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2012年, 第29卷, 第3期
刊出日期：2012-05-25 上一期    下一期
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K2_SPH方法及二维破碎波的模拟 郑兴, 马庆位, 段文洋 2012, 29(3): 317-325.  摘要 ( )   PDF(1367KB) ( )   通过对一些关键技术的改进,特别是自由表面的判断方法和改进的固壁边界条件,使K2_SPH方法能够模拟破碎波问题,完整实现波浪的爬升、翻转、破碎等过程.对大幅液舱晃荡问题的模拟表明,K2_SPH方法较传统SPH方法在波形和压力分布都有明显改进.

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EGO方法的训练算法及应用 邓枫, 覃宁, 伍贻兆 2012, 29(3): 326-332.  摘要 ( )   PDF(1722KB) ( )   针对高效全局优化(Efficient Global Optimization,简称EGO)方法的训练问题,选择元启发式(Meta-heuristic)算法、随机取样算法以及低频序列算法,并选用三个无约束、两个带约束解析优化算例以及两个气动优化算例,对这三类训练算法进行详细地比较研究,发现在元启发式算法中差分进化算法最具应用潜力,而低频序列算法可以有效降低EGO方法的随机性,其中Faure序列平均性能最优.

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快速泡泡布点方法 齐楠, 聂玉峰, 张伟伟 2012, 29(3): 333-339.  摘要 ( )   PDF(1273KB) ( )   泡泡布点算法能够在复杂区域上不经过人工干预生成高质量的节点集,为提高其计算效率,本文对泡泡布点法做三方面修正:①让泡泡运动的粘性系数c随时间的推移逐渐增大以加速收敛,每轮模拟结束后需增删泡泡时再给c赋一个较小的值以确保泡泡分布的质量;②求解控制泡泡运动的常微分方程组时选用时间复杂度较小的数值算法.算例表明数值方法精度在一定程度上的降低对节点质量的影响不大,能有效的节约计算时间;③取消对泡泡交叠率的排序,通过设置阈值控制泡泡的增删.算例表明以上方案节约运行时间40%以上,所布置节点对应的Delaunay三角单元网格平均质量高于0.9.该快速算法高效且能够生成高质量的节点集.

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一种气体/液滴混合流动模型与数值计算 薛社生, 孙顺凯, 李艳 2012, 29(3): 340-346.  摘要 ( )   PDF(306KB) ( )   研究均匀液滴单态氧发生器(TUDOG)的工作机理,为Cl2/He混合气体横向流过垂直下落的BHP(按重量25%KOH,25%H2O2,及50%H2O)液滴场的化学反应流动建立模型,并对模型方程做数值求解.模型方程中考虑液滴与气体间的质量、动量交换.混合流动的二维模型方程用SIMPLEC方法求解.模拟结果与相关文献提供的实测结果对比较好.结果发现:氯气利用率、单态氧产率随入流气体速度增大而减小,随液滴速度增大而增大;在含液滴区域的上游氯气的吸收利用较显著,对TUDOG的工程设计有参考价值.

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格子Boltzmann守恒型非平衡态的外推边界 翟旭军, 赵凯 2012, 29(3): 347-353.  摘要 ( )   PDF(838KB) ( )   针对非平衡态外推边界处理方法在某些条件下发生质量泄漏的问题,结合质量守恒定律对其进行修正,建立一种新的质量守恒型的边界处理格式.其基本思想是在边界处定义一个虚拟密度来修正平衡态分布函数,使得系统质量守恒.以重力作用下的密度场及磁流体模拟问题为例,利用该格式进行分析,讨论质量泄露问题的本质及各种因素的影响.通过对三种典型的流动:二维Poiseuille流、Couette流、Womersley流的模拟,验证该边界格式的计算精度和稳定性.

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储层岩石时间域激发极化效应的数学模拟 关继腾, 于华, 王谦, 范业活, 程媛媛 2012, 29(3): 354-360.  摘要 ( )   PDF(375KB) ( )   以储层岩石的串联毛管模型为基础,建立描述含水储层岩石时间域激发极化效应的数学模型.数值模拟储层岩石孔隙中离子的浓差极化效应和双电层形变效应.孔隙中浓差极化控制着激发极化随时间的变化,双电层形变不控制激发极化随时间的变化.浓差极化效应对激发极化极化率的贡献较小,双电层形变效应对激发极化极化率的贡献较大.激发极化充放电过程的快慢,主要取决于固液界面阳离子的吸附能力和岩石的孔隙结构.

