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2011年, 第28卷, 第3期
刊出日期：2011-05-25 上一期    下一期
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研究论文

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自适应截断方法在光子电子能量沉积计算中的应用 邱有恒, 应阳君, 王敏, 陈行良 2011, 28(3): 317-322.  摘要 ( )   PDF(338KB) ( )   在光子与电子沉积能的数值计算中,电子截断能的高低显著地影响计算效率与精度.关于电子截断能的选取,目前没有统一的标准.给出一种根据网格尺度、网格材料与电子位置自适应确定电子截断能的方法.自适应截断方法以电子在网格中的剩余总行程小于其到网格界面的最短距离作为截断条件.同MCNP程序自带的CUT方式相比,自适应方法的计算精度与效率更高.最重要的是,对任意能量、网格尺寸的模型,自适应方法均可胜任,完全无需人为判断.

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提高超高能中子计算效率的蒙特卡罗抽样技巧 李树, 田东风, 邓力 2011, 28(3): 323-328.  摘要 ( )   PDF(309KB) ( )   利用蒙特卡罗方法模拟中子与中子碰撞及超高能中子的产生与输运,原有抽样方法需要模拟大量样本方能使与超高能中子有关统计量的计算误差达到要求.针对ICF聚变靶中子输运问题的特点,发展一种"加权赌分裂抽样方法",以增加重要区域的抽样数、减少非重要区域的抽样数,同时通过权修正保证计算结果无偏.典型模型数值模拟计算结果显示,该方法能够有效增加聚变区的中子抽样数、增加中子相互碰撞数,使超高能中子通量计算误差显著降低,达到提高超高能中子计算效率的目的.

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射频辉光放电CH4等离子体一维流体动力学模拟 吕少波, 蔺增, 巴德纯, 王庆 2011, 28(3): 329-340.  摘要 ( )   PDF(717KB) ( )   完整建立一个关于射频辉光放电CH4等离子体的流体动力学模型.模型包括基于迁移-扩散近似的粒子平衡方程、电子能量平衡方程,共包含了20种粒子(环境气体粒子,激发态粒子,离子和电子)和49类化学反应(电子-中性环境粒子、离子-中性环境粒子、激发态粒子-激发态粒子(中性环境粒子)).结果表明,在强电场区域有较高的电子反应率系数;等离子体中除源气体CH4外,H2,C2H6,C3H8,C2H4和C2H2也有较高的密度含量;激发态粒子中,CH3含量最高,密度约为1019m-3;在较低放电压力时(如18 Pa),CH5+在离子成分中密度含量最高,当放电压力较高时(如67Pa),C2H5+在离子成分中占主导地位;除C2H5+外,其它各离子和激发态粒子在极板上的粒子流量随功率的增大逐渐升高.

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显式有限元中的一种并行接触算法 白小勇, 何颖波, 陈成军 2011, 28(3): 341-346.  摘要 ( )   PDF(289KB) ( )   开发一种显式非线性有限元分析中的并行接触算法.基于区域分割技术将桶排序全局搜索方法并行化,各处理器通过桶编号向量检测相互交叠及潜在的点-面接触对.根据数据通信的特点将接触对分为三类,对各类接触对分别设计通信策略.数值算例表明,并行算法具有较高的加速比、并行效率及良好的可扩展性.

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粘性不可压流的变分多尺度数值模拟 朱海涛, 欧阳洁, 王晓东 2011, 28(3): 347-354.  摘要 ( )   PDF(774KB) ( )   在变分多尺度的理论框架内,将待求解的各个物理量分解到"粗"、"细"两种尺度上.在"细"尺度上采用"泡"函数作为近似函数,通过Petrov-Galerkin方法得到"细"尺度上的近似解;然后引入求解"粗"尺度方程所需的稳定项及与其相适应的稳定化因子;最后运用有限元方法求解"粗"、"细"两种尺度耦合的整体变分多尺度方程,得到有限元近似解.数值算例表明,该处理方法成功地消除了数值求解粘性不可压Navier-Stokes方程过程中,由对流占优和速度-压力失耦引起的数值伪振荡;所引入的稳定化因子适用于结构网格及非结构网格上的数值计算.

