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2012年, 第29卷, 第1期
刊出日期：2012-01-25 上一期    下一期
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基于节点重构的扩散方程有限体积格式 赵强, 袁光伟, 董志伟 2012, 29(1): 1-9.  摘要 ( )   PDF(4678KB) ( )   研究扭曲网格上扩散方程的九点格式.以经典的九点格式为基础,在通量连续条件下,构造出节点未知量一种新的计算方法,进而得到所希望的格式.分析及数值实验表明,在扭曲网格上,该格式对具有连续或间断扩散系数的问题能够保持较高的精度.

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一类基于RBF插值的守恒重映算法 赵小杰, 赵宁, 王东红 2012, 29(1): 10-16.  摘要 ( )   PDF(4460KB) ( )   为保证重映过程的高守恒精度和单调性,并且在间断处具有极高的分辨率,基于径向基函数(RBF)插值方法构造了一类适用于任意网格的RBF守恒重映算法,通过计算守恒误差测试重映算法的守恒精度。将该方法用于光滑函数和含有间断的函数,并与其它守恒重映方法比较,表明该方法数值结果较好。

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耦合有限体积法的Brown构型场并行算法 张僡凤, 欧阳洁, 代向艳 2012, 29(1): 17-24.  摘要 ( )   PDF(398KB) ( )   基于FENE珠-簧链分子模型,采用耦合有限体积法的Brown构型场并行算法,对压力驱动、速度-压力同向或反向驱动的管道流进行数值模拟.数值算例验证了算法的有效性,获得了相应速度、应力及分子链拉伸量的信息.数值结果表明:链段数的增加使得流动达到稳态所需时间缩短;该并行算法有效地克服了Brown构型场方法计算量大、耗时长的缺点;当珠子数大于2时,并行效率可达85%以上.

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二维浅水波方程的数值激波不稳定性 沈智军, 胡立军, 闫伟 2012, 29(1): 25-35.  摘要 ( )   PDF(5391KB) ( )   研究二维浅水波方程的数值激波不稳定性问题.线性稳定性分析和数值实验表明,格式的临界稳定性与数值激波的不稳定现象有重要的联系.基于扰动量的增长矩阵分析,本文将高分辨率的数值格式和HLL格式进行特定的加权,设计一类新的混合型数值格式.其中可以调节非线性波速的HLLC与HLL的混合格式,数值试验展示了消除浅水波方程激波不稳定现象的有效性和鲁棒性.

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三角形网格上多介质流动问题界面处理方法 宋培昌, 王春武 2012, 29(1): 36-42.  摘要 ( )   PDF(6903KB) ( )   多介质流动问题的求解一般是在结构网格上实现,而三角形网格对于复杂计算区域具有更好的适应性,本文结合rGFM方法,给出三角形网格上多介质流动问题界面处理方法.利用level-set方法跟踪界面,在界面处构造Riemann问题,得到界面处流体准确的流动状态.通过定义界面边界条件,将多介质流动问题转化为单介质流动问题,利用高精度RKDG方法求解.采用多个算例验证该方法的稳健性和有效性,结果表明该方法能准确捕捉界面和激波的位置,保持界面清晰.

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双参数曲面的泡泡网格化方法 张伟伟, 聂玉峰, 王磊 2012, 29(1): 43-50.  摘要 ( )   PDF(6901KB) ( )   为将双参数曲面离散成高质量的网格,首先在参数域内利用各向异性的非均匀泡泡布点方法优化布点,然后用各向异性Delaunay三角化方法将参数域网格化,最后用映射法得到双参数曲面的离散网格.参数域中的节点由二阶黎曼度量矩阵控制,该度量矩阵由三维曲面的网格度量矩阵和曲面参数方程的梯度计算得到.数值算例表明,泡泡布点法在参数域上能生成满足度量矩阵要求的节点集,将节点连接成网格并投影回曲面,所得曲面网格具有很高的质量.