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地下强爆炸辐射流体动力学过程的二维数值模拟 田宙, 郭永辉, 乔登江 2012, 29(3): 361-368.  摘要 ( )   PDF(1791KB) ( )   为评估强爆炸的毁伤效应,利用流固耦合界面处理方法,考虑辐射输运引起的能量沉积过程,建立同时求解辐射流体力学方程和流体弹塑性方程的二维耦合计算方法,给出地下强爆炸时,爆室内辐射波传播、辐射能量沉积到岩土表层、岩土表层膨胀、冲击波在岩土介质中传播、爆室内高压压缩爆室壁、爆室壁振荡增大的完整物理过程.

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中子输运方程源项反演的瑞利商迭代算法 梅立泉, 方叶, 原长琦 2012, 29(3): 369-374.  摘要 ( )   PDF(279KB) ( )   中子输运方程源项反演问题中,有效倍增因子的求解经过球谐函数展开和差分离散后,转化为求解大型矩阵的特征值问题.针对矩阵的特点,利用Gerschgorin圆盘定理,给出反幂法迭代初值的选取方法,并进行相应的扰动分析.针对有效倍增因子是矩阵最大特征值的特点,采用瑞利商迭代算法进行求解.理论和算例表明,该方法不需选取特定初值,达到三阶收敛速度.

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托卡马克中快波电流驱动下全波方程的数值求解 刘燕, 龚学余, 杨磊, 彭晓炜, 尹岚 2012, 29(3): 375-382.  摘要 ( )   PDF(380KB) ( )   用全波方法研究环形对称托卡马克等离子体中离子回旋频率范围内(ICRF)的快波电流驱动(FWCD)问题,考虑有限拉莫尔半径(FLR)效应和平行色散,建立全波计算的物理模型—全波方程,通过对全波方程的数值求解得到快波在等离子体中激发的电场强度分布.结果表明:快波可以传播到高温高密度等离子体的中心;快波在磁轴附近发生了模式转换;快波可以驱动中心的等离子体电流以改善等离子体的平衡位型;平行电场比垂直电场小三个数量级,通过垂直方向的回旋共振和平行方向的穿越期磁泵效应达到驱动电流的目的.

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光发射模块的实现及直线感应加速器注入器的模拟 杨长鸿, 蒙林, 张开志, 刘大刚, 廖树清, 代志勇 2012, 29(3): 383-388.  摘要 ( )   PDF(1210KB) ( )   本文研究开发直线感应加速器的光发射模块,并验证该模块的正确性.首先建立光发射模型,该模型确立阴极参数和入射激光与宏粒子初始值间的关系,并将该模型实现到代码中;其次,根据实验参数建立注入器模型,模拟光阴极的发射过程;最后,将模拟结果与实验结果比较,发现模拟的发射电流与实验电流吻合,发射度与理论分析一致,验证了模拟的正确性.

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ICRH带状双天线的间距对等离子体耦合特性的影响 杜丹, 龚学余, 曹锦佳, 王振华, 郑平卫, 杨文超 2012, 29(3): 389-393.  摘要 ( )   PDF(1168KB) ( )   采用能量一次吸收假设、等离子体平板模型和三维天线模型数值模拟离子回旋共振加热时带状双天线与等离子体的耦合过程,得到天线的辐射功率、等离子体的吸收功率密度分布随天线间距变化的关系.通过对比分析,得出结论:在一定实验条件下,当带状双天线同相馈电时,天线间距越小,离子回旋共振加热效果越好.

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应用压缩传感求解宽角度电磁散射问题 杜红梅, 陈明生, 吴先良, 曹欣远 2012, 29(3): 394-398.  摘要 ( )   PDF(273KB) ( )   基于矩量法中阻抗矩阵与电磁波入射方向的无关性,引入压缩传感技术,构建一种全新的含有丰富角度信息的入射源.在该入射源照射下利用矩量法获得感应电流的测度,在数次测度之后,通过快速正交匹配追踪算法可恢复各个角度入射下的激励电流.与传统的矩量法相比,计算结果保持很高的精度,且计算时间减少为原来的三分之一,从而降低了宽角度电磁响应分析的计算复杂度.

