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2009年, 第26卷, 第1期
刊出日期：2009-01-25 上一期    下一期
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研究论文

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求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法 徐小文, 莫则尧, 安恒斌 2009, 26(1): 1-8.  摘要 ( )   PDF(465KB) ( )   在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性.

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考虑密度与温度耦合关系的非结构网格SIMPLEC算法 雷国东, 柳贡民, 张文平, 朱明刚 2009, 26(1): 9-16.  摘要 ( )   PDF(465KB) ( )   提出一种新的密度压力速度和温度耦合的算法,使用静焓方程构造温度修正量与压力修正量之间的关系,类似Rhie-Chow方法用动量方程插值,网格面上的温度压力修正量插值采用能量方程的形式.CGNS API(CFD General Notation System Application Programming Interface)作为非结构化网格求解器的前处理和后处理,基于网格的FVM(Finite Volume Method)作为偏微分方程求解方法.燃烧模拟采用Arrinius-Eddy Dissipation模型.最后给出两个算例作为说明.

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基于无结构网格单元中心有限体积法的二维对流扩散方程离散 耿艳芬, 王志力, 陆永军 2009, 26(1): 17-26.  摘要 ( )   PDF(459KB) ( )   在无结构网格单元中心有限体积法二维水流模型基础上,建立物质输运对流扩散方程离散模式.通过通量重构法和SOM(Support Operators Method),分别对输运方程的对流项和扩散项进行离散.该离散模式具有空间二阶精度,并适用于任意多边形无结构网格.通过纯对流和纯扩散算例对模型进行检验和验证,结果表明,模型能够较好地模拟物质输运的对流扩散问题.应用模型模拟瓯江河口的盐度输运,通过计算值与实测值对比,进一步检验模型.

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气相爆轰模拟的化学反应加速算法 董刚, 范宝春 2009, 26(1): 27-34.  摘要 ( )   PDF(468KB) ( )   针对反应流中刚性化学反应源项传统算法计算量大的特点,提出加速化学反应计算速度的动态数据表存储/删除算法,在二维气相爆轰的数值模拟中进行检验,研究节点删除和整体删除两种不同方式的效果,并与传统直接积分的算法进行比较.计算结果表明,该算法既可以很好地满足计算精度的要求,同时也对计算机内存没有苛刻的要求.当数据表数据容量一定时,计算的加速比随控制容差的增加而增加,在相同的容差条件下,节点删除算法比整体删除算法加速效果明显.并且在处理瞬态反应流问题时显示了很好的优越性.

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一种新的重排方法在二维三温问题求解中的应用 张勇, 黄廷祝, 刘兴平, 谷同祥, 李厚彪 2009, 26(1): 35-41.  摘要 ( )   PDF(291KB) ( )   针对二维三温问题离散化得到的稀疏线性方程组,提出一种新的重排技术(交替hyperplane重排),并结合ILU分解预条件技术,在Krylov子空间迭代法下进行测试.数值实验表明,在一定的填充模式及预处理消耗大致相同的前提下,使用交替hyperplane重排技术的迭代收敛效果明显优于红黑排序、hyperplane排序等方法.

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具有表面弛豫的液体自扩散的Monte Carlo模拟 蔡淑惠, 陈巧龙, 蔡聪波 2009, 26(1): 42-48.  摘要 ( )   PDF(349KB) ( )   研究多孔介质中液体的自扩散行为能获得介质的微观结构信息,有助于了解介质中液体的传输性质.以具有不同孔隙大小的无限长圆柱体模型中的液体为对象,采用Monte Carlo随机行走方法,模拟存在表面弛豫时液体的自扩散系数和核自旋磁化强度随时间的变化,导出将NMR弛豫参数和随机行走参数联系在一起的表达式.结果表明:在快扩散区,液体的核自旋磁化强度随弛豫时间呈单指数衰减,且自扩散系数在短时情况下独立于表面弛豫率;在慢扩散区,液体的核自旋磁化强度衰减和自扩散系数在短时情况下均与表面弛豫率无关.模拟结果与理论分析相吻合,可用于求解介质的表面积与体积之比及孔径大小等结构信息.

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微尺度血液透析的多相数值模拟 徐侃, 刘明侯, 刘东, 陈义良 2009, 26(1): 49-56.  摘要 ( )   PDF(426KB) ( )   建立血液流动的剪切稀化模型,并对3-D微管道内血液多相流动进行数值模拟,得到的结果与实验数据比较显示,该模型不仅能预测微管道内速度分布,还可以体现微尺度下血液流动的F-L效应.为了探索无膜透析可行性,利用该非牛顿两相流模型对T型微槽道内血液透析过程进行数值模拟,结果表明,血浆中质量扩散系数较大的组份很容易从血液扩散到透析液中,实现了组份分离.