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可压缩非守恒型两相流模型的GKS方法 佘邦伟, 赵桂萍 2012, 29(1): 51-57.  摘要 ( )   PDF(308KB) ( )   提出一种求解BN非守恒型两相流模型的方法.从微观角度出发,构造与BN模型相匹配的Gas-kineticscheme(GKS),通过对粒子速度分布函数积分求矩得到通量,把非守恒项直接包含到数值通量的演化和构造中,较好地处理了方程中包含的非守恒项.数值试验说明本方法的有效性.

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面向结构网格并行应用的一类快速通信算法 刘旭, 张爱清, 肖丽, 莫则尧 2012, 29(1): 58-64.  摘要 ( )   PDF(4602KB) ( )   通信算法需要在相邻子区域间传输数据.通过求解子区域间的相交问题可以寻找相邻区域.针对子区域的求交问题,基于区间树,结合结构网格应用的特点,构造近似线性时间复杂度的算法.数值实验表明该算法具有较高的计算效率和可扩展性,能够支持百万量级矩形子区域的并行计算.

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高架桥声屏障高度对列车气动特性影响的数值模拟 罗建斌, 胡爱军 2012, 29(1): 65-72.  摘要 ( )   PDF(8966KB) ( )   采用计算流体力学方法对高架桥声屏障高度影响高速列车空气动力特性进行数值研究.通过网格划分、湍流模型选取、边界条件设置等来提高数值计算精度.结果表明,当高速列车运行在下风向时,头车、中间车上的侧向力随着声屏障高度增加而逐渐下降.头车所受的侧翻力矩在整车中最大,且随着声屏障高度的增加而逐渐减小.随着声屏障高度的增加,上风向工况下中间车受到的侧翻力矩要大于下风向工况.上、下风向工况下高速列车气动特性差异主要是由于流动空腔中列车所处的相对位置不同,改变了车体表面的压力分布,从而改变了车体所受到的气动力、力矩.

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基于SPH-FEM转换算法的7.62mm步枪弹冲击30CrMnSiA钢板的数值计算 张志春, 强洪夫, 傅学金, 夏薇 2012, 29(1): 73-81.  摘要 ( )   PDF(7972KB) ( )   从转换判据和时间步长控制两个方面对光滑粒子流体动力学-有限元(SPH-FEM)转换算法进行改进,采用改进的SPH-FEM转换算法对7.62 mm步枪弹冲击特殊热处理的30CrMnSiA钢板进行全尺寸三维数值计算,将子弹在冲击过程中发生严重畸变的有限单元转换为SPH粒子继续参与计算.子弹采用弹塑性模型,靶板采用修正的Johnson-Cook强度模型和Gruneisen状态方程.针对不同的子弹初速,计算靶板盘形凹陷和冲塞两种破坏模式,计算结果与实验结果吻合较好.表明改进的SPH-FEM转换算法能够合理高效地利用有限单元和SPH粒子,为低强度子弹冲击高强度靶板的计算提供一种有效途径.

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利用超高能中子诊断惯性约束聚变的燃烧 李树, 田东风, 邓力 2012, 29(1): 82-86.  摘要 ( )   PDF(278KB) ( )   惯性约束聚变靶丸中,高能中子相互之间发生碰撞将导致超高能中子的产生.本文讨论超高能中子产生与聚变燃烧速率的关系.数值模拟理想模型,分析超高能中子产生量与平均烧氚体积的关系,讨论利用出壳超高能中子流与烧氚量诊断二维效应和混合效应.进一步分析出壳超高能中子流与平均烧氚率的关系,探讨利用超高能中子诊断平均烧氚温度并判断是否发生非平衡效应问题.

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水平圆管内磁性潜热型功能流体对流换热特性的数值模拟 黄勇, 宣益民, 李强 2012, 29(1): 87-94.  摘要 ( )   PDF(2571KB) ( )   建立磁场作用下水平圆管内磁性潜热型功能流体对流换热的数学物理模型,分析磁场强度、磁性相变微胶囊体积分数、流体质量流量等因素对流体对流换热的影响.磁场对磁性潜热型功能流体的对流换热具有显著的强化作用,磁场强度愈大强化作用愈明显,强化原因是磁性相变微胶囊受到磁力作用产生扰动.

