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2013年, 第30卷, 第6期
刊出日期：2013-11-25 上一期    下一期
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Lax-Wendroff时间离散的自适应间断有限元方法求解三维可压缩欧拉方程 冯涛, 蔚喜军, 安恒斌, 崔霞, 吴迪, 李珍珍 2013, 30(6): 791-798.  摘要 ( )   PDF(1377KB) ( )   应用自适应LWDG方法求解三维双曲守恒律方程组,与传统的二阶RKDG方法相比,该方法具有计算量小和精度高的特点.给出一种自适应策略,其中均衡折中策略适用于非相容四面体网格.将二维情形下的后验误差指示子推广到三维双曲守恒律方程组中,数值实验证明了方法的有效性.

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Cosh-Hilbert变换反演的矩方法及其在单光子发射计算机断层成像中的应用 罗守胜, 杨建生, 周铁 2013, 30(6): 799-807.  摘要 ( )   PDF(1859KB) ( )   基于反演Hilbert变换的Tricomi公式和双曲余弦函数Taylor展开,给出一种反演双曲余弦Hilbert变换(CHT)的数值算法,并应用于单光子发射计算机断层成像.利用Taylor展开将函数的CHT变换表示为其Hilbert变换和由各阶矩组成的修正项.利用Tricomi公式得到一个关于函数各阶矩的线性方程组.通过对方程组的截断,可以求得函数的有限阶矩,并得到函数的近似重建.通过数值实验与精确重建公式进行比较,验证了算法的有效性.

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格子Boltzmann方法应用于气动声学研究 邓义求, 唐政, 董宇红 2013, 30(6): 808-814.  摘要 ( )   PDF(2318KB) ( )   应用格子Boltzmann方法(LBM)对不同类型的气动声学问题进行数值研究.通过模拟一维平面声波和二维点源声波的传播,得到沿传播方向的声压脉动,其振荡幅值和衰减趋势与理论值相吻合.其次进行声波衍射和干涉现象的数值模拟.最后,模拟处于流场中运动声源辐射声场的多普勒效应.模拟结果说明LBM方法能较好地模拟低马赫数下的声学问题,包括声压脉动的传播,声波的波动特性以及流动与声波间的相互作用.

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滴形颗粒在通道中沉降的格子Boltzmann-虚拟区域方法模拟 聂德明, 郑梦娇, 张凯 2013, 30(6): 815-824.  摘要 ( )   PDF(2963KB) ( )   采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对滴形颗粒在垂直通道中的沉降过程进行直接数值模拟.通过格子Boltzmann方法求解N-S方程,流体与固体之间的相互作用通过虚拟区域方法描述.研究雷诺数在10-2到100范围内颗粒形状因子对其摩擦系数和阻力系数的影响.为便于比较,给出了圆形颗粒沉降的结果.结果发现,当雷诺数小于1的时候,颗粒的摩擦系数始终保持常数,而当雷诺数大于1时摩擦系数随雷诺数的增大而增大.此外,当雷诺数小于约30时圆形颗粒的摩擦系数和阻力系数均小于滴形颗粒,而当雷诺数大于30时情况正好相反.颗粒周围的压力分布证明了这一结论.

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突起物及其干扰区热环境影响范围分析 潘宏禄, 李俊红, 张学军 2013, 30(6): 825-832.  摘要 ( )   PDF(3822KB) ( )   针对升力体外形飞行器局部构件干扰流动及热环境影响,采用理论分析、数值模拟、工程半经验模型及实验数据分析相结合,研究高速流动条件下平板表面突起物干扰区气动加热影响.对比分析不同外形特征下突起物对流场结构的影响表明:干扰区热环境分布与流动结构直接相关,压力比拟方法可在局部区域可靠预测热流分布;高台类突起物干扰区范围和热环境敏感依赖于其有效宽度,而低台类突起物干扰区范围和热环境则主要依赖于高度变化;方形头构件与圆形头构件对称面干扰区范围相差1.414倍(湍流/层流均成立);后掠角存在对干扰区范围影响显著,给出后掠角对干扰区的影响关系式.研究结果可方便地用于飞行器热环境预测中,为其提供技术支撑.

