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2011年, 第28卷, 第1期
刊出日期：2011-01-25 上一期    下一期
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研究论文

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局部时间步长间断有限元方法求解三维欧拉方程 吴迪, 蔚喜军, 徐云 2011, 28(1): 1-9.  摘要 ( )   PDF(781KB) ( )   使用间断有限元方法求解三维流体力学方程.空间剖分采用非结构四面体网格,为了克服显格式在单元网格尺寸差别较大时计算效率低下的问题,在格式中采用局部时间步长技术(LTS),即控制方程在空间、时间上积分得到一种单步格式,既可以局部计算每个单元又避免了Runge-Kutta高精度格式处理三维问题时存储量过大的问题.为了提高流体力学方程计算精度,在计算单元边界的数值流通量时使用任意高阶精度方法(ADER).数值算例表明格式稳定有效.

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三维可压缩绕球流的整体线性稳定性研究 辛晓峰, 柳阳, 马东军, 孙德军 2011, 28(1): 10-18.  摘要 ( )   PDF(914KB) ( )   研究基于三维可压缩Navier-Stokes方程拟线化方法的整体稳定性问题的数值求解,采用隐式重启的Arnoldi方法求解其特征值问题.针对三维可压缩绕球基本流,研究其在亚临界参数Reynolds数Re=200,马赫数M=0.2,以及超临界参数Re=300,M=0.6下的整体稳定性问题.结果表明,Mach数的增加(直至M=0.6)对流场模态的转变没有定性影响.

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基于特征理论的二维无粘Lagrange流体力学有限体积法 孙宇涛, 任玉新, 于明, 张树道 2011, 28(1): 19-26.  摘要 ( )   PDF(604KB) ( )   提出一个求解二维无粘Lagrange流体力学方程的中心型有限体积方法.采用特征理论求解网格节点处的速度及压力,并利用这些物理量更新节点位置及计算网格界面通量.方法适用于结构网格与非结构网格.典型数值实验的结果表明,格式具有较好的收敛性、对称性、能量守恒性及鲁棒性,且能自然地求解多物质流动问题.

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变密度随机涡模型在湍流射流扩散火焰中的应用 朱跃进, 董刚, 刘怡昕, 范宝春 2011, 28(1): 27-34.  摘要 ( )   PDF(571KB) ( )   采用变密度随机涡模型,对H2/O2/N2湍流射流扩散火焰进行数值模拟,湍流过程通过涡的采样、涡的抑制和涡的翻转实现.其中,针对变密度反应流问题,提出一种大涡抑制的新机制,并详细讨论各种参数对模型预测效果的影响.计算结果表明,修改后的模型可以合理预测H2/O2/N2射流火焰结构,能够反映湍流的涡特性;模型中与涡采样和涡抑制有关的参数对预测结果有一定影响.

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区域谱元正压大气模式台风移动数值模拟试验 刘喜迎 2011, 28(1): 35-40.  摘要 ( )   PDF(610KB) ( )   针对地图投影坐标系下的正压原始方程组,将计算区域按三角形元进行分解,在三角形元内用三角形截断的勒让德多项式的积为插值函数对变量进行谱分解,发展出区域正压谱元大气模式.采用固定边界条件,以2006年5月15日08时500 hPa位势高度和风场为初值,在勒让德多项式最高阶数为3和7这两种情形下开展0601号台风"珍珠"移动的数值模拟试验.结果表明,数值模式模拟的风压场关系合理,数值模式的实现是成功的.

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基于离散裂缝模型的裂缝性油藏注水开发数值模拟 黄朝琴, 姚军, 王月英, 吕心瑞 2011, 28(1): 41-49.  摘要 ( )   PDF(1244KB) ( )   针对目前裂缝性油藏数值模拟方法存在的问题,基于单裂缝等效的概念,建立离散裂缝模型.对宏观大裂缝进行显式降维处理,在保证高计算效率的同时能够真实地反映裂缝对整个油藏流体流动的影响.详细阐述模型的基本原理,基于Galerkin加权残量法推导有限元数值计算格式,实现二维问题的数值模拟,通过算例验证模型和算法的正确性.以此为基础,分析裂缝对注水开发效果的影响.计算结果表明,对于裂缝发育程度不高尤其是当油藏中存在数条控制着流体流动方向的大裂缝时,离散裂缝模型具有很好的适用性.