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常气压辉光放电等离子体对边界层流动的影响 毛枚良, 邓小刚, 陈亮中, 陈坚强 2009, 26(1): 57-63.  摘要 ( )   PDF(364KB) ( )   基于Shyy提出的常气压下均匀辉光放电等离子体与空气干扰的物理模型,通过求解电位势方程得到电场分布及作用于流体上的电场力.以NACA0015翼型低速绕流为对象,通过数值求解考虑等离子体作用的流体运动控制方程,研究等离子体位置和个数控制对翼型绕流分离的影响.位于分离点上游的等离子体能够有效地抑制流动分离,而在分离区的等离子体对流动影响很弱,这一结论同实验观察一致,并给出等离子体对翼型壁面压力和气动力影响的规律.

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蒙特卡罗方法中分子作用模型的设计及应用 王学德, 伍贻兆, 夏健, 林晓宏 2009, 26(1): 64-70.  摘要 ( )   PDF(300KB) ( )   利用Lennard-Jones(6-12)作用势,设计GSS-3分子碰撞模型,通过与已有的分子模型及实验数值对比,该模型能够给出正确的气体输运性质.将GSS-3模型应用到非结构网格DSMC中,模拟二维超声速平板绕流和圆柱绕流.数值计算结果初步验证该分子模型的合理性与有效性.

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氮等离子体枪中电子输运行为的蒙特卡罗模拟 孙凤久, 于撼江, 张军 2009, 26(1): 71-77.  摘要 ( )   PDF(333KB) ( )   采用蒙特卡罗模拟,对氮等离子体枪的两个环形电极间的氮气辉光放电过程中电子的输运过程进行研究.计算在不同平均电场与粒子数密度的比值(E/N)下,电子与氮分子发生不同碰撞的概率、出射电子的平均能量、方向角分布和电子的能量分布.结果表明,电子能量近似服从玻尔兹曼分布.随着E/N的升高,电子平均能量升高,发生激发、离化、电离和离化电离碰撞的概率增大;非均匀分布的电场使分子获得更高的离化率,同时显著增强出射电子的能量.模拟结果为等离子体应用设计提供了参考依据.

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MHD数值模拟中清除伪磁场散度方法 田正雨, 张康平, 丁国昊, 李桦 2009, 26(1): 78-86.  摘要 ( )   PDF(643KB) ( )   针对全MHD (Magnetohydrodynamics)数值模拟中存在伪磁场散度的问题,发展了如下计算方法:基本格式基于八波对称形式方程组,补充相关源项以保持方程组守恒性,并采用投影方法辅助清除伪散度.投影方法中,基于有限体积方法求解三维Poisson方程.算例显示,对于光滑解析磁场,伪磁场散度得到有效清除;对于带激波高超声速MHD流动,全局投影下自由来流区域误差增大.提出一种局部投影方法,在高磁场散度区域进行投影.结果表明,最终流场收敛稳定,高磁场散度得到有效清除,而低散度区域散度不受影响.

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探地雷达反问题的小波-同伦混合反演算法 李壮, 韩波, 陈勇 2009, 26(1): 87-93.  摘要 ( )   PDF(427KB) ( )   构造一种求解探地雷达反问题的小波-同伦混合反演算法.利用小波将反问题分解到不同尺度上,在最大尺度上采用同伦反演方法,求得次级尺度的初始近似解,在其余尺度上进行多次迭代修正,以获得全局最小点.算法结合小波反演和同伦反演的优点,数值结果表明其具有较强的全局搜索能力.

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不同精度格式的格子Boltzmann热模型的传热分析 董志强, 李维仲 2009, 26(1): 94-100.  摘要 ( )   PDF(362KB) ( )   通过在格子Boltzmann (LBM)热模型中添加参数项,使得在对应的宏观传热方程中,消除了一阶非线性误差项,具备二阶精度.通过Rayleigh-Benard对流数值试算,初步探索该二阶精度格式及其对应的一阶精度格式三个热模型的传热特征和适应性,并做出相应对比分析.针对一二阶精度模型在Ra数极高或热传导系数极大时,Nu数的计算与经验值相比出现较大偏差,分析LBM对应宏观热传导方程的截断误差后,在平衡分布函数中引进一个调节因子.通过调节对应宏观传热方程的截断误差项系数,校正Nu数的计算偏差,提高模拟精度,拓展模拟范围,增强了LBM作为一个数值方法在传热中的适应性.

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球谐函数法解点源辐射传输方程的P3近似及其在生物组织中的应用 柴成钢 2009, 26(1): 101-106.  摘要 ( )   PDF(251KB) ( )   辐射传输方程在球坐标下的P3近似是一个非线性微分方程组,其齐次解为球Bessel函数.需要将球Bessel函数分解为指数函数,才能用参数变异法求出它的特解.由于球Bessel函数在r=0的奇异性,无法利用Marshak和其它近似边界条件,因此直接利用能量守恒,和当介质的吸收系数比约化散射系数小得多时P3近似等于P1近似这个特点,确定全解中的常数.比较Monte Carolo模拟和P3近似理论的解析解发现,P3近似能处理约化散射系数与吸收系数之比介于2~10之间的生物组织.