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改进粒子水平集法及其应用 田辉, 李国君 2013, 30(6): 833-842.  摘要 ( )   PDF(3000KB) ( )   针对传统粒子水平集方法的缺陷提出一种虚拟粒子对距离函数的修正方法.改进算法针对虚拟粒子与待修正网格点的各种相对位置进行误差修正,可以避免虚拟粒子在非界面法线方向移动而产生的误差.数值求解涡旋流场问题显示:改进算法的界面捕捉性能得到显著提高.在此基础上,结合投影法求解Navier-Stokes方程组,数值模拟存在高密度比(103量级)及粘性比(102量级)的不可压缩两相流问题(气泡上升及自由面不稳定性问题).计算结果与已有结果吻合良好,详细分析主要控制参数对瑞利-泰勒不稳定性现象的影响.

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双重弹性波波场分离数值模拟及相关理论证明 陈可洋, 吴清岭, 范兴才, 陈树民, 李来林, 刘振宽, 王建民, 关昕 2013, 30(6): 843-854.  摘要 ( )   PDF(3094KB) ( )   提出一种等效的双重弹性波波场分离数值模拟方法,用于模拟纯纵波和纯横波分离模式的质点振动速度、位移以及散度场和旋度场,并将该方法应用于全弹性波波动方程数值模拟中.同时,详细推导双重弹性波波场分离波动方程的高阶交错网格有限差分数值计算公式及其稳定性条件、数值频散关系和完全匹配层(PML)吸收边界条件.理论分析和数值计算均表明,该方法可以实现高精度双重弹性波波场分离数值模拟,且纯纵波和纯横波得到完全分离,边界吸收效果较好.与前人工作相比,存储量和计算时间均得到有效改善,数值计算结果进一步验证了该方法的优越性.

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基于扩散滤波的多尺度分解和重构方法及应用初探 陈可洋, 范兴才, 吴清岭, 陈树民, 李来林, 刘振宽, 王建民, 关昕 2013, 30(6): 855-861.  摘要 ( )   PDF(1869KB) ( )   从各向异性PM方程出发,推导多维扩散滤波微分方程的离散格式及其稳定性条件,首次构建基于扩散滤波的多尺度分解和重构方法,给出两种具体实施方案及其关键步骤.地震资料应用表明,所提方法分解和重构信号的过程合理可靠,其中方案①的2D傅里叶波数谱能量随尺度的增加而远离谱中心点,其残差信号表现为高波数信号,在随机噪声压制中取得了较好的效果;方案②的2D傅里叶波数谱能量随尺度的增加而靠近谱中心点,其残差信号表现为低波数信号,在低频逆时噪声压制中取得了较好的效果.所提方法计算过程简单易实现,对于信号处理提供了一种多尺度分解和重构方法,在地震信号处理领域具有较高的应用价值.

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热储周围岩石热补偿对增强型地热系统采热过程的影响 陈继良, 罗良, 蒋方明 2013, 30(6): 862-870.  摘要 ( )   PDF(3385KB) ( )   采用自行开发的增强型地热系统(EGS)地下热流动过程三维动态模拟软件,模拟不同地质条件下EGS的长期运行过程,分析热储周围岩体的热补偿对产热温度以及热储内岩石、流体温度演化的影响.该数值模型视热储为等效多孔介质,采用两个能量方程分别描述流体和岩石的温度场,深入探究岩石与循环流体之间的换热过程.研究发现,热储周围岩体的热补偿作用与热储内流场形态强烈相关,且并不总是提高EGS的生产温度.在深度方向上有较大的优势流动的热储中,热补偿作用在EGS运行早期甚至会降低采出流体的温度.随着EGS的运行,热储温度持续降低,热补偿将对热能开采的影响将逐渐转向正面,对生产流体温度的提高效果增强.

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增强型地热系统地下渗流场的模拟分析 陈继良, 蒋方明, 罗良 2013, 30(6): 871-878.  摘要 ( )   PDF(2414KB) ( )   采用自行开发的数值模型,模拟分析循环流体在双井增强型地热系统(EGS)地下热储中的渗流过程,系统分析不同水力渗透条件热储中流场形态的变化规律.结果表明,重力作用和流体动静压转换造成的"基础压差"与循环流体在地下裂隙岩体中的沿程阻力之间的相对大小是决定热储中流场分布形态的重要因素,而循环流量大小对热储内渗流场形态影响非常有限.基于此,我们提出水平井和多井环绕布局两种抑制流体短路的方案,为EGS的建设提供理论指导.

