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2010年, 第27卷, 第4期
刊出日期：2010-07-25 上一期    下一期
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综述

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扩散方程的守恒型并行计算格式 袁光伟, 杭旭登 2010, 27(4): 475-491.  摘要 ( )   PDF(916KB) ( )   辐射流体力学实际问题计算中扩散方程的计算量极大,必须采用并行计算.研究易于在并行机上实施的高效的并行计算方法,通过采用预估修正等多种方式,构造和发展既保持隐式格式的守恒性、同时能保持所需精度与无条件稳定性的并行计算格式,以满足大规模数值求解辐射流体力学问题的需求.

研究论文

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自适应间断有限元方法求解三维欧拉方程 吴迪, 蔚喜军 2010, 27(4): 492-500.  摘要 ( )   PDF(485KB) ( )   将龙格库塔间断有限元方法(RDDG)与自适应方法相结合,求解三维欧拉方程.区域剖分采用非结构四面体网格,依据数值解的变化采用自适应技术对网格进行局部加密或粗化,减少总体网格数目,提高计算效率.给出四种自适应策略并分析不同自适应策略的优缺点.数值算例表明方法的有效性.

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虚拟流体方法中界面处Riemann问题定义方式的改进 丁岩, 袁礼 2010, 27(4): 501-508.  摘要 ( )   PDF(392KB) ( )   对RGFM中定义Riemann问题的方式进行改进,取距离界面适当远处的插值点处的状态作为Riemann问题的初值.并用数值算例对改进前后的RGFM进行比较.

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龙格库塔间断有限元方法在计算爆轰问题中的应用 张磊, 袁礼 2010, 27(4): 509-517.  摘要 ( )   PDF(633KB) ( )   构造求解带源项守恒律方程组的龙格库塔间断有限元(RKDG)方法,并分别结合源项的Strang分裂法和无分裂法数值求解模型守恒律方程和反应欧拉方程.为了和有限体积型WENO方法进行比较,设计计算源项的WENO重构格式.对一维带源项守恒律的计算表明,对于非刚性问题,RKDG方法比有限体积型WENO方法的误差更小;对于刚性问题,RKDG方法对于间断面位置的捕捉更为精确.对于一二维爆轰波问题的计算结果表明,RKDG方法对爆轰波结构的分辨和爆轰波位置的捕捉能力更强.

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各向异性颗粒PDF输运方程及其颗粒湍流扩散 徐江荣, 张平, 陈江星, 丁宁 2010, 27(4): 518-526.  摘要 ( )   PDF(342KB) ( )   根据Minier的模型,获得颗粒所见流体脉动速度的朗之万模型,并推导颗粒所见流体湍流脉动速度自关联函数,该函数具有各向异性的特征,进一步由流体脉动速度朗之万模型和颗粒运动方程获得相应的颗粒PDF输运方程.为描述在网格生成湍流中的颗粒扩散运动,将颗粒PDF输运方程作相应的简化,获得一个具有颗粒湍流各向异性的解析解,将方程的解与Wellsand Stock的颗粒湍流扩散实验结果进行比较,获得了很好的结果.揭示了具有各向异性特征的颗粒PDF输运方程的优越性.

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一种固定网格上拉格朗日点追踪的快速算法 刘永丰, 明平剑, 张文平, 朱明刚, 倪大明 2010, 27(4): 527-532.  摘要 ( )   PDF(311KB) ( )   提出一种基于非结构网格颗粒追踪的改进算法.在已有算法的基础上,发展适用于包含任意多边形单元界面的混合网格算法,对不共面的空间多边形界面进行虚拟三角化,实现基于任意混合网格的拉格朗日追踪.数值试验证明方法可行可靠.通过对固定容器内喷入的不同数量颗粒进行追踪的数值测试及与文献对比,显示算法高效,在颗粒数为10000时,效率提高约47%.

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二维柱对称辐射输运基准模型及程序考核 杨容, 杭旭登, 李敬宏 2010, 27(4): 533-540.  摘要 ( )   PDF(386KB) ( )   对二维辐射扩散和输运模型问题,分别构造具有含外源项的精确解,解具有一定的物理特征且形式简单,并且辐射输运方程的解可以直接退化到辐射扩散的情形.给出LARED-R程序求解扩散模型数值解及分析.

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使用广义粗网有限差分方法加速中子输运特征线方法 柴晓明, 姚栋, 王侃, 于颖锐, 汪量子 2010, 27(4): 541-547.  摘要 ( )   PDF(413KB) ( )   提出广义粗网有限差分方法(GCMFD),可以使用三维任意几何形状的粗网格来加速中子输运特征线方法(MOC),同时给出确定广义粗网有限差分方法中宽度因子的方法.将广义粗网有限差分方法应用到三维特征线方法程序TCM中,若干基准题的验证表明,广义粗网有限差分方法可以使用任意形状粗网格来加速特征线方法,使用自动调整宽度因子的方法后,广义粗网格有限差分方法可以得到较好的加速效果.

