与实验相符,可为临床抗血管生成治疗肿瘤提供有益信息.

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二维变几何域下的表面热流反演 邵元培, 何开锋, 周宇, 钱炜祺 2013, 30(4): 534-540.  摘要 ( )   PDF(2269KB) ( )   采用共轭梯度法,给出二维变几何域下的热流反演算法,并对算法的有效性和稳定性进行验证.结果显示:测点数目对反演结果有较大影响,测点数目的选取和热流的空间变化剧烈程度有关;反演初值的选取对反演结果,尤其是末时段,会有较大影响,应尽可能选择传热过程末时刻热流作为反演初值.

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基于修正Linde模型的复材层板的损伤模拟 赵士洋, 薛璞, 朱杰 2013, 30(4): 541-546.  摘要 ( )   PDF(776KB) ( )   基于连续损伤力学方法,建立含初始损伤的三维复合材料层合板的有限元模型.采用Linde等提出的应变失效准则,并引入参数对损伤函数进行修正,模拟层合板的纤维和基体的失效行为.参数的改变可以描述损伤变量随应变的变化程度.数值模拟表明,计算结果随着参数的变化幅度较大,在试验值的±15%范围内变动.本文引入的参数一方面可以拓宽Linde材料损伤判据的适用范围,另一方面在适用范围内可以达到更为精确的数值模拟结果,为后续的结构分析打下基础.

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中厚板弯曲问题的Kriging插值无网格法 陈莘莘, 李庆华, 欧蔓丽 2013, 30(4): 547-553.  摘要 ( )   PDF(766KB) ( )   基于Reissner-Mindlin板弯曲理论,将Kriging插值无网格法应用于中厚板弯曲问题,推导相应的离散方程.该方法可以只依赖于一组离散的节点建立试函数,有效地避免了复杂的网格划分和网格畸变的影响.相对于无网格法中常用的移动最小二乘近似而言,滑动Kriging插值法的形函数满足Kronecker delta函数性质,可以直接施加本质边界条件.算例分析表明,用Kriging插值无网格法分析中厚板弯曲问题,具有效率高,精度高和易于实现等优点.

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基于半空间FDTD的近远场外推方法: TE情形 姜彦南, 杨利霞, 于新华 2013, 30(4): 554-558.  摘要 ( )   PDF(1200KB) ( )   研究基于半空间时域有限差分(FDTD)计算中TE情形的远区散射场计算方法.先将半空间Green函数代入势函数,推导远区纵向磁场的计算公式,对各空间内电磁流和对应的相位进行详细分析.再计算两个半空间模型的远区散射场,结果表明:该方法是正确和有效的.针对日本96式装甲车的计算发现,单站雷达探测系统位于战车正上方时具有最好的探测效果.

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膀胱充盈的三维电阻抗成像算法 冉鹏, 何为, 徐征, 李冰 2013, 30(4): 559-564.  摘要 ( )   PDF(1775KB) ( )   构建膀胱充盈估计的物理及数学三维电阻抗成像计算模型,利用混合正则化Combined Tikhonov重构算法加以验证,其结果有较高的空间分辨率,稳定性更高,抗噪性能增强.通过对结果的Laplacian函数分析,采用数学方法进行边界单元提取,处理,整合边界曲面片段等,从高噪声背景中提取对象的形态特征,最终实现三维图像重构.在二维成像的基础上,提供了目标空间位置、高度和空间对比度等信息,为定性分析提供重要依据.

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基于冲击力模型的分子马达动力学分析 李晨璞, 韩英荣, 展永, 胡金江, 谢革英, 张礼刚, 范虹 2013, 30(4): 565-570.  摘要 ( )   PDF(766KB) ( )   从分子马达输运特点和实验现象出发,建立满足朗之万方程的冲击力模型,分析分子马达定向输运的动力学行为.研究发现:在合适的冲击力和噪声强度的共同作用下,分子马达可以稳定的梯跳跃迁运动和有效的输运;分子马达在轨运动的方向由冲击力的方向决定;另外,虽然在不同的噪声强度时平均速度都不为零,但是整个分子马达系综的高效输运对噪声强度有一定的选择性;系综的平均速度随着负载力的增大而减小,甚至会产生反方向的运动.

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CTRW模型等待时间分布的随机抽样方法 王延 2013, 30(4): 571-576.  摘要 ( )   PDF(1752KB) ( )   研究等待时间分布为截断幂律分布的连续时间随机行走(CTRW)模型,分析比较截断幂律分布的可能随机抽样方法,并提出一套可以对其进行精确抽样的乘分布舍选算法.数值结果表明:当幂律指数α > 0.2时,该算法的抽样效率在80%以上.利用该算法可以成功得出CTRW模型描述的三种反常输运过程的标度关系.

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晶体相场方法模拟纳米孪晶结构 高英俊, 王江帆, 罗志荣, 卢强华, 刘瑶 2013, 30(4): 577-581.  摘要 ( )   PDF(1229KB) ( )   应用双模晶体相场模型,模拟共格纳米孪晶结构.结果表明:球状晶粒生长成的共格孪晶片层,在共格面上的原子排列有变形,容易出现位错;条状晶粒凝固生长成的共格孪晶界,比用球状晶粒长大生成的共格孪晶界的原子排列整齐.应用晶体相场模型,可以精确计算纳米孪晶带的厚度,设计和控制带内的原子层数,实现人工操纵纳米共格孪晶片层结构,指导实验研究纳米孪晶结构及其与性能的关系.