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地层渗透参数反演计算 刘福平, 王安玲, 杨长春 2013, 30(6): 879-885.  摘要 ( )   PDF(890KB) ( )   利用渗流源网格压力(及井底压力)对网格渗透率导数关系(称为渗透率压力场敏感系数)实现由三维渗流方程压强数值解计算井底压力对网格渗透参数导数的计算.基于渗透率压力场敏感系数的计算结果构造地层渗透参数反演方程,由多井系统井压监测数据实现反演地层渗透参数的计算.算例显示:反演方法对均匀(或分块均匀)油藏模型的计算取得了较好的结果,反演迭代10次后计算结果与模型参数的最大相对误差收敛于1%之内.该方法对油藏动态模拟研究及实现油藏参数动态跟踪具有实际意义.

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小波元方法在声子晶体周期结构中的应用 刘彰宜, 吴九汇, 沈礼 2013, 30(6): 886-894.  摘要 ( )   PDF(2884KB) ( )   将双正交小波系统和谱元法的思想结合得到一般有界区域中的双正交小波元,将小波元的边界适应性推广到一阶微分的情形,通过匹配得到严格满足边界条件的小波基函数;基于小波元发展一种一维声子晶体能带计算方法.该方法利用声子晶体本身的结构特点,兼顾小波在数值分析中的优势和边界条件的满足,与周期小波法相比,具有更高的计算精度和计算效率.

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截断磁等离子体三维M-NPML吸收边界条件 郑召文, 杨利霞 2013, 30(6): 895-901.  摘要 ( )   PDF(1275KB) ( )   研究三维截断磁化等离子体介质新型完全匹配层(NPML)吸收边界条件(ABC),提出应用于截断色散介质修正的M-NPML,该方法根据NPML坐标变换原理,对麦克斯韦方程中对空间偏导的变量进行坐标拉伸,得到在NPML吸收边界中修正的麦克斯韦方程组.该吸收边界只把对空间偏导的变量进行坐标拉伸,操作简单,避免了PML方法在截断普通介质时采用复杂的场分裂形式,同时比单轴各向异性完全匹配层(UPML)吸收边界截断磁化等离子体介质更加简单,编程复杂度大大降低.算例仿真结果与解析解相符,证实了该算法的有效性.

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平衡电流位形对电阻壁模稳定性影响的数值模拟 陈龙溪, 雷文庆, 吴斌 2013, 30(6): 902-908.  摘要 ( )   PDF(2334KB) ( )   数值研究平衡电流位形对电阻壁模式稳定性的影响.研究发现,对于不同的电流位形,当等离子体边缘处安全因子一定时,最不稳定的电阻壁模的环向模数和极向模数相同.在同一壁位置下,非均匀电流位形驱动的电阻壁模的线性增长率比均匀电流位驱动的电阻壁模的线性增长率大.等离子体速度流在不同的初始电流位形下对电阻壁模稳定性的影响不同.由于磁力线在壁上的挤压,经过线性演化后,电阻壁模进入非线性演化并达到饱和状态,非均匀电流位形下的扰动磁能比均匀电流位形下的扰动磁能饱和度低.

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膨胀石墨与箔条的3毫米波RCS特性对比 周明善, 杨春燕, 徐铭 2013, 30(6): 909-914.  摘要 ( )   PDF(1807KB) ( )   基于有限长度、有限电导率圆柱状导体的电磁散射,利用矩量法建立膨胀石墨RCS的计算公式,计算膨胀石墨及石墨干扰弹的平均RCS并测试石墨干扰弹及箔条弹的RCS.结果表明:膨胀石墨对3毫米波具备一定的散射能力,半径为0.12 mm、长度为1.5 mm的单个膨胀石墨粒子平均RCS为0.8676 mm2.在干扰材料质量相同的情况下,箔条的RCS是膨胀石墨的7.4倍,膨胀石墨难以对制导武器实施箔条式的诱饵欺骗干扰.

