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2009年, 第26卷, 第4期
刊出日期：2009-07-25 上一期    下一期
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综述

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辐射扩散计算方法若干研究进展 袁光伟, 杭旭登, 盛志强, 岳晶岩 2009, 26(4): 475-500.  摘要 ( )   PDF(1809KB) ( )   辐射流体力学研究辐射的传输对流体运动的影响,并在此条件下研究流体的运动规律.实际应用问题中辐射流体力学所描述的是非常复杂的物理过程,数值模拟是主要的研究手段之一.模拟通常采用流体计算和辐射计算分裂求解的方法.讨论求解辐射扩散方程时迫切需要解决的一些计算方法问题,包括大变形网格上扩散计算格式与非线性迭代方法,并简要介绍部分研究进展.

研究论文

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一维双曲守恒律的龙格-库塔控制体积间断有限元方法 陈大伟, 蔚喜军 2009, 26(4): 501-509.  摘要 ( )   PDF(349KB) ( )   给出数值求解一维双曲守恒律方程的新方法——龙格-库塔控制体积间断有限元方法(RKCVDFEM),其中空间离散基于控制体积有限元方法,时间离散基于二阶TVB Runge-Kutta技术,有限元空间选取为分段线性函数空间.理论分析表明,格式具有总变差有界(TVB)的性质,而且空间和时间离散形式上具有二阶精度.数值算例表明,数值解收敛到熵解并且对光滑解的收敛阶是最优的,优于龙格-库塔间断Galerkin方法(RKDGM)的计算结果.

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界面追踪方法中的激波限制器研究 王东红, 赵宁, 刘剑明 2009, 26(4): 510-516.  摘要 ( )   PDF(326KB) ( )   针对多介质流体界面追踪(Front Tracking)方法,通过在界面处构造Riemann问题,研究激波限制器应用过程中的若干基本问题.针对气-气和气-水界面问题,通过比较平均守恒误差、L1误差和激波强度随参数的变化情况,给出激波限制器参数可以在0.3附近选取.同时,通过理论分析和数值算例发现,当有激波接近界面时,选择激波波后状态作为界面处Riemann问题的初始状态,数值模拟结果较满意.

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一种含运动固壁超声速流动的Descartes网格算法 王强, 胡湘渝, 姜宗林 2009, 26(4): 517-526.  摘要 ( )   PDF(683KB) ( )   提出一种Descartes网格算法,用于数值求解含任意复杂及运动固壁的超声速流动问题.采用位标集函数确定和跟踪流-固界面.引入虚网格技术处理流-固边界条件,并沿法向和切向分别进行计算.该算法简单、稳健,可与高阶有限差分格式并用.选取一组一维/二维静止或运动物体绕流算例,验证其有效性.

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结合前沿推进的Delaunay三角化网格生成及应用 陈炎, 曹树良, 梁开洪, 祝宝山 2009, 26(4): 527-533.  摘要 ( )   PDF(513KB) ( )   采用一种新的混合网格生成方法,生成复杂区域的非结构化网格.结合前沿推进法和Delaunay三角化两种非结构网格生成方法的特点,在边界处采用前沿推进法进行三角形初始网格的生成,在边界区域内部采用Delaunay三角化方法自动生成内部节点.分析表明,该算法简化网格生成过程,能够快速有效地生成非结构化网格.在计算时间以及网格的均匀性方面与其他方法相比具有一定的优势.最后,用混合网格生成方法生成方柱绕流的计算域网格,并运用基于特征线方程的分离算法进行流场计算.

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煤油超燃冲压发动机三维大规模并行数值模拟 杨顺华, 乐嘉陵, 赵慧勇, 郑忠华 2009, 26(4): 534-540.  摘要 ( )   PDF(418KB) ( )   在我国巨型计算机上,采用1024个CPU对煤油燃料超燃冲压发动机燃烧流场进行三维大规模并行数值模拟.计算软件采用自主研发的并行软件AHL3D,控制方程采用雷诺平均的N-S方程,无粘项计算采用Steger-Warning矢通量分裂格式,湍流模型采用k-ω双方程模型,煤油分子式采用正癸烷代替.计算给出的发动机壁面压强分布与试验测量结果有较好的一致性.结果表明,凹槽是发动机主要的着火区和火焰稳定区,同时,由于燃料的喷注形成的回流区也起到一定的稳焰作用.计算结果验证了AHL3D程序和采用的理论模型可以用于模拟煤油燃料超燃冲压发动机内部的复杂流动.

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流量配比对Coil增益分布影响的数值研究 吕俊明, 王春, 姜宗林 2009, 26(4): 541-547.  摘要 ( )   PDF(518KB) ( )   利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型,对COIL亚声速段横向射流情况下,不同的主副流流量配比对化学氧碘激光器性能的影响进行分析与比较.结果证明,过高或过低的碘分子浓度状态均不利于合理、可观的小信号增益系数产生.存在一个最佳流量配比范围,与之对应的工作状态下,COIL的小信号增益系数会得到显著提高.