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高功率电磁脉冲作用下MESFET热效应的时间尺度统一算法 田广锟, 黄卡玛 2009, 26(1): 107-113.  摘要 ( )   PDF(295KB) ( )   提出高功率电磁脉冲作用下MESFET热效应分析的时间尺度统一算法.提高联合求解电磁场方程、热传导方程和载流子方程的效率.讨论利用时域有限差分法求解的数值稳定性和计算误差.通过一个计算实例,得出仿真结果与实验测量数据吻合,表明算法可行.

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挠曲电效应对向列相液晶盒电光效应的影响 叶文江, 邢红玉, 张志东, 陈国鹰 2009, 26(1): 114-120.  摘要 ( )   PDF(274KB) ( )   研究挠曲电效应对向列相液晶盒电光效应的影响.通过变分理论得到液晶指向矢满足的微分方程和边界条件,利用差分迭代的方法计算强锚定和弱锚定液晶盒中液晶指向矢的分布情况.借助琼斯矩阵的方法,计算两种液晶盒电光特性曲线.此外,在计算中同时考虑了挠曲电表面和体积效应.

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[111]晶向银纳米杆结构稳定性的分子动力学研究 卢敏, 刘维清, 罗飞, 魏望和 2009, 26(1): 121-128.  摘要 ( )   PDF(463KB) ( )   采用三维分子动力学模拟方法和Finnis-Sinclair型多体势,以[111]晶向银纳米杆为研究对象,模拟研究不同尺寸纳米杆在不同温度弛豫过程中的动态平衡变化过程,分析研究弛豫后银纳米杆的稳态结构变化、平均势能的变化及其在不同时刻结构的演变过程.结果表明,温度对银纳米杆结构稳定性将产生重大影响,银纳米杆存在一临界失稳温度,当温度小于临界失稳温度时,体系保持完好线状晶态,当温度大于临界失稳温度小于熔点时,体系坍塌熔化后发生重结晶,体系形成由(111)和(100)面围成的多面体;随银纳米杆截面尺寸增大,其临界失稳温度、熔点均增大,当截面尺寸大于2 nm时,临界失稳温度趋近于熔点,失稳现象只在一很窄温度区域内存在.

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应用DQE增量迭代法分析斜直井内管柱的非线性屈曲 甘立飞, 王鑫伟, 谈梅兰 2009, 26(1): 129-134.  摘要 ( )   PDF(297KB) ( )   基于斜直井内管柱屈曲的平衡微分方程,构建DQE (Differential Quadrature Element)增量迭代法,对斜直井内管柱的非线性屈曲进行计算.通过与有限元的计算结果对比,验证方法的正确性.DQE法方法简单、易于实施,计算量少、精度较高,所得到的螺旋屈曲计算结果与实验结果吻合,最大井壁约束力随上端载荷的增加而增大.对于工程中比较长的受压段管柱,其屈曲是一个局部非线性稳定性问题,屈曲首先从下端开始发生,随着上端载荷的增加,逐渐向上扩展;上端边界条件对下端局部屈曲无明显影响.

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薄板弯曲问题的变分-差分方法 谢文昊, 曲小钢 2009, 26(1): 135-140.  摘要 ( )   PDF(221KB) ( )   从最小势能原理出发,使用变分-差分方法构造带有弯曲边梁的薄板的小挠度弯曲问题的差分格式,所得格式仅依赖板面网格结点,从而避免了由于引入虚拟网格结点而带来的问题;编制求解差分方程组的MATLAB程序,给出数值模拟结果.

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预报单光子源诱骗态量子密钥产生率及数值计算 权东晓, 裴昌幸, 马怀新, 刘丹, 阎毅 2009, 26(1): 141-146.  摘要 ( )   PDF(253KB) ( )   独立推导预报单光子源诱骗态量子密钥分发的密钥产生率计算公式,讨论密钥产生率和发送端探测效率的关系;进行弱相干光和预报单光子源诱骗态量子密钥分发的最优强度估计和密钥产生率数值计算.结果表明,预报单光子源诱骗态量子密钥分发的密钥产生率随着发送端探测效率的增加而增加,其安全通信距离与完美单光子源的通信距离一致;诱骗态量子密钥分发可提高安全通信距离和密钥产生率;预报单光子源由于减少了暗计数的影响,进一步提高了安全通信距离.

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双色激光场中一维氢分子的经典动力学性质研究 贾丽娜, 郭静, 刘学深 2009, 26(1): 147-151.  摘要 ( )   PDF(227KB) ( )   应用经典理论方法,采用辛算法,数值求解双色激光场作用下的一维共线氢分子的哈密顿正则方程,得到氢分子在激光场作用下的经典轨迹,并计算H2+,H22+,H,H+等产物的产生概率随时间的演化,分析了双色场的光强、倍频、相位的变化对氢分子动力学性质的影响并给出相关的物理解释.

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DNA微环拓扑性质的Monte Carlo模拟 刘艳辉, 胡林 2009, 26(1): 152-158.  摘要 ( )   PDF(283KB) ( )   基于微环DNA分子柔性铰链机制,利用Monte Carlo模拟研究不同长度微环DNA分子(小于500 basepairs)的构象能及各片断之间的关联性质,给出含有柔性铰链的微环DNA分子直接构象信息和相应的拓扑性质.