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2010年, 第27卷, 第3期
刊出日期：2010-05-25 上一期    下一期
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研究论文

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耦合界面计算格式的一维流体力学Lagrange有限点方法 孙顺凯, 沈隆钧, 沈智军 2010, 27(3): 317-325.  摘要 ( )   PDF(346KB) ( )   为探索高维多介质流体力学散乱点集上的Lagrange有限点方法,首先对相应一维问题进行研究,提出一种Lagrange有限点方法:在计算区域内(包括物质界面)设置任意离散点集,所有力学量都设在该点集上,在内点和界面点上分别建立离散格式.内点算法为基于Taylor展开的差分方法.界面点算法为显式追踪算法,从定解条件出发,利用Rankine-Hugoniot关系和特征差分方法,计算界面点位置及相应的状态量变化.通过追踪界面点的运动得到物质界面是方法的最大特色.典型算例计算结果与精确解符合很好,验证了算法的合理和有效性.

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二维三温辐射流体力学拉氏计算中的子网格压力方法 戴自换, 邬吉明, 林忠, 符尚武 2010, 27(3): 326-334.  摘要 ( )   PDF(675KB) ( )   研究对应于电子压、离子压、光子压的扰动隅角力的计算方法,提出二维三温辐射流体力学拉氏计算中的两种子网格压力方法,即基于状态方程和基于几何的方法.数值试验表明,这两种方法均能很好地抑制二维三温辐射流体力学拉氏计算中出现的网格非物理畸变.

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Poisson方程有限差分逼近的两种保对称Stencil消元格式 李厚彪, 刘兴平, 谷同祥, 黄廷祝, 李红 2010, 27(3): 335-341.  摘要 ( )   PDF(288KB) ( )   针对已有Stencil差分格式的非对称性,提出两种保对称的Stencil边界消元策略,获得一组具有对称正定性的差分方程.此方程系数矩阵比经典的五点差分Jacobi矩阵条件数减少了7/9,并且特征值更加聚集.理论分析和数值试验皆表明其优于已有的非对称格式,具有更广的使用价值.

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一种基于多矩的有限体积浸入边界法 朱祥德, 陈春刚, 肖锋 2010, 27(3): 342-352.  摘要 ( )   PDF(1097KB) ( )   基于多矩VSIAM3格式及浸入边界法,提出一套在复杂计算区域内求解不可压缩流动的数值格式.不可压N-S方程使用VSIAM3格式进行离散,引入浸入边界法处理复杂、移动边界,使用虚拟网格方法计算动量方程修正项,同时还考虑了对连续方程的修正.使用标准算例对数值模式进行验证.

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基于MOF界面重构的多物质ALE方法 贾祖朋 2010, 27(3): 353-360.  摘要 ( )   PDF(422KB) ( )   提出一种基于MOF(Moment-of-Fluid)界面重构的多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法.流体力学方程组采用相容有限元方法进行空间离散.提出一种新的二维子网格力学模型,用来计算混合网格中的物理量经过一个拉氏步后发生的变化,混合网格内的界面重构采用MOF方法.提出一种精确积分守恒重映方法.给出数值算例,如空气和水的Riemann问题,Dukowicz问题,水中强激波与空气泡相互作用问题等.结果表明,方法具有较高的精度,能够处理物质界面和网格的大变形问题.

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一个磁流体力学中心型数值通量的耗散控制器 吴昊 2010, 27(3): 361-368.  摘要 ( )   PDF(431KB) ( )   提出一种针对磁流体力学模拟中中心型数值通量的耗散控制器.由于磁流体力学方程组较为复杂,中心型数值通量不需要复杂的特征分解,因而中心型数值格式更适合磁流体力学的数值模拟.但是稳定单调的中心型数值通量比迎风型数值通量耗散大,对此,提出一种控制中心型数值通量数值耗散的控制器.将这个耗散控制器应用于以局部Lax-Feiedrichs格式通量为例的中心型数值通量.两个基准解的数值算例证明方法有效.

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不规则区域上并行求解Poisson方程 陈军 2010, 27(3): 369-374.  摘要 ( )   PDF(376KB) ( )   提出一种并行求解不规则区域上的Poisson方程方法,将不规则区域转化为带约束的三维结构网格表示,在该区域采用红黑排序并行求解Poisson方程.数值实验表明,方法可较好地解决不规则区域上的Poisson并行求解问题.同时评估了不规则区域对并行性能带来的影响.

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凹腔非定常特性的数值模拟 马小亮, 杨国伟 2010, 27(3): 375-380.  摘要 ( )   PDF(351KB) ( )   采用基于Menter SST两方程湍流模型的DES方法,数值模拟开式凹腔在跨声速条件下的非定常流动特性.计算凹腔底部和后壁面上的点的声压级频谱以及总声压级,证明在第二噪声模态上的声压级最大.