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基于高精度自适应hp-FEM的随钻电阻率测井电场数值模拟 陈晓晖, 刘得军, 马中华 2011, 28(1): 50-56.  摘要 ( )   PDF(818KB) ( )   采用高精度自适应hp有限元(FEM)算法对随钻电阻率测井电场分布情况进行模拟,能够根据地层模型的实际情况和误差指示自动选择合适的细化方式和计算策略,不需要对整个求解域进行计算就能使有用信号呈指数速率准确地收敛到其真值附近.计算结果显示,获得的接收线圈感应电动势的相位差和幅度比曲线和地层分层情况吻合较好,有助于实际随钻电阻率测井资料的解释.

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基于空域分解的非线性有限声束快速计算 先永利, 杜宏伟, 王从政, 彭虎 2011, 28(1): 57-65.  摘要 ( )   PDF(983KB) ( )   研究非线性有限声束的一种快速数值计算算法.理论研究表明非线性有限声束存在多种耦合:谐波之间的全耦合,各场点沿轴向的递推耦合以及沿径向的局部耦合,因此可以通过声场的径向空间区域分割提高计算效率,采用多线程实现并行计算.对非线性高斯聚焦波的计算结果表明,当声场计算规模与分割线程数合理匹配时,算法能够显著提高计算速度同时保证计算精度,计算结果与理论分析相符.

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爆轰模拟不确定度的量化方法 马智博, 郑淼, 殷建伟, 胡杰, 魏兰 2011, 28(1): 66-74.  摘要 ( )   PDF(762KB) ( )   通过对数值模拟不确定度产生机制的理论分析以及对不确定度从考核区到应用区发展趋势的反演,展示数值模拟不确定度量化评估的关键技术.基于工程设计的现实需求和数值模拟中验证与确认的思想,提出数值模拟用于对爆轰系统进行科学预测时不确定度的评估框架,并结合实例对方法进行演示和验证.

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高能质子束探测稠密不均匀氘氚等离子体密度的SIRT算法 李雪梅, 沈百飞, 张晓梅, 王志文, 何燕和 2011, 28(1): 75-80.  摘要 ( )   PDF(309KB) ( )   应用同时迭代重建算法(SIRT)重建不均匀稠密氘氚等离子体的密度分布.在二维等离子体密度重建的数值模拟中,探测稠密等离子体的高能质子束可以由强激光和等离子体相互作用产生,且质子束经过稠密等离子体后的能量损失是比较重要的.如果已知入射质子束和出射质子束的能量分布,可以在出射质子束能量测量的误差水平未知的情况下用SIRT算法重建等离子体的密度分布.结果显示,SIRT算法的精确度高于以L-曲线为准则的Tikhonov正则化方法,并可以在数据量不完全时重建密度分布.

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Ladder型三能级介质中传播的少周期激光脉冲的空间分布 王蕾, 王振东, 梁变, 樊锡君 2011, 28(1): 81-86.  摘要 ( )   PDF(311KB) ( )   利用由时域有限差分法和预估校正法求得全波Maxwell-Bloch方程的数值解,研究少周期超短激光脉冲在Ladder型三能级原子介质中传播时脉冲及介质粒子布居的空间分布.结果表明,脉冲及介质粒子布居的空间分布规律随脉冲面积的改变而发生明显的变化.当脉冲面积较小时,脉冲形状不规则,振荡次数较多;当脉冲面积较大时,脉冲形状变得较为规则,振荡次数明显减少.随着脉冲面积的增大,脉冲振幅和传播速度逐渐增大,各能级粒子布居振荡次数增多,不同时刻的脉冲和粒子布居空间分布的变化明显减小.粒子布居的空间分布与脉冲的空间分布密切相关.