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Particle-Mesh Ewald(PME)算法的GPU加速 徐骥, 葛蔚, 任瑛, 李静海 2010, 27(4): 548-554.  摘要 ( )   PDF(372KB) ( )   讨论在NVIDIACUDA开发环境下,用GPU加速分子动力学模拟中静电作用的长程受力计算部分.采用Particle-Mesh Ewald(PME)方法,将其分解为参数确定、点电荷网格离散、离散网格的傅立叶变换、静电热能求解与静电力求解5个部分,并分别分析各部分的GPU实现.此方法已成功用于7个不同大小的生物分子体系的模拟计算,达到了7倍左右的加速.该程序可耦合到现有分子动力学模拟软件中,或作为进一步开发的GPU分子动力学程序的一部分,显著加速传统分子动力学程序.

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钝头体流场结构及俯仰动态特征分析 赵海洋, 刘伟 2010, 27(4): 555-560.  摘要 ( )   PDF(353KB) ( )   钝头体跨声速段稳态流场的数值模拟结果显示,其尾流区内含有丰富的流场结构,流场结构直接影响着钝头体的后体压力分布.自由振动数值模拟结果显示,钝头体在跨声速区出现动不稳定,最终进入极限环振动.通过分析发现,在振动过程中,钝头体前体对流场做正功,释放钝头体振动能量,抑制振幅增加,流场对钝头体后体做正功,增加钝头体振动能量,导致振幅增加,当两者相等时,振动进入极限环状态.

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基于伴随方程法的材料热传导系数反演方法 唐中华, 钱炜祺, 刘永利 2010, 27(4): 561-566.  摘要 ( )   PDF(397KB) ( )   建立利用材料内部温度场的测量结果反演材料热传导系数随时间和空间位置变化函数的伴随方程法,参考迭代正则化的思想在优化过程中给目标函数设置停止准则.对典型算例计算表明,方法在测量噪声较小情况下能得出较为合理的反演结果.但在有测量噪声的情况下,反演结果与真值在边界x=0和L处存在着一定偏差.当测量噪声较大时,反演结果与真值的偏差较为明显,且初值选取会对反演结果有相当大的影响.

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表面电荷法平面元电荷系数的半解析解法 张轶飞, 张智诠, 陈悦峰 2010, 27(4): 567-572.  摘要 ( )   PDF(250KB) ( )   针对在线性及高次电荷估计下,表面电荷法中全解析法对平面元电荷系数求解和实现较复杂的问题,提出一种半解析法.将系数积分由局部坐标系变换到整体坐标系下分离参数的二重积分,利用内层积分存在解析解的特点,将二维问题降为一维,方便数值积分计算.对于对数奇异积分问题采用辅助函数法消除.通过算例与全解析法计算精度进行比较,结果表明,在一定的单元划分下,可达到很高精度,具有一定可行性.

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PO-TDIE混合方法在天线电磁兼容问题中的应用 覃宇建, 任猛, 李颖, 周东明, 何建国 2010, 27(4): 573-578.  摘要 ( )   PDF(289KB) ( )   应用物理光学-时域积分方程(PO-TDIE)混合方法对电大尺寸平台天线电磁兼容问题进行分析.详细推导PO-TDIE混合方法的一般表达式,并给出计算复杂度.数值算例表明,方法提高了传统时间递推方法(MOT)的计算效率,能够有效应用于电磁兼容分析中.

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硝基甲烷振动能量弛豫的集体模型 赵波, 崔季平, 樊菁 2010, 27(4): 579-585.  摘要 ( )   PDF(424KB) ( )   用分子动力学方法结合Dlott等人提出的"门槛模"理论研究集体相互作用下硝基甲烷振动能量弛豫过程.其中振动冷却过程与实验符合的很好.在振动激发过程的分子动力学模拟中观测到与实验一致的基频频移现象.用分子动力学方法从微观上详细地描述出分子"门槛模"振动激发过程.研究表明,在高温高压作用下,集体作用效应对多原子振动激发具有不可忽视的作用,能量传递过程中除了基频的作用外,强烈的非线性相互作用引起的振动模泛频也携带有大量的振动能,这些泛频也对分子振动能量传递产生重要影响.

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基于粘结界面模型的三维裂纹扩展研究 张志春, 强洪夫, 周伟 2010, 27(4): 586-592.  摘要 ( )   PDF(342KB) ( )   根据界面断裂的特点,将粘结界面模型应用于有限元,采用非线性显式动力学算法,编写粘结-体积单元计算程序.其中体积和粘结单元分别采用四面体和三棱柱单元;粘结单元本构关系选择双线性内聚力-位移曲线,避免了界面完全断裂后发生穿透;以界面相对位移的形式定义线性损伤准则;以Benzeggagh-Kenane模式的扩展准则确定界面失效位移;以Turon模式的初始损伤准则确定界面启裂位移.该程序能够实现混合加载模式下材料界面断裂问题的三维数值模拟.用所编写的程序(CVFEM)分别对Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型裂纹扩展问题进行数值模拟,并且与Abaqus6.7计算结果进行对比.