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具有尺寸限制的点接触结构自旋极化电流驱动下磁涡旋的稳态振荡 柳艳, 李化南, 胡勇, 杜安 2013, 30(6): 915-920.  摘要 ( )   PDF(2312KB) ( )   选取具有尺寸限制的点接触结构作为研究对象,采用Thiele方程对模型中磁涡旋在自旋极化电流作用下的动力学行为进行计算.计算表明磁涡旋可以在一定的电流密度范围内稳定旋转,该稳定旋转可以存在的电流密度范围与点接触区的大小和纳米点的尺寸有关.当磁涡旋核作稳态旋转时,其所处的轨道半径以及旋转频率都随电流密度的增加而增加,旋转频率可调节的范围随点接触尺寸的增加快速减小.

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Ni掺杂对Cu团簇结构稳定性的影响 冯翠菊, 米斌周 2013, 30(6): 921-930.  摘要 ( )   PDF(1530KB) ( )   采用密度泛函理论对Cun和Cun-1Ni(n=3-14)团簇的结构及稳定性进行研究.结果证明Cun(n=3-14)团簇的基态不是密实结构而是类似双平面的构型;计算表明:Ni掺杂增加了铜团簇的稳定性,CunNi(n=2-13)团簇的最稳态结构与单质铜团簇不同而是以形成二十面体为基础的密实结构,Ni原子趋于和尽量多的Cu原子成键而最终陷入笼状团簇的中心;偶数个粒子的团簇具有相对高的稳定性,尤其Cu3Ni,Cu7Ni和Cu9Ni;陷入笼状团簇内部的Ni原子带正电,使得位于表面的Cu原子带负电,从而增加了由这种团簇构成的材料的化学稳定性,如耐腐蚀性等.

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Li-Ga-S体系热力学函数的第一性原理计算 马天慧, 马天方, 孙亮, 朱崇强 2013, 30(6): 931-935.  摘要 ( )   PDF(1255KB) ( )   采用第一性原理的平面波赝势法计算Li-Ga-S体系LiGa,Li2S,GaS,Ga2S3和LiGaS2的热力学数据,分析可能发生的化学反应,其中4个化学反应可以生成目标产物LiGaS2.单质直接化合生成LiGaS2的反应自由能变较高,Li2S与Ga2S3化合生成LiGaS2的反应自由能变随温度升高而降低,但体系很难获得Ga2S3,LiGa与S生成LiGaS2和Li2S与GaS化合生成LiGaS2的自由能变较小,且体系生成Li2S,GaS和LiGa的自由能变也较小,由此推断LiGaS2多晶原料可以通过后两个反应获得.

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电场对1,4-苯二甲氰分子电输运特性的影响 刘瑞金, 孙玉萍 2013, 30(6): 936-942.  摘要 ( )   PDF(2764KB) ( )   用从头算理论和弹性散射格林函数的方法,计算电场作用下的1,4-苯二甲氰分子体系的电子结构及其电导和电流.结果表明:电场使体系在分子和电极间存在电荷转移和重新分布,分子与电极接触面附近出现电子积聚区和电子耗散区,从而产生附加电偶极子,对分子的电导和电流产生抑制.此外,对分子轨道能级和分子与电极的耦合系数的影响也比较明显,导致分子的伏-安特性在考虑电场作用前后有一定的差异.

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硅纳米结点电子输运性质的计算 柳福提, 程艳, 羊富彬, 程晓洪, 陈向荣 2013, 30(6): 943-948.  摘要 ( )   PDF(1812KB) ( )   运用第一性原理密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,对3个Si原子构成的直线链耦合在Au(100)面形成的三明治结构的纳米结点的电子输运进行计算.结果得到结点电导随距离的变化,当dz=1.584 nm时,结合能最小,结构最稳定,此时Si-Si键长为0.216 nm,Si-Au键长为0.227 nm,电导为0.729 G0(G0=2e2/h),其电子传输通道主要由Si原子的px、py轨道电子构成;随着外电压的增大,结点的电导减小,而其I-V曲线表现出线性特征.