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一维带限Weierstrass分形分层地面与矩形截面导体柱复合电磁散射FDTD研究 朱小敏, 任新成, 郭立新 2012, 29(3): 399-405.  摘要 ( )   PDF(862KB) ( )   运用时域有限差分方法研究一维带限分形分层粗糙地面与矩形截面导体柱的复合电磁散射,计算复合电磁散射的双站散射系数,得到复合散射系数随散射角的变化,讨论粗糙面高度起伏均方根、分维、中间层介质、下层介质及矩形截面导体柱的参数等对复合散射系数的影响.

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应用AWE技术和等效偶极子法快速计算目标宽带RCS 杨帅帅, 孙玉发 2012, 29(3): 406-410.  摘要 ( )   PDF(241KB) ( )   将渐近波形估计(AWE)技术结合等效偶极子(EDM)法应用于任意三维导体目标宽带雷达散射截面(RCS)的快速计算.首先利用等效偶极子法实现阻抗矩阵的快速填充及其多阶导数矩阵的快速计算,并利用内外迭代近场预处理技术加速矩阵方程的求解,进而应用渐近波形估计技术实现宽带雷达散射截面(RCS)的快速计算.数值计算表明:本文方法在保证计算精度的前提下,提高了计算效率.

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含冷却水管大体积混凝土温度场计算的一种新方法 陈国荣, 许文涛, 杨昀, 李凯 2012, 29(3): 411-416.  摘要 ( )   PDF(316KB) ( )   水管冷却是混凝土坝施工期的主要温度控制措施,提出一种新的水管冷却数值模拟理论和计算方法.该方法将水管置于常规混凝土单元内部,在单元中把混凝土与水管的接触面作为散热面纳入控制方程的边界条件,把混凝土通过冷却水管壁面耗散的能量叠加到常规泛函中,根据此复合泛函由变分原理建立含冷却水管混凝土的有限元支配方程.编制相应的三维计算程序,在程序中水管网格的拓扑信息由程序自动完成,冷却水管可以从混凝土单元任意位置穿过,因此不增加网格剖分的难度,算例表明该方法能准确模拟混凝土的冷却效应.

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基于角系数跟踪反射能量研究太空中空心圆柱体温度分布 罗剑峰, 张海良, 尹红伟, 王晓峰 2012, 29(3): 417-425.  摘要 ( )   PDF(1354KB) ( )   利用角系数跟踪反射能量求得辐射传递因子,探讨太空中太阳入射下、热控涂层对空心圆柱体温度分布的影响.使用有限差分法离散圆柱坐标系下三维稳态导热方程,考虑辐射-导热边界条件,用Patankar线性化方法将边界条件线性化,用点迭代法来求解名义上的线性化方程组从而得到空心圆柱体的温度分布.热控涂层表面的辐射特性用一组矩形谱带来近似.本文的研究方法对太空航天器件温度分布的精确数值求解具有参考价值.

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用粒子群算法进行单个非球面透镜的球差校正 秦华, 万云芳, 张伟元, 宋延松 2012, 29(3): 426-432.  摘要 ( )   PDF(1276KB) ( )   为设计出符合球差要求的单个非球面透镜,把粒子群算法应用到单个非球面透镜的球差校正中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计关于非球面高次多项式的顶点曲率半径,高次多项式各项系数,透镜面之间的距离和玻璃折射率等光学系统结构参数的适应度函数,用这个函数作为评价函数,实现对球差的自动校正.给出用粒子群算法进行单个非球面透镜设计的实例,结果证明:粒子群算法用于非球面透镜的球差校正简单有效,能同时校正不同入射高处的球差,且容易发现一系列好的设计结果.从实际光学设计角度呈现使用这种方法进行单个非球面透镜的自动设计分析.