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磁流变液动态屈服行为的随机多尺度建模 李杰, 彭勇波 2012, 29(1): 95-100.  摘要 ( )   PDF(369KB) ( )   根据能量保守原理,将微观粒子运动的动能等效成宏观动态屈服的应变能,建立内秉悬浮粒子运动涨落的磁流变液剪切应力的随机多尺度模型.分析表明,悬浮粒子初始随机条件和Brownian运动,以及剪切应变加载过程中,链簇反复断裂、重组的先后次序和数目不均匀,导致系统宏观屈服性态的非线性涨落和随机涨落;同时,微观运动涨落在体积平均过程中被严重弱化,宏观随机涨落相对不明显.拟合Bingham剪变率本构模型则进一步表明,外加场强对宏观屈服性态的变异性有一定程度的影响,磁流变液装置设计中应该考虑物理参数的随机性.

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非球形颗粒布朗运动的涨落-格子Boltzmann数值研究 聂德明, 林建忠 2012, 29(1): 101-107.  摘要 ( )   PDF(421KB) ( )   采用涨落-格子Boltzmann方法对非球形颗粒(二维)的布朗运动进行直接数值模拟.数值结果包括椭圆形、矩形颗粒的速度均方值及速度自相关函数等.研究发现,对于非球形颗粒,其方向性并没有影响能量均分原理的适用性,每个自由度的能量由其速度或角速度的均方值确定,而且计算的颗粒平动温度和转动温度一致.此外,颗粒的速度自相关函数在相对长的时间内以~ct-1的规律衰减,其系数c与颗粒的形状无关.

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考虑通孔和边缘效应的互连网络热电分析 王宁, 董刚, 杨银堂, 王增, 王凤娟, 丁灿 2012, 29(1): 108-114.  摘要 ( )   PDF(4679KB) ( )   考虑互连通孔和边缘效应,建立互连层间、层内、通孔热阻模型,利用热电二元性,提出一种考虑温度效应对热流影响的热电耦合仿真方法,利用热电之间的反馈关系,修正建模后的温度分布对节点网络热流的影响.并对以聚合物和硅氧化物为介质的多层互连进行分析,以有限元建模结果为参照,与已有模型相比,互连热分布结果的相对标准差分别降低了71.2%、12.9%.考虑通孔效应和边缘效应后,该方法在不同纳米级工艺中所得峰值温升,较已有模型均有一定程度的降低.

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导心轨道模拟中对磁场计算方法的改进 谢卿, 杨维纮 2012, 29(1): 115-120.  摘要 ( )   PDF(2426KB) ( )   在导心轨道的计算中,用离散傅立叶变换对二维磁场信息沿角向进行变换,得到各阶谐波分量随极向磁通变化的拟合公式,用此生成磁场。数值模拟结果表明,该方法在精度上和传统的样条插值一致,可以在角向和极向上求任意阶导数,为磁岛和撕裂膜的计算提供了便利.

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模拟短脉冲激光在介质中传输的扩散综合有限元法 安巍, 朱彤 2012, 29(1): 121-126.  摘要 ( )   PDF(371KB) ( )   建立有限元模型,通过求解瞬态辐射传输方程模拟短脉冲激光在半透明介质中的传输.针对散射占优性半透明介质内辐射传输求解效率较差的问题,采用扩散综合加速迭代算法,提高计算效率,缩短计算时间.结果表明:采用精确解析式描述脉冲激光散射源项的求解策略可以获得准确的计算结果,精确地模拟快速变化的波前,不会产生数值扩散和数值振荡.此外,扩散综合迭代算法的计算时间仅为源项迭代的50%~60%.