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纳米结构金属表面的近场电势分布 游荣义, 黄晓菁 2013, 30(4): 582-586.  摘要 ( )   PDF(1699KB) ( )   基于均匀外电场中金属纳米半球颗粒按一定对称性从平面衬底生长出的表面结构,建立纳米半球颗粒表面附近近场电势的理论模型.采用数值计算方法得到近场电势的空间分布,并以三维曲面的形式给出.结果表明:电势分布呈现明显的几何对称性.结果为解释与纳米结构薄膜表面有关的各种异常现象提供依据,为纳米结构薄膜材料的应用研究提供参考.

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WmCn(m+n≤7)团簇的几何结构与稳定性 张秀荣, 李维军, 张福星, 袁爱华 2013, 30(4): 587-595.  摘要 ( )   PDF(1005KB) ( )   利用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法在LANL2DZ基组水平上对WmCn(m+n≤7)团簇进行几何构型全优化,得出它们的基态结构,并计算基态结构的平均结合能、二阶能量差分、能隙及键级.结果表明:随着W原子个数的增加,团簇的结构由线性转变为平面,再转变为立体结构,其中自旋多重度未超过5;C原子的掺杂增强团簇的稳定性;分析团簇Wiberg键级可知,团簇中W-C键级明显大于W-W和C-C键级,表明WmCn(m+n≤7)团簇最容易形成W-C键.

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Ptn(n=1-9)团簇结构及磁性的第一性原理计算 温俊青, 周红, 张陈俊, 王俊锋 2013, 30(4): 596-604.  摘要 ( )   PDF(941KB) ( )   采用密度泛函理论中的广义梯度近似泛函BPW91和三参数杂化密度泛函B3LYP研究Ptn团簇的结构,稳定性和磁性.两种方法得到了相同的稳定结构,基态结构也相同,只是次稳定结构的稳定顺序稍有不同.两种方法得到的平均配位数和平均键长有相似的变化规律,总体上随团簇尺寸的增大而增大,n=2-3时增幅较大,n=4-9时增幅较小,且有一定的振荡.两种方法得到团簇能量的二阶差分、分裂能、HOMO-LUMO能隙随团簇尺寸的演化都没有表现出明显的奇偶振荡行为,但在n=2、5、8时均有较大的值,说明相对应的团簇具有较高的稳定性.两种方法得到团簇的平均每原子磁矩随团簇尺寸的增大有逐渐减小的趋势,个别团簇有振荡.结果表明两种泛函都可以描述团簇结构、稳定性和磁性.

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Quantum-dot Semiconductor Optical Amplifiers in State Space Model Hussein Taleb, Kambiz Abedi, Saeed Golmohammadi 2013, 30(4): 605-612.  摘要 ( )   PDF(1371KB) ( )   A state space model(SSM) is derived for quantum-dot semiconductor optical amplifiers(QD-SOAs).Rate equations of QD-SOA are formulated in the form of state update equations,where average occupation probabilities along QD-SOA cavity are considered as state variables of the system.Simulations show that SSM calculates QD-SOA's static and dynamic characteristics with high accuracy.

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量子环上粒子体系的计算 吴洪 2013, 30(4): 613-619.  摘要 ( )   PDF(284KB) ( )   对于量子环上带电粒子体系,组成本征函数的基矢数及哈密顿矩阵元素数都极大,数值计算量庞大.本文介绍在处理此问题时按轨道总角动量分类从基矢集中选择子基矢集的方法和技巧.应用计算机进行数值计算时,此方法比以往节省90%以上的时间.

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传导延迟对螺旋波动力学行为的影响 陈茜琼, 邓敏艺, 唐国宁, 孔令江 2013, 30(4): 620-626.  摘要 ( )   PDF(2778KB) ( )   采用Greenberg-Hastings离散激发介质模型研究传导延迟对螺旋波动力学行为的影响.模拟结果表明:某些情况下,延迟对螺旋波动力学行为无影响;在适当参数下,可观察到螺旋波波长和波速的改变、呼吸螺旋波、多臂螺旋波以及螺旋波和反螺旋波共存现象,对产生这些现象的物理机制作了简要的解释.

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基于云模型的自适应量子免疫克隆算法 马颖, 田维坚, 樊养余 2013, 30(4): 627-632.  摘要 ( )   PDF(815KB) ( )   利用云模型能够兼顾随机性和模糊性的品质,提出一种基于云模型的自适应量子免疫克隆算法.使用云算子代替通用的量子旋转门这一量子进化算法核心算子用于寻优变异操作;通过控制云算子间的协作,实现算法在进化过程中对搜索范围的动态调整,使算法具有较强的全局搜索能力;同时,补充针对性的优化方案,有效避免了算法陷入局部最优.对标准数值优化问题的仿真对比实验表明,该算法具有寻优能力强、搜索精度高、稳定度好等优点;对非线性系统的参数估计仿真实验,该算法也取得了对参数的高精度有效估计.