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通道中串列旋转圆柱的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟 聂德明, 郭晓辉, 林建忠 2010, 27(3): 381-388.  摘要 ( )   PDF(514KB) ( )   通过结合格子Boltzmann方法(LBM)和虚拟区域(Fictitiou sDomain)思想,建立格子Boltzmann-虚拟区域(LB-DF/FD)方法.采用两套网格系统,欧拉网格用于流体,拉格朗日网格用于固体.原有的LBM在计算运动固体的受力方面存在数据振荡,LB-DF/FD方法改进了此缺陷.为验证该方法,模拟圆柱绕流、圆形颗粒在无限长通道中平动及在无限大流场中转动三种情况,结果与其他数值解及理论解符合得很好.利用该方法模拟低雷诺数下通道中串列旋转圆柱周围的流场,分析圆柱间距(g)及雷诺数(Re)对流场结构的影响.给出Re=0.001,0.1和10下,0.2≤g≤8.0的流线结构、圆柱升力、阻力以及力矩等数值结果.结果表明,g对流场的结构及圆柱的受力有显著影响,Re对圆柱阻力及Stokes单元数目的影响较大.

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微通道中气体流动的格子Boltzmann数值模拟 聂德明, 郭晓辉, 林建忠 2010, 27(3): 389-395.  摘要 ( )   PDF(333KB) ( )   采用可压缩格子Boltzmann模型及非平衡外推边界条件,数值模拟微通道中的气体在滑移区域(Kn≤0.1)内的流动,计算结果包括出口速度剖面、通道中心压力分布以及质量流率等,与理论结果及其他实验结果符合得很好.还模拟了180°弯曲通道中的气体流动.结果表明,滑移速度的存在抑制了边界层的分离,因此在弯曲处不存在漩涡.计算结果还表明,弯道的存在显著影响了气体的质量流率.

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温度体动网格模型中控制参数的研究 陈炎, 曹树良, 梁开洪, 祝宝山 2010, 27(3): 396-406.  摘要 ( )   PDF(1415KB) ( )   采用调整导热系数和源项分布的方式,对温度体动网格模型所生成的网格品质进行控制.温度体动网格模型将运动边界的位移虚拟为求解域的温度边界条件,以流体能量方程或固体导热方程作为控制方程,通过选取不同的导热系数或源项分布可以得到适合不同求解问题需要的温度分布,并将求解得到的网格节点的温度作为其动态位移量.采用温度体动网格模型计算平动、三维旋转运动、柔性体运动等流固耦合计算中可能涉及的动网格算例.结果表明,在计算效率和生成网格的品质方面,与已有的动态网格生成方法相比,具有较大的优势,可以有效解决流固耦合数值模拟中存在的动态网格生成难题.

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外伸梁差分离散系统的模态反问题 吴磊, 刘全金, 章礼华, 王其申 2010, 27(3): 407-412.  摘要 ( )   PDF(256KB) ( )   研究外伸梁模态的反问题,即由两组位移模态或应变模态及相应的频率构造外伸梁差分离散模型物理参数的方法,讨论反问题解存在的充要条件.提出算法并用算例验证.结果表明,由应变模态构造外伸梁的物理参数比用位移模态构造梁的物理参数精度要高.

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孔隙度数值反演计算 刘福平, 曹跃祖, 王安玲, 杨长春 2010, 27(3): 413-422.  摘要 ( )   PDF(525KB) ( )   由渗流微分方程定解问题和Peaceman方程给出了网格压力、井底压力对网格孔隙度的导数,利用三维渗流方程压强数值解计算井底压力对网格孔隙度的导数;采用共轭梯度法实现孔隙度均匀(或分块均匀)分布油藏模型的反演计算.算例表明,经过8~10次迭代后反演结果与真值的最大相对误差在0.03%以内,反演收敛于真值.

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强流脉冲离子束辐照混合双层靶的Monte Carlo模拟 吴迪, 王静, 张建红, 宫野 2010, 27(3): 423-427.  摘要 ( )   PDF(320KB) ( )   采用Monte Carlo方法模拟强流脉冲离子束与铝基钛膜双层靶的相互作用.强流脉冲离子束与双层靶材相互作用过程中,随着离子的注入,高能离子束引起涂层原子与基体材料原子之间相互渗透和混合,同时离子能量沉积到靶材内一定深度,并呈规律性的空间分布.这种能量分布影响靶内两种材料的熔化或气化过程,并导致界面物质结合强度发生变化.利用建立的束流模型,计算束流在靶材内的能量沉积和分布状况及界面处级联碰撞对双层靶界面混合区的影响,得出强流脉冲离子束混合双层靶时级联碰撞不起主要作用的结论,离子流密度在100A·cm-2~150A·cm-2时对离子束混合最为有利.

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锂掺杂单壁氮化硼纳米管阵列储氢的理论研究 程锦荣, 方兴, 袁兴红, 王晓, 汪志 2010, 27(3): 428-432.  摘要 ( )   PDF(335KB) ( )   采用巨正则蒙特卡罗方法,研究锂掺杂对单壁氮化硼纳米管阵列(SWBNNTA-Single Walled Boron Nitride Nanotube Array)物理吸附储氢的影响.揭示锂掺杂是提高SWBNNTA储氢能力的有效手段,并给出最佳掺杂方案.计算结果表明,选择最佳的掺杂方案,并合理控制SWBNNTA的结构与尺寸,可使锂掺杂SWBNNTA在常温、中等压强下的物理吸附储氢量达到和超过美国能源部提出的2015年研究目标.