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MRM-BEM本征值计算中波数k初始值的预估算法 李纪三, 王勇, 刘文鑫 2012, 29(3): 433-438.  摘要 ( )   PDF(272KB) ( )   利用基于多重互易的边界元法计算二维声学谐振腔的本征值和本征频率.通过搜索包含未知波数k的高阶行列式值的0点,来确定系统的本征值.基于波的传播原理,提出一种波数k初始值的粗略估计算法.计算了几种模型的估计算法的效率.研究多重互易边界元法基本解的阶数对结果精度的影响,发现基本解至少采用七重互易结果才收敛.数值结果与解析解和文献符合的很好,证明了方法的有效性和可靠性.

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一种可扩展的三维半导体器件并行数值模拟算法 成杰, 张林波 2012, 29(3): 439-448.  摘要 ( )   PDF(2294KB) ( )   在基于漂移-扩散模型的三维半导体器件数值模拟中,通过有限体积法进行数值离散,采用完全耦合的牛顿迭代求解非线性代数方程组,并使用基于代数多重网格预条件子的GMRES方法求解牛顿迭代中的线性方程组,构造一种稳健且高度可扩展的非结构四面体网格上求解半导体方程的并行算法.基于PHG平台实现该算法的并行计算程序,并对PN结和MOS场效应晶体管等问题进行了最大网格规模达到5亿单元、最大并行规模达到1 024进程的大规模数值模拟实验,结果表明,该算法计算效率高,可扩展性好.

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交换耦合相互作用对纳米晶粒各向异性的影响 孙艳 2012, 29(3): 449-452.  摘要 ( )   PDF(220KB) ( )   研究纳米磁性材料晶粒间的交换耦合相互作用,提出适合各种耦合条件晶粒界面及表面处各向异性的表达式.结果表明:软、硬磁性相晶粒间的交换耦合相互作用降低了硬磁性相晶粒的各向异性,提高了软磁性相晶粒的各向异性.软硬磁性晶粒的平均各向异性先增加后减小,在某个晶粒尺寸值达到最大值,这种变化趋势与相关的理论及实验结果一致.硬硬磁性晶粒的平均各向异性随晶粒尺寸的变化趋势与相关的实验结果也一致.

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PtIrn0,±(n=1~5)团簇结构与稳定性的理论研究 郭文录, 饶倩, 张秀荣 2012, 29(3): 453-458.  摘要 ( )   PDF(381KB) ( )   采用密度泛函理论(DFT)中的b3lyp方法,在lanl2dz基组水平上对PtIrn0,±(n=1~5)团簇的各种可能构型进行几何参数全优化,得到它们的基态构型,并对其稳定性进行计算研究.结果表明:PtIrn0,±(n=1~5)团簇存在多种异构体,在原子数较少时均为二维平面结构,随着原子数的增加其基态结构变为三维结构;团簇的热力学稳定性随着原子个数的增加越来越好,PtIr3+团簇稳定性最好,与纯Ir团簇相比,PtIrn(n=1~5)团簇更易得到电子,非金属性增强;Ir原子对团簇的稳定性起到了主导作用.

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自适应混合遗传算法优化团簇 邢小宁, 井西利, 马毅恒, 王全志, 许耀芸 2012, 29(3): 459-465.  摘要 ( )   PDF(331KB) ( )   提出一种用于原子团簇结构优化的方法,该方法把具有全局寻优能力的自适应遗传算法与基于牛顿法思想提出的局部优化方法相结合.碳团簇的结构优化用于验证新方法的合理性,计算结果与自适应遗传算法的结果相比较,证明所提出的局部优化方法能够有效地搜索到局部极值,计算结果和混合遗传算法的结果进行对比,证明提出的自适应混合遗传算法能有效地解决"早熟"现象,并且通过对C12的四次计算,表明该算法具有一定的稳定性.

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Feshbach共振下BCS-BEC渡越量子分析 李婧, 刘彬 2012, 29(3): 466-474.  摘要 ( )   PDF(478KB) ( )   考虑一个涵盖分子间相互作用的多体模型,给出一种半解析计算模型中费米原子对转化成玻色分子转化率的有效方法.这种方法主要使用独立交叉近似,并在平均场理论下推导出一个精确计算转化率的解析公式.对比分析证明,该解析公式的计算结果得到多体模型的数值分析的支持,并与Rice小组的6Li实验能够很好的吻合.