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用于光子相关光谱颗粒粒度测量的实数编码混合遗传算法 任师波, 韩鹏, 杨冠玲 2011, 28(1): 87-93.  摘要 ( )   PDF(345KB) ( )   提出一种自动缩小反演范围的实数编码混合遗传算法,并用于光子相关光谱颗粒粒度测量中.该算法利用混沌遍历性质,融入模拟退火算法,具有较强的局部搜索能力.通过数值模拟,讨论在无噪声和多种噪声水平影响下单分散颗粒系的反演结果;分析90 nm聚苯乙烯标准颗粒样品的实验测量数据.结果表明,反演的粒径分布在峰值位置、峰宽度、峰对称性等方面很接近颗粒的真实分布,具有较强的抗噪声干扰能力.

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金属纳米锥表面吸附分子分布的数值模拟 游荣义, 何红生, 黄晓菁 2011, 28(1): 94-98.  摘要 ( )   PDF(505KB) ( )   在均匀外电场中,将吸附在由过渡金属基底生长的纳米锥颗粒表面的CO分子等效为偶极子,在考虑偶极子与局域电场,偶极子之间色散力及偶极子与锥表面原子之间三种相互作用的情况下,给出各相互作用能的数学模型,并用Monte Carlo方法进行数值模拟,得到纳米锥颗粒表面吸附CO分子的空间分布构型.结果表明,在这些相互作用下,纳米锥表面吸附CO分子产生局部凝聚,且随着纳米锥角的变小,吸附在锥顶部的分子更加密集,导致吸附分子间相互作用更强,为解释纳米结构表面吸附体系的异常红外效应提供依据.

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C2团簇在金刚石(111)表面吸附结构的分子动力学模拟 郭德成, 李双, 闫孟泽, 赵艳春, 李之杰 2011, 28(1): 99-104.  摘要 ( )   PDF(573KB) ( )   利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究荷能的C2在金刚石(111)表面的化学吸附过程.模拟300 K时,初始入射动能分别为1,20,30 eV的C2团簇从6个不同位置轰击金刚石(111)表面,观察到C2团簇在金刚石(111)表面形成的吸附结构,表面C原子键的打开以及C2团簇与表面C原子成键等物理过程,并讨论不同入射位置和入射能量对沉积团簇的结构特性的影响.结果表明,对于表面不同的局部构型,C2团簇发生不同的碰撞过程,C2团簇入射能量的提高有利于成键过程的发生,从原子尺度模拟沉积机制.

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萤石结构TiO2热力学性质的第一性原理计算 胡燕飞, 袁玉全 2011, 28(1): 105-110.  摘要 ( )   PDF(424KB) ( )   利用第一性原理平面波赝势密度泛函理论研究TiO2的结构,其零温零压下的晶格常数和常温下的体弹模量及其对压强的一阶导数的计算结果与实验值和其他理论计算结果相符.通过准谐德拜模型,获得了相对晶格常数、相对体积、体弹模量、热膨胀系数、热容与温度和压强的关系.

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金红石→萤石TiO2相变的第一性原理计算 周志坚, 胡燕飞 2011, 28(1): 111-118.  摘要 ( )   PDF(397KB) ( )   利用第一性原理平面波密度泛函理论并结合准谐德拜模型,对TiO2从金红石结构到萤石结构的相变进行理论研究.依据焓相等原理,得到TiO2从金红石结构到萤石结构的相变压强为45.32 GPa,并通过吉布斯能的计算发现相变压强随温度的增加而增加,运用拟合的方法估计实验条件下的相变压强(温度为1900-2100K时,Pt=47.604~47.756 GPa).运用等吉布斯能原理,得到零压下从金红石到萤石结构TiO2的相变温度为2029 K.计算结果与实验及其他理论值相符,并通过准谐德拜模型成功获得相变前后的结构和热力学性质,如相对体积、热膨胀系数、热容和德拜温度等.

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通过控制钙和钾离子流抑制心脏中的螺旋波和时空混沌 钟敏, 唐国宁 2011, 28(1): 119-124.  摘要 ( )   PDF(787KB) ( )   采用LuoRudy91心脏模型研究螺旋波和时空混沌的控制,提出联合使用钙通道激动剂和钾通道阻滞剂的控制策略来增大钙离子电导率和减小钾离子电导率,达到消除心脏组织中的螺旋波和时空混沌的目的.数值模拟结果表明,该方法可以有效抑制螺旋波和时空混沌,即使介质存在无扩散功能的缺陷时该方法仍有效.对控制机制做简单探讨.