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方腔内微细颗粒物运动特性的格子Boltzmann方法模拟 蔡新桃, 郭照立, 郑林, 郑楚光 2011, 28(3): 355-360.  摘要 ( )   PDF(365KB) ( )   对Masselot and Chopard提出的模拟气固两相流动的格子Boltzmann-格子气(LBE-LGA)方法进行推广,能够反映两相间拖曳作用.利用该方法研究封闭方腔内的气固两相流运动特性,分析斯托克斯数St和模拟颗粒数目对颗粒群运动的影响,并与文献结果进行比较,表明LBE-LGA方法模拟颗粒运动是可行的.

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格子Boltzmann方法模拟自然对流作用下融化传热过程 杲东彦, 陈振乾 2011, 28(3): 361-367.  摘要 ( )   PDF(383KB) ( )   建立自然对流作用下融化的格子Boltzmann双分布函数模型,根据非线性对流扩散方程的格子Boltzmann模型理论提出一个新的表征融化温度场的分布函数演化方程,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性传热问题.应用模型对热传导融化及自然对流融化特别固液变热物的融化过程进行模拟.模拟结果与分析解、经典的关联式结果吻合较好,模型的正确性得到了验证.模拟结果表明,自然对流对融化传热过程有着重要的影响,此外固相热传导也对融化传热、融化速率及固液两相温度分布都有一定影响.

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一种适用于各向异性材料的修正PUFF物态方程 黄霞, 汤文辉, 蒋邦海, 王道荣 2011, 28(3): 368-374.  摘要 ( )   PDF(348KB) ( )   给出一种适用于各向异性材料的修正PUFF物态方程,既能体现各向异性材料在压缩和膨胀过程中材料体积变化的非线性特征,又能反映材料的各向异性强度效应.以正交各向异性材料二维碰撞问题和X射线辐照下的二维热击波为例,利用有限元方法编写程序进行数值模拟,对根据传统PUFF物态方程和修正PUFF物态方程计算得到的平均正应力值作对比研究,结果表明,低压和拉伸状态下二者存在明显差异,在高压下二者趋于一致.

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修正表面张力算法的SPH方法及其实现 强洪夫, 陈福振, 高巍然 2011, 28(3): 375-384.  摘要 ( )   PDF(745KB) ( )   在Morris提出的表面张力SPH方法基础上,通过引入CSPM方法对边界法向的计算和曲率的计算进行修正,得到表面张力修正方程组;通过半圆形算例测试方法和Morris方法在边界定位、法向计算和曲率计算等影响表面张力关键因素的求解精度,研究曲率计算中应采用的光滑长度值.模拟初始方形液滴在表面张力作用下的自然变化过程,并与Morris方法及VOF有限体积法进行对比,表明方法精度较高,稳定性较好.最后,模拟水溶液中两个油滴的互溶过程.

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稠油油藏试井理论研究 杜殿发, 李冬冬, 石达友, 徐涛 2011, 28(3): 385-396.  摘要 ( )   PDF(419KB) ( )   分析研究国内外稠油热采模型文献资料,总结归纳了9种稠油热采模型,主要包括非牛顿流体均质地层模型、二区复合模型、三区复合模型、多区复合模型、考虑重力超覆的数学模型以及干扰分析等,并对部分压力变化曲线及压力导数变化曲线做了简要的分析.比较各模型的优缺点,并指出目前的模型存在的问题以及稠油试井的发展趋势.

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精确几何单元下弹性薄体结构问题的边界元法分析 谷岩, 张耀明, 李功胜 2011, 28(3): 397-403.  摘要 ( )   PDF(381KB) ( )   对圆弧单元下的几乎奇异积分,采用变量替换法进行正则化,然后采用通常的高斯求积公式进行计算,可获得相当高的计算精度,即使是超薄的薄体结构,方法仍然十分有效.