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太赫兹量子级联激光器光束特性分析 王健, 吴卫东, 章小丽, 段素青 2012, 29(1): 127-132.  摘要 ( )   PDF(2490KB) ( )   用有限元法计算太赫兹量子级联激光器激光模式的阈值增益.结果表明:接触层厚度和掺杂浓度对阈值增益的影响远远大于波导宽度和激射波长;接触层厚度较小(大)和掺杂浓度较低(高)时,TM1(TM0)模的阈值增益较小.在此基础上,用矢量衍射理论分析岀射光束的远场特性,得到光束的远场光斑基本是椭圆;x方向的远场散射角随波导宽度或激射波长的增加分别线性减小或增加,尽管对应的接触层厚度和掺杂浓度不同,但TM0和TM1模x方向的远场散射角相同;另外,还得到y方向远场散射角不受波导宽度或少受激射波长的影响.在阈值增益和光束质量方面,TM1模都优于TM0模.

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圆柱光子晶体全反射隧穿的梳状滤波特性 刘启能 2012, 29(1): 133-138.  摘要 ( )   PDF(282KB) ( )   研究一维圆柱光子晶体的全反射隧穿的梳状滤波特性,利用传输矩阵法计算光在大于全反射角入射一维圆柱光子晶体的透射率.在透射波中发现全反射隧穿效应,全反射隧穿峰具有优良的梳状滤波特性.得到圆柱光子晶体的全反射隧穿随周期数、模式量子数以及圆柱半径的变化特征,为设计性能优良的梳状光子晶体滤波器提供理论依据.

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PClX(X=1,2)分子基态的结构与势能函数 韩晓琴, 肖夏杰, 刘玉芳 2012, 29(1): 139-144.  摘要 ( )   PDF(2433KB) ( )   采用单双取代的二次组态相互作用(QCISD)方法,使用多种基组对PClX(X=1,2)分子基态结构进行优化计算,选出最优基组6-311+G(df)和6-311G(df)分别对PCl和PCl2分子的离解能、谐振频率和力常数等进行计算,结果与实验值符合很好.在此基础上推导出PCl2分子基态的多体展式势能函数,其等值势能图正确反应了PCl2分子的结构特征及势阱深度,进一步讨论Cl+PCl和P+ClCl分子反应的势能面特征.这些结果可用于微观反应动力学的研究.

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异核两组分玻色-爱因斯坦凝聚体中暗孤子的形成及其性质 周艳珍, 张素英, 韩伟 2012, 29(1): 145-151.  摘要 ( )   PDF(8803KB) ( )   数值模拟准一维异核两组分玻色-爱因斯坦凝聚体在谐振子势阱中的运动,研究调制不稳定性条件(MI条件)下暗孤子的形成及其性质.在调制不稳定性条件下,凝聚体基态形成后,瞬间使组分间的相互排斥力变为相互吸引力,实时演化可以形成暗孤子.对各组分自身相互作用系数分析发现,它们之间满足一定关系时暗孤子在不同的组分内形成,而且形成的暗孤子在谐振子势阱中呈现周期性的往返对穿运动.讨论了形成暗孤子数目与两种粒子的质量比率和粒子数比率存在的关系.

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Grover量子搜索算法的一般化多相位匹配 金文梁, 陈向东 2012, 29(1): 152-158.  摘要 ( )   PDF(403KB) ( )   一个量子系统将不可避免地受到不可预知的微扰影响,据此断定文献中的Grover量子搜索算法的实验实现是在三维复子空间中完成的.同时证明在二维复子空间中,对任意给定的初始态|γ0>=cosβ0|α>+sinβ0eiζ|β>(β0是较小的正实数,ζ是任意的一个实数),存在解集Fj={(θj,θj-1,…,θ1),(φj,φj-1,…,φ1)}(整数j≥ 2)使得目标态能以100%的最大成功概率找到,其中相位旋转角θl和φl是不为2k'π的实数(1 ≤ l ≤ j,k'为任意整数).如果只要求目标态以较高的成功概率找到,那么当一个无序数据库中目标态和非目标态的总个数足够大时,对于相对较小的正整数j,解集Fj可表示为的形式.