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聚变-裂变混合堆系统在能源战略中的地位及其设计中若干问题的分析 刘成安, 师学明 2010, 27(3): 433-438.  摘要 ( )   PDF(309KB) ( )   简要描述聚变-裂变混合堆在长期能源发展战略中的地位,着重计算分析具有不同类型的聚变堆芯和包层的混合堆生产电能和可裂变核燃料的能力,研究不同类型聚变-裂变混合堆与其支持的卫星堆(如压水堆)组合燃料循环系统生产电能的能力.指出以天然铀或贫化铀为燃料,水冷却的包层设计是一种经济可行、技术风险较小的设计方案.

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脱氧核苷酸横向电输运特性的理论计算 苏伟, 董瑞新, 刘昊 2010, 27(3): 439-445.  摘要 ( )   PDF(511KB) ( )   采用基于密度泛函(DFT)的非平衡态格林函数方法(non-equilibrium Green functions,NEGF),讨论电极距离对分子电子结构和电流的影响,计算四种脱氧核苷酸的I-V特性曲线和透射谱.结果表明,电极距离小于1.55nm时,电极距离对脱氧核苷酸分子的电子结构影响较大,当电极距离大于1.55nm时,LUMO和HOMO附近各能级的变化趋于平缓,电子能隙变化非常小.电极距离固定时,较低偏压(0.1~0.8V)不会改变四种脱氧核苷酸分子的相对电流大小.偏压较大时(0.8~1.0V),T和C的电流迅速增加并远大于A和G.

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正则系综的变电荷分子动力学方法 马颖, 谢国锋, 陈尚达 2010, 27(3): 446-450.  摘要 ( )   PDF(291KB) ( )   在迭代变电荷方法的基础上加以改进得到适于正则系综的变电荷方法.利用正则系综的热浴方法补偿模拟过程中动能的衰减.分子动力学模拟的结果表明,改进的变电荷方法能够避免能量漂移问题,在相同的电荷精度条件下,所需的迭代次数减少,可提高计算效率.

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用B-splines技术计算超强平行外磁场中氢分子离子的能级 惠萍 2010, 27(3): 451-456.  摘要 ( )   PDF(326KB) ( )   考虑两核之间的相互作用,采用单中心展开方法和B-splines技术构建氢分子离子的径向和角向波函数,计算超强平行外磁场中氢分子离子的能级Eb(m=0,-1,-2,-3,-4,-5)和两核间的平衡距离2R.计算中,磁场强度从2.35×106T变到2.35×108T.对比绝热变分近似计算结果,计算精度提高的范围在0.00015 Ry~0.0488 Ry之间;对比变分近似计算结果,计算精度提高的范围在0.0029 Ry~0.0257 Ry之间.这些计算结果表明,用二重B-splines基函数展开方法使氢分子离子的波函数的完备性更好,并能得到比绝热变分近似和绝热近似方法更高的计算精度.

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OH分子基态和第一激发态的势能函数 黄多辉, 张海英, 王藩侯, 朱正和 2010, 27(3): 457-462.  摘要 ( )   PDF(258KB) ( )   采用多参考组态作用(MRCI)方法和aug-cc-pVTZ,aug-cc-pVQZ,cc-pV5Z,6-311++g(d,p)和6-311++g(3df,3pd)几个不同基组对OH分子的基态(X2Π)和第一激发态(A2Σ+)的势能曲线进行计算.选用Murrell-Sorbie势能函数对曲线进行拟合,利用拟合的参数值计算出力常数和光谱数据.结果表明计算值与实验值吻合较好.

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一种数字全息图零级项消除的新方法 柴晓冬, 李晓辉 2010, 27(3): 463-467.  摘要 ( )   PDF(436KB) ( )   针对离轴数字全息图中的零级项问题,提出用独立分量分析方法对零级项进行压缩.首先通过CCD获取同一物体的两幅干涉强度不同的全息图构成观测信号,然后采用独立分量分析方法(Independent Component Analysis(ICA))从观测信号中分离出零级项和共轭项,再从获得的共轭项中减去残余的零级项分量,实现零级项的有效压缩,并用模拟结果论证该方法在处理零级项压缩方面的优越性和有效性.

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基于等概率符号分析方法计算互信息确定延迟时间 龙海辉, 张佃中 2010, 27(3): 468-474.  摘要 ( )   PDF(437KB) ( )   用互信息函数确定混沌时间序列相空间重构最佳延迟时间.针对常规符号分析方法计算互信息准确度不高的缺陷,提出等概率符号分析方法计算互信息,即对时间序列按值域大小重排列,再对重排后的序列进行等概率分割,分割的组数由分组经验公式确定,然后取每组的边界值组成符号分析方法的临界点集合进行计算.通过对Lorenz方程和强迫Brusselator振子进行仿真实验,得到的最佳延时与Fraser等概率分格子法得到的结果一致,而算法上更容易实现,证明方法有效.