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一阶速度-应力Biot双相各向同性介质弹性波波场分离数值模拟 陈可洋 2011, 28(3): 404-412.  摘要 ( )   PDF(758KB) ( )   提出一种等价的一阶双曲型速度-应力Biot双相各向同性介质弹性波波动方程,以实现双相介质混合波场中纯快慢纵波和纯横波波场分离的问题.应用散度和旋度理论证明双相介质等价方程波场分离的可行性,采用高阶交错网格有限差分法构建高精度正演算子,推导其PML吸收边界条件和稳定性条件,并对均匀双相介质和层状非均匀双相介质模型进行数值模拟试验,准确得到固流相混合弹性波场、被完全分离的纯纵横波波场,同时边界吸收效果良好,数值模拟精度较高.计算结果还表明,固流相中的快慢纵波相互伴生因而无法实现分离,且归属于纯纵波波场,流相慢纵波能量比固相慢纵波能量强,这对认识双相介质弹性波的传播规律以及完善双相介质理论具有重要意义.

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UPML吸收边界条件统一建模与优化方法 柴焱杰, 孙继银, 李琳琳, 孙东阳 2011, 28(3): 413-419.  摘要 ( )   PDF(505KB) ( )   单轴各向异性介质完全匹配层(UPML)是时域有限差分方法(FDTD)的一种理想的吸收边界条件,但多个子区域的迭代运算增加了UPML实现的难度和耗用资源.通过寻找UPML区域中介质属性的变化规律,提出实现UPML吸收边界条件的统一建模方法,并在此基础上提出两种精简辅助变量占用空间的优化算法——六区域分割方法和压缩变量方法.计算结果表明,统一建模方法只需三次循环即可完成三个方向所有介质参数及迭代系数的初始化;六区域分割方法虽然节省了大量无用存储空间,但速度最慢;压缩变量方法不仅节省存储空间、方便编程实现,而且提高了仿真速度.

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考虑互耦的半波振子线阵辐射和散射方向图综合 张帅, 龚书喜, 关莹, 龚琦 2011, 28(3): 420-426.  摘要 ( )   PDF(424KB) ( )   对于半波振子阵列天线,可用感应电动势法算得其阻抗矩阵,依据等效电路原理计入单元间的互耦计算辐射场.将其推广至考虑互耦的散射场计算,基于此辐射场和散射场的计算公式,提出一种考虑互耦同时综合半波振子阵列天线辐射和散射方向图的新方法.运用粒子群优化算法,通过优化振子的间距,同时综合指定辐射和散射方向图.运用该方法,通过对中心工作频率处的辐射和散射特性以及在威胁角度给定频带内的散射特性优化,有效降低半波振子阵在中心工作频率处的辐射和散射方向图的副瓣电平,并减小其在威胁角度给定频带内的雷达散射截面.计算结果与FEKO仿真结果吻合良好,验证方法的正确性.

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周期栅格结构表面的零反射现象 王海涛, 叶宏 2011, 28(3): 427-432.  摘要 ( )   PDF(342KB) ( )   为研究周期微栅格对材料法向反射特性的影响规律,利用时域有限差分(FDTD)方法计算周期在6~14μm之间的一维硅栅格结构的光谱法向反射率,通过选择合适的栅格轮廓和参数,在不同波长位置实现零反射现象.在此基础上分析三角形栅格的深度H和刻蚀宽度L对其光谱法向反射率的影响,发现在3.23μm和8.7μm附近实现零反射现象的最佳栅格参数.

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应用粒子群算法进行光学自动设计 秦华, 万云芳, 张伟元 2011, 28(3): 433-437.  摘要 ( )   PDF(292KB) ( )   将粒子群算法用于光学系统的设计优化中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计了关于曲率半径r、透镜面之间的距离d和玻璃折射率n等光学系统结构参数的适应度函数,用此函数作为评价函数实现对像差的自动校正.给出用粒子群算法进行光学系统设计的实例.结果证明,粒子群算法可以克服以往光学设计中高度依赖初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度.

