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2011年, 第28卷, 第4期
刊出日期：2011-07-25 上一期    下一期
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研究论文

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基于JASMIN框架的FFT并行解法器及其应用 郭红, 曹小林, 胡晓燕 2011, 28(4): 475-480.  摘要 ( )   PDF(1186KB) ( )   为解决并行应用程序使用FFTW(Fastest Fourier Transform in the West)并行软件包所面临的计算规模难以扩展、数据结构变动大、实现不同数据结构间通信难度大、接口不确定等问题,在JASMIN框架内设计实现FFT并行解法器.该解法器封装了数据分布存储、数据通信等并行计算细节,通过重新分布存储数据,调用一维FFT变换实现高维FFT的并行计算,并提供规范接口,支撑用户简便地实现FFT的并行计算.数值测试表明,该解法器具有很好的并行性能.该解法器已应用于激光等离子体成丝不稳定性的数值模拟并行程序,它在2048个处理器上的并行效率可达80%以上.

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声学Burton-Miller方程边界元法GPU并行计算 黄铄, 校金友, 胡玉财, 王焘 2011, 28(4): 481-487.  摘要 ( )   PDF(766KB) ( )   基于GPU,对声学Burton-Miller积分方程的边界元解法进行并行计算.提出并行计算格式和程序实现方法,以及Burton-Miller方程中各类奇异(包括强奇异、超奇异)积分的GPU计算和局部修正方法.典型算例结果表明,在特征频率处可获得正确的解,具有较高精度,可在普通个人计算机上快速完成自由度超过2×105的声学边界元分析.为计算声学及相关工程领域的中、大规模声场分析问题提供一种快速、高效、简便的数值计算工具.

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热传导方程三层并行差分格式初始条件的计算 左风丽, 崔霞, 袁光伟 2011, 28(4): 488-492.  摘要 ( )   PDF(238KB) ( )   给出二维热传导问题的三层差分格式初始条件的一种显式计算方法,对于由此形成的内边界预估校正三层并行差分算法,证明稳定性和收敛性定理.并行数值试验表明,方法稳定,且与通常采用隐式格式计算初始条件的方法相比,易于程序实现;与已有的扰动算法相比,能大幅度减小误差.

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一种二阶混合有限体元格式的GAMG预条件子 周志阳, 聂存云, 舒适 2011, 28(4): 493-500.  摘要 ( )   PDF(377KB) ( )   针对一种含跳系数椭圆问题的二阶混合有限体元格式,讨论求解相应离散系统PGMRES法的预条件子构造问题.通过严格的理论分析,建立分层基下该二阶混合有限体元刚度矩阵和二次有限元刚度矩阵的谱等价关系,并利用关于二次有限元刚度矩阵的一种基于分层思想的GAMG预条件子,为二阶混合有限体元刚度矩阵设计一种高效GAMG预条件子.数值结果验证理论分析的正确性和新预条件子的高效性与稳定性.

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针对流体大变形问题网格邻域可变技术 王瑞利, 林忠, 魏兰 2011, 28(4): 501-506.  摘要 ( )   PDF(686KB) ( )   结合大量实际问题,研究基于邻域可变的拉氏局部重分新方法,允许网格邻域在计算中局部跟随流体可变,虽然可能会导致任意多边形网格,但比标准的拉氏+重分方法有更好的拉氏特点.网格邻域可变的局部重分策略是基于计算过程中处理网格相交的思想,即在网格相交处改变网格邻域关系,使网格不会出现相交,保持计算正常进行.通过几个数值例子论证方法的特点,并与标准的拉氏+重分方法进行比较,显示其优点.

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液舱横荡非结构网格高阶格式数值模拟 明平剑, 段文洋 2011, 28(4): 507-514.  摘要 ( )   PDF(574KB) ( )   提出一种液舱横荡数值模拟的方法,将气液两相交界面视为物理间断,通过高阶精度离散格式捕捉间断.根据NVD(Normalized Variable Diagram)实现非结构化网格上高精度离散格式,建立固定网格上自由表面运动模拟方法.在开发的非结构网格有限体积法求解器GTEA(General Transport Equation Analyzer)基础上,实现上述方法.首先对经典的溃坝过程进行模拟,并与文献结果对比验证方法和程序的可信度.对二维矩形液舱在不同激振频率时的横荡进行数值计算,并与实验以及商业软件CFX计算结果进行比较.结果表明方法和软件可以模拟自由面的翻卷、破碎运动现象,对距自由面较深点处流体载荷的计算结果与实验值符合较好,与商业软件CFX相比,在相同计算网格下,算法可以更好的计算次峰值,验证方法正确可行.