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1+1维含噪声Kuramoto-Sivashinsky方程表面宽度分布率的数值计算 杨细全, 唐刚, 韩奎, 夏辉, 郝大鹏, 寻之朋, 周伟, 温荣吉, 陈玉岭, 王娟 2011, 28(1): 125-130.  摘要 ( )   PDF(351KB) ( )   通过对1+1维含噪声Kuramoto-Sivashinsky(KS)方程进行数值计算,得到其在饱和状态下的表面宽度分布率并与Kardar-Parisi-Zhang(KPZ)方程进行比较.结果表明,1+1维含噪声KS方程的表面宽度分布率标度函数受有限尺寸效应影响较小,并与KPZ方程具有相近的表面宽度分布率标度函数.

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旁耦合于介观环与铁磁电极量子点系统中的自旋极化输运 黄睿, 吴绍全, 闫从华 2011, 28(1): 131-137.  摘要 ( )   PDF(378KB) ( )   借助单杂质Anderson模型哈密顿量,及利用格林函数和运动方程等理论,研究旁耦合于介观环和铁磁电极的量子点系统中的极化输运特性.结果表明,通过调节点-环耦合强度、铁磁电极中的极化强度、磁矩相对取向及温度等,均能实现控制体系中自旋极化电流的目的,达到自旋阀效应.为此系统作为一种新的自旋电子材料提供理论依据.

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一种数字集成电路链状频繁子电路提取算法 潘伟涛, 谢元斌, 郝跃 2011, 28(1): 138-144.  摘要 ( )   PDF(385KB) ( )   基于数据挖掘思想,提出一种链状结构模板的规律性提取算法,解决集成电路规律性提取算法复杂度过高的问题.通过对边权值进行编码,将复杂子电路的同构搜索转化为边权值序列的匹配问题.模板扩展过程利用剪枝策略删除非频繁子电路,提高了规律性提取效率.将模板的产生与子电路的同构搜索过程合并,简化规律性提取流程.解决大规模集成电路中规则性提取复杂度过高的问题.结果表明,算法比SPOG与TREE算法更能充分提取电路的规律性,得到较好的电路覆盖.

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4H-SiC金属-半导体场效应晶体管大信号I-V特性和小信号参数的计算 王平, 杨银堂, 刘增基, 尚韬, 郭立新 2011, 28(1): 145-151.  摘要 ( )   PDF(311KB) ( )   基于碳化硅金属-半导体场效应晶体管内部载流子输运的物理特性分析,建立适于精确计算4H-SiCMESFET器件大信号电流-电压特性和小信号参数的解析模型.该模型采用场致迁移率、速度饱和近似,并考虑碳化硅中杂质不完全离化效应及漏源串联电阻的影响,栅偏置为0 V时,获得最大跨导约为48 mS·mm-1.计算结果与实验数据有很好的一致性.该模型具有物理概念清晰且计算较为准确的优点,适于SiC器件以及电路研究使用.

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考虑互连温度分布的缓冲器插入延时优化方法 董刚, 柴常春, 王莹, 冷鹏, 杨银堂 2011, 28(1): 152-158.  摘要 ( )   PDF(503KB) ( )   针对VLSI设计中存在的互连电感效应、热电耦合以及互连温度分布的问题,提出一种缓冲器插入延时优化方法.首先根据互连温度分布的特点得出其电阻模型和延时模型,通过延时、功耗和温度之间的热电耦合效应求得考虑互连温度分布的缓冲器插入最优化延时,利用Matlab软件求得最佳优化结果.采用该方法针对45 nm工艺节点的缓冲器插入进行分析和验证,证实了方法的有效性.研究表明,忽略互连电感效应会高估芯片的优化延时,忽略互连温度分布会低估芯片的优化延时,在全局互连尺寸较小(线宽为245 nm)时,忽略互连温度分布会低估互连延时8.71%.