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EAST低混杂波功率沉积和电流驱动剖面控制的数值模拟 段文学, 吴斌 2011, 28(3): 438-444.  摘要 ( )   PDF(362KB) ( )   对原有的低混杂波电流驱动模拟程序进行改进,使之能够研究EAST上如何控制低混杂波功率沉积和电流驱动分布.在EAST非圆截面的平衡位形下,应用改进后的程序详细计算不同低混杂波功率谱、等离子体密度和温度分布对低混杂波功率沉积位置和电流驱动剖面分布的影响.通过计算发现,选取合适的低混杂波功率谱,等离子体温度分布和密度分布可以对功率沉积位置和电流驱动分布的剖面进行控制;调节等离子体温度分布可以很好的控制低混杂波近轴电流驱动分布和离轴电流驱动分布.

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旋转筒内黑索今和铝颗粒混合与分离的计算机模拟 黄德财, 陆明, 赵省向 2011, 28(3): 445-450.  摘要 ( )   PDF(554KB) ( )   采用分子动力学方法对旋转圆筒内黑索今和铝二元颗粒体系进行模拟.模拟结果表明,混合均匀度与填料方式无关.当圆筒壁无挡板时,圆筒的旋转可以使黑索今和铝颗粒发生相分离现象,当有挡板时,可以增加混合效应.另外,对上述混合与分离现象给予了一定的理论解释.

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含色心BaMgF4晶体电子结构的研究 康玲玲, 刘廷禹, 张启仁, 徐灵芝 2011, 28(3): 451-455.  摘要 ( )   PDF(306KB) ( )   运用相对论性的密度泛函离散变分法(DV-Xα)研究BaMgF4晶体中F型色心的电子结构.计算中采用冻结原子核的H原子模拟F心,在DV-Xα源程序增加H原子2p态,使F心激发态的计算结果在物理上更加合理.计算结果表明,F心的基态和激发态均出现在禁带中;并用过渡态的方法计算得到F心的电子从基态到激发态的光学跃迁能量为5.12 eV,对应242 nm处的吸收带,计算结果与实验结果吻合得很好,因此,推测F心在BaMgF4晶体中引起236~274 nm的吸收.

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CeO2热力学性质的第一原理研究 黄多辉, 罗华锋, 袁娣, 王藩侯, 蒋刚 2011, 28(3): 456-462.  摘要 ( )   PDF(430KB) ( )   使用第一性原理方法结合准谐德拜模型研究压力0~30 GPa,温度0~2 000 K,二氧化铈立方结构的热力学性质,包括常压下平衡体积V、体弹模量B0、热容cp和熵S随温度的变化以及不同压强下热容cp、熵S、德拜温度Θ,体膨胀系数α与温度的关系.常压下计算的热容cp和熵S随温度的变化与实验数据符合很好.

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一维含时Gross-Pitaevskii方程下三个玻色-爱因斯坦凝聚体间的干涉 车立新, 罗香怡, 苏明辉 2011, 28(3): 463-468.  摘要 ( )   PDF(472KB) ( )   从理论上应用辛算法数值求解一维含时GP方程,研究存在陷浮势和陷浮势为零时三个玻色-爱因斯坦凝聚体间的干涉.当陷浮势存在时,玻色-爱因斯坦凝聚体间发生弹性碰撞;如果在t=0时陷浮势为零,三个凝聚体间发生干涉现象,并且发现几率密度随着时间的演化是振荡的.

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相空间重构中延迟时间选取的新算法 张菁, 樊养余, 李慧敏, 孙恒义, 贾蒙 2011, 28(3): 469-474.  摘要 ( )   PDF(321KB) ( )   根据Takens提出的嵌入理论,对比研究在相空间重构过程中对延迟时间选取的若干方法,提出一种新的平均位移-互信息联合算法.在互信息函数的具体计算上,引入二叉树的方法划分和标记网格,克服了以往算法繁琐、难以编程实现的缺点,并通过判断稀疏网格所占比例控制划分层数,获得较高的精度.最后通过对R ssler系统和Lorenz系统的数值仿真,证明算法具备更高的可行性与准确度.