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二维管道充填过程的修正SPH模拟 任金莲, 欧阳洁, 蒋涛 2011, 28(4): 515-522.  摘要 ( )   PDF(1289KB) ( )   通过施加一种密度初始化方法对传统光滑粒子动力学(SPH)方法进行修正,提出一种修正SPH方法.同时,为了提高边界上数值计算的准确性,提出一种新的固壁边界处理方法.通过修正SPH方法模拟液滴拉伸问题和溃坝问题,验证修正SPH方法的准确性和可靠性.随后,对研究很少的管道充填过程进行修正SPH模拟,并讨论Re对流场及涡的影响.数值结果表明,修正SPH方法能够准确模拟牛顿流体管道充填过程,且流动受Re的影响较大.

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物体入水的光滑粒子法模拟 杨秀峰, 彭世镠, 刘谋斌 2011, 28(4): 523-528.  摘要 ( )   PDF(443KB) ( )   利用LANS-α(Lagrangian-averaged Navier-Stokes-alpha)模型对传统的光滑粒子法进行改进.通过模拟半浮力和零浮力水平圆柱的入水过程,验证改进的光滑粒子法.模拟结果与实验以及其它数值模拟结果符合的很好,表明改进的光滑粒子法适用于研究物体入水问题.

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圆管内自由固体相变材料定热流接触熔化 赵元松, 梁卫华, 陈文振 2011, 28(4): 529-534.  摘要 ( )   PDF(510KB) ( )   针对水平圆管内自由固体相变材料储能时的吸热熔化,运用接触熔化理论建立定热流圆管热源接触熔化模型.运用Nusselt液膜理论,建立熔化控制方程,并求解得到无量纲熔化方程组.分析讨论不同工况下熔化速度、液膜层厚度和压力分布等熔化参数的变化规律,探讨各影响因素对熔化的影响,并与温差熔化结果进行比较,研究第二类热边界条件下的接触熔化规律.发现,熔化过程中随着固体高度的减小,接触熔化液膜厚度逐渐增大,使熔化速度降低;热流密度较小时,其变化对熔化影响显著.

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带通道插件管道流磁流体动力学效应的数值模拟 毛洁, 潘华辰, 聂欣 2011, 28(4): 535-539.  摘要 ( )   PDF(272KB) ( )   采用二维完全发展流模型对聚变反应堆包层带通道插件和压力平衡槽隙的矩形磁流体管流的MHD效应进行数值模拟,分析速度分布,MHD压降随哈德曼数以及通道插件的电导率的变化规律.与无插件磁流体管流相比,带绝缘通道插件管流MHD压降显著降低,MHD压降随哈德曼数的增加而减小,通道插件材料的电导率增加MHD压降系数减小.压力平衡槽隙处的回流与通道插件的电导率有关.在宏观上计算结果与实验结果和简化理论结果一致.

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面心立方铜晶体中空洞生长与贯通的尺寸效应 庞卫卫, 张广财, 许爱国, 卢果 2011, 28(4): 540-546.  摘要 ( )   PDF(969KB) ( )   利用分子动力学方法模拟沿拉伸方向排布的两个空洞在单轴拉伸作用下的动力学行为.着重研究不同尺寸空洞对其拉伸贯通过程的影响.结果表明,不同尺度的空洞都是通过空洞表面发射位错环长大与贯通的.空洞在弹性阶段沿加载方向缓慢长大,在塑性阶段沿垂直方向生长后形成类八面体形状.随空洞尺寸的减小,临界屈服应力逐渐增大.当半径较大时,位错对称成核、迁移,空洞沿加载方向被拉长,演化过程相似;当半径较小时,位错不对称成核,空洞沿垂直方向被拉长.空洞生长分为弹性变形、独立长大、融合贯通和平稳生长四个阶段.独立生长阶段随尺寸的减小逐渐缩短甚至消失.