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随机取向烟幕凝聚粒子的消光特性 类成新, 吴振森 2010, 27(4): 593-597.  摘要 ( )   PDF(283KB) ( )   采用蒙特卡罗方法根据团簇-团簇凝聚(CCA)模型对由球形原始微粒凝聚而成的烟幕凝聚粒子进行模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究随机取向烟幕凝聚粒子的消光特性.结果表明,凝聚粒子的消光特性受到原始微粒数量以及粒径的影响,粒子的凝聚将减弱烟幕的消光性能;当凝聚结构中原始微粒的数目一定时,存在使烟幕消光性能达到最大的原始微粒粒径.

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基于修正的Gruhn-Hess两体势模型研究弯曲形变向列相液晶盒 周璇, 张志东 2010, 27(4): 598-602.  摘要 ( )   PDF(208KB) ( )   使用修正的Gruhn-Hess空间各向异性两体势模型研究弯曲形变向列相液晶盒.为了易与弹性理论的结果进行比较,做单一弹性常数近似.在理想有序条件下,对模型进行连续化处理,截断到形变的二阶项,给出的自由能密度公式与含k13项的弹性理论公式一致.使用模型直接研究强锚泊弯曲形变向列相盒,没有出现弹性理论给出的边界处不连续.通过Monte Carlo模拟研究发现,两体势中的k13项将加剧弯曲盒中间层的涨落.

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固-液结构圆柱声子晶体中弹性波的模式和带隙 刘启能 2010, 27(4): 603-607.  摘要 ( )   PDF(256KB) ( )   利用一维固-液结构圆柱声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导弹性波在一维固-液结构圆柱声子晶体中各个模式满足的关系式,研究各个模式弹性波的特征.并用色散函数计算各模式弹性波的带隙随模式量子数和圆柱半径的变化规律.得出一维固-液结构圆柱声子晶体的带隙由模式量子数和圆柱半径确定.

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三角格点基底上磁性分形团簇形貌演化规律 吴一琦, 许晓军 2010, 27(4): 608-612.  摘要 ( )   PDF(306KB) ( )   在扩散限制凝聚模型基础上引入粒子的自旋自由度,将磁耦合系数扩展为随自旋间距离幂次变化的非常数项J/ra,采用Monte Carlo方法研究在二维三角格点基底上具有幂次相互作用的磁性团簇形貌及其分形维数Df的演化规律.模拟结果表明,对于较大的幂指数α值,即α≥5时,团簇形貌随耦合参数J的变化较小,其分形维数Df在1.50~1.70之间;随着α值的减小,团簇形貌随参数J有一明显的演化过程,在模拟范围内,分形维数Df在1.20~1.90之间.

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一维钻石链反铁磁Ising模型磁化的模拟 冯丽雅, 辛子华, 王吴韬 2010, 27(4): 613-618.  摘要 ( )   PDF(319KB) ( )   采用Monte Carlo模拟方法对自旋为1/2的一维钻石链反铁磁Ising系统的磁化行为进行研究.在这个系统中,反铁磁的交换作用和三角结构导致存在自旋阻挫.重点研究不同的反铁磁自旋交换作用对系统磁行为和自旋构型的影响.模拟磁化曲线中M=MS/3磁化平台,得到平台宽度随不同的自旋交换相互作用强弱的变化关系,以及出现磁化平台时格点的自旋构型;给出亚稳态存在的条件及亚稳态时的微观构型.研究磁滞回线随温度的变化关系.结果表明,随着温度的升高,磁滞回线逐渐减小,最终消失.

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电极构型及其耦合模式对有机分子电输运性质的影响 刘瑞金 2010, 27(4): 619-623.  摘要 ( )   PDF(261KB) ( )   选取两种不同的电极构型及其耦合模式,利用从头算理论和弹性散射格林函数的方法,对有机分子对苯二甲氰的电输运性质进行理论研究和对比分析.计算结果表明,不同构型及其耦合在分子的耦合属性、电子输运谱、开启电压位置、电导平台的分布以及电流的响应等方面存在明显不同,改变电极间距也会对各种构型分子体系的耦合系数、电导平台高度和电流的大小产生影响.

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量子力学基态能量计算的改进蚁群优化算法 陈霞, 唐晨 2010, 27(4): 624-632.  摘要 ( )   PDF(390KB) ( )   为进一步减少迭代次数和改善解的质量,对蚁群优化方法进行改进.在求解体系基态能上与传统的变分法相比有很大的优势.求解了氦原子基态能量,并应用于不同半径量子点中砷化镓类氢施主基态能量的计算.通过与变分法和遗传算法的比较,展示了算法的性能.