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振动桥梁CFD数值模拟的网格运动算法 索奇峰, 吴晴, 钟易成, 李明水 2011, 28(4): 547-553.  摘要 ( )   PDF(1102KB) ( )   针对非流线型桥梁断面模型,采用Delaunay背景网格方法、棱边弹簧及线性弹簧网格方法,研究非结构网格与结构网格条件下,计算域网格运动的特点及算法优劣.研究表明,在正常的桥梁断面振动振幅内,三种网格运动方法均能保持网格变形时不会失效,其中Delaunay背景网格方法耗时最少,线性弹簧网格方法获得网格质量最高;在大振幅状态下,结构化网格容易失效,线性弹簧网格方法可最大限度保证网格有效.

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大型平面阵列天线辐射方向图的小阵外推计算和综合方法 张帅, 龚书喜, 关莹, 龚琦 2011, 28(4): 554-560.  摘要 ( )   PDF(409KB) ( )   基于子阵思想,小型阵列的单元辐射场等效大型阵列中相似环境下单元的辐射场,利用叠加定理计算大型阵的总辐射场.基于此方法和平面阵的辐射机理,提出运用小型直线阵外推计算大型平面阵辐射场的方法.有效地减小了计算量.利用此方法结合遗传算法通过优化单元的馈电幅度,综合了10×10元低副瓣微带贴片平面阵列天线,结果与HFSS仿真结果吻合良好.

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FDTD结合DFT分析宽频高功率微波大气传播 赵朋程, 周海京, 唐涛, 林文斌, 廖成 2011, 28(4): 561-568.  摘要 ( )   PDF(400KB) ( )   联立麦克斯韦方程与电子流体方程,用时域有限差分法(FDTD)模拟高斯型和阻尼正弦型等宽频高功率微波(HPM)的大气传播.在每个时间网格上,根据窄带脉冲的电子速度,通过离散傅立叶变换(DFT)方法求解出宽频脉冲的等效电场,将等效电场和压强代入电离参数公式,使电离参数随空间网格不断更新,提高计算准确性.结果表明,宽频HPM脉冲幅值、脉宽以及海拔高度等参数对大气击穿有明显的影响;大气击穿导致尾蚀效应;随着传播距离的增加,宽频HPM脉冲的尾部衰减加剧,脉宽缩短,引起宽频脉冲的频谱出现展宽、分裂及中心频率移动等现象.

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高空核爆炸注入辐射带电子的大气扩散损失 牛胜利, 罗旭东, 王建国, 乔登江 2011, 28(4): 569-575.  摘要 ( )   PDF(294KB) ( )   利用辐射带电子大气倾角扩散的福克-普朗克方程,通过推导与拟合处理扩散系数表征式,构造二阶精度有限差分格式,给出辐射带捕获电子大气扩散损失的数值计算方法.计算高空核爆炸裂变β谱电子注入辐射带后在不同L壳上的通量损失和能谱变化,结果表明,当L < 1.3时,大气作用引起的扩散损失效应明显,低能电子比高能电子消失要快,电子通量初始阶段衰减很快,随后逐渐近似成时间指数函数形式衰减.

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NFX(X=-1,0,+1)分子离子基态的结构与势能函数 肖夏杰, 蒋利娟, 刘玉芳 2011, 28(4): 576-582.  摘要 ( )   PDF(334KB) ( )   用密度泛函理论的B3LYP方法,分别以6-311++g(df,3pd),6-311g(3d,3p)和6-311++g(3df,3pd)为基函数对NF分子、NF+和NF-离子基态进行几何优化和频率计算,并进行单点能扫描计算.用最小二乘法拟合得到NFX(X=-1,0,+1)分子离子基态的Murrell-Sorbie势能函数.利用得到的解析势能函数计算出的NF分子和NF+离子基态光谱常数(Be,αe,ωe,ωeχe)与实验值符合很好.首次得到NF-离子基态的光谱常数(Be,αe,ωe,ωeχe)和力常数(f2,f3,f4),为NF-离子基态的后期研究提供理论参考.

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稠密V型介质中双色飞秒脉冲及频谱演化的RCEP调制 梁变, 贾克宁, 梁颖, 仝殿民, 樊锡君 2011, 28(4): 583-588.  摘要 ( )   PDF(335KB) ( )   利用不含慢变振幅近似和旋波近似的全波Maxwell-Bloch方程组的数值解,研究单光子共振和失谐两种条件下,相对载波包络相位(RCEP)对在稠密V型三能级原子介质中传播的双色sech型飞秒超短脉冲及频谱演化的影响.结果表明,RCEP对双色脉冲的传播形式及频谱特性的调制在失谐情况比在单光子共振情况显著,在失谐条件下调节RCEP可获得比单光子共振条件下大得多的频谱展宽,出现了最高频率达到入射脉冲中心频率18倍的超连续谱.

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啁啾激光脉冲受激拉曼散射理论和粒子模拟 许峰, 曹莉华 2011, 28(4): 589-597.  摘要 ( )   PDF(410KB) ( )   从入射光波、散射光波和等离子体波的三波耦合方程出发,推导小带宽频率啁啾对拉曼散射的影响.得到频率啁啾对拉曼背向散射有抑制作用,且背向散射不依赖于啁啾符号;正(负)啁啾对拉曼前向散射有微弱的增强(减弱)的作用.最后采用1D3V粒子模拟程序观测了不同啁啾参数下的受激拉曼散射现象,得到与理论分析一致的结果.

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WnC0,±(n=1,…,6)团簇结构与电子性质的理论研究 张秀荣, 康张李, 李扬 2011, 28(4): 598-604.  摘要 ( )   PDF(742KB) ( )   利用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP在Lanl2dz基组水平上对WnC0,±(n=1,…,6)团簇的各种可能构型进行几何结构优化,得出它们的基态构型,并对基态构型的稳定性和电子性质进行理论研究.结果表明,当n > 3时,稳定构型从平面转变成立体结构,同时C原子趋向于表面最稳定;C原子的掺入使得Wn团簇的稳定性增强,其中W3C团簇稳定性最高,可看作WnC0,±(n=1,…,6)团簇的结构基元;通过比较WnC与纯Wn团簇的垂直亲和能(VEA)和垂直电离能(VIP)可知,WnC团簇更易得到电子,非金属性增强.

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分子间相互作用对硫醇分子膜电输运性质的影响 李英德, 李宗良, 王传奎 2011, 28(4): 605-610.  摘要 ( )   PDF(887KB) ( )   利用密度泛函理论和弹性散射格林函数方法,对硫醇分子膜的电学特性进行模拟.计算结果表明,由于分子间的相互作用,导致分子膜的导电能力比单分子提高2~3个数量级.分子结的导电能力随着压力增加而增加,电极距离的变化使分子与电极以及分子间的耦合增强、分子结的链内隧穿和链间隧穿几率增大,导致电流增加.

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时变向量场中特殊轨迹的计算 孙恒义, 樊养余, 贾蒙, 李慧敏, 张菁 2011, 28(4): 611-620.  摘要 ( )   PDF(389KB) ( )   通过考察特殊双曲轨迹的定义和已有的相空间度量函数,给出在扩展相空间中的度量函数.由于已有算法在计算过程中保持精度不变,造成对于高精度要求的情况计算量大,收敛效率低,故提出一种变步长收敛算法.利用瞬时驻点轨迹估计数值计算的初始区域,采用变步长网格提高计算效率.经过理论推导和实验分析,给出关键参数的最优取值范围.在二维和三维达芬系统上进行测试.实验表明,扩展相空间中的度量函数具有更好的平滑收敛性和稳定性;变步长收敛算法对于高精度计算具有高效性.

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基于径向增长因子的二维不变流形计算 孙恒义, 樊养余, 李慧敏, 张菁, 贾蒙 2011, 28(4): 621-625.  摘要 ( )   PDF(669KB) ( )   在计算二维不变流形时,为均衡各方向的增长速度,便于构建动力系统的全局流形结构,引入径向控制因子对原始动力学系统进行归一化.以流的切向量的径向分量为标准,控制其在径向的增长速度.理论分析和实例计算的结果均表明,归一化后的动力学系统和原始系统的流同轨,即全局流形结构一致.最后,通过对Lorenz和Duffing系统的流形计算,表明该方法不仅能够达到测地线方法的控制效果,而且能够以离散流的形式进行计算,避免一系列复杂的边值问题.

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激发介质中去极化对螺旋波动力学影响的数值研究 黎广钊, 唐国宁 2011, 28(4): 626-632.  摘要 ( )   PDF(1052KB) ( )   考虑可激发介质的不应态可以被激发,在Bar模型中引入去极化行为,研究去极化对稳定螺旋波的影响.数值模拟结果显示,适当选择去极化阈值、去极化激发时间,可以使螺旋波漂移、漫游,甚至使螺旋波漫游出系统边界,还可以使系统出现宽臂螺旋波、双臂螺旋波、双峰波、多个螺旋波共存、时空混沌等现象.对产生这些现象的机理进行了分析.