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高速碰撞SPH方法模拟中的初始光滑长度和粒子间距 徐金中, 汤文辉 2009, 26(4): 548-552.  摘要 ( )   PDF(309KB) ( )   采用光滑粒子流体动力学方法对高速碰撞问题作数值模拟,分析初始光滑长度和非一致粒子间距对计算结果的影响,提出修正光滑长度法,并引入XSPH速度纠错公式.数值结果表明,初始光滑长度越大,弹丸的刚性越小,h0的合理取值范围应为d0<h0≤1.5d0;粒子间距越小,材料的刚性越小.非一致粒子间距和均匀粒子分布的计算结果吻合的较好.

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重构核粒子法对光滑粒子法的改进效果 殷建伟, 马智博 2009, 26(4): 553-558.  摘要 ( )   PDF(346KB) ( )   光滑粒子法通过核函数进行近似估计,在计算域边界附近,核估计的精度明显下降.重构核粒子法通过校正函数对核函数进行重新构造,提高核估计方法在边界点和内点上对函数的估计精度以及计算的稳定性.研究发现,虽然校正函数的构造立足于对函数的精确估计,但这个优势同样能在对导数的估计中继续保持.通过理论研究及数学、物理模型的模拟,展示重构核粒子法的改进效果,揭示其能够提高精度的原因.

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长杆侵彻中材料参数对侵彻性能的影响 楼建锋, 何长江, 朱建士, 王政 2009, 26(4): 559-563.  摘要 ( )   PDF(360KB) ( )   采用LS-DYNA程序研究长杆侵彻中材料参数对侵彻性能的影响.在弹塑性流体本构模型中,描述材料属性的主要参数有失效应变、屈服强度、剪切模量.通过对钨合金杆侵彻半无限厚铝合金靶的一系列数值计算,分析上述参数对侵彻深度的影响.数值结果表明,失效应变是影响侵深的主要参数,而屈服强度和剪切模量对侵深的影响较小.在此基础上,对着速在785 m·s-1~1 924 m·s-1范围内的长杆侵彻问题进行数值模拟,计算结果与试验数据符合较好.

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三维频域格林函数的高效率计算方法 姚熊亮, 孙士丽, 张阿漫 2009, 26(4): 564-568.  摘要 ( )   PDF(266KB) ( )   将高斯积分引入频域格林函数及其导数的数值计算,计算结果与已有文献进行对比,证明该方法在满足足够精度的基础上,使计算过程简化,减少分区,提高计算效率.

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快速计算地面上车辆目标的电磁散射特性 赵勋旺, 梁昌洪, 梁乐 2009, 26(4): 569-573.  摘要 ( )   PDF(300KB) ( )   为快速计算地面上车辆目标的电磁散射特性,实现适用于半空间环境的多层快速多极子方法.对于近区项,利用严格的半空间并矢格林函数进行计算;对于远区项,首先将半空间格林函数分解为直射项和反射项,然后采用实镜像方法计算反射项.方法物理概念清晰,与目前常用的离散复镜像方法相比,具有良好的收敛性和稳定性,大大降低计算时间和内存需求.实例计算并分析地面上汽车模型的电磁散射特性.

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共形完全匹配层按层积分算法 张永杰, 孙秦 2009, 26(4): 574-578.  摘要 ( )   PDF(269KB) ( )   基于共形完全匹配层(CPML)吸收边界,构造一种共形完全匹配层矢量单元按层积分算法,将多层单元积分运算叠加到一层单元中进行,用多层单元剖分,以一层单元计算矩阵元素,即保留了多层单元的几何和材料信息,又减少了单元数量和计算量.数值算例表明,这种按层积分CPML吸收效果好,计算量小,可靠,高效.

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计算晶体CdCl2:Ni2+的电子顺磁共振谱的完全对角化和高阶微扰方法 张金平, 陈太红, 代伟, 兰小刚, 余飞 2009, 26(4): 579-585.  摘要 ( )   PDF(385KB) ( )   采用半自洽场自由Ni2+的d轨道波函数和点电荷-偶极子模型,建立局部结构、光谱与电子顺磁共振(EPR)谱(零场分裂D和顺磁g因子)之间的定量关系.利用完全对角化方法(CDP)和高阶微扰方法,统一解释CdCl2:Ni2+晶体的局部结构、光谱和电子顺磁共振谱(EPR),并比较两种计算方法得到的结果.

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低能电子在固体表面背散射系数的直接Monte Carlo方法模拟 卓俊, 牛胜利, 黄流兴, 朱金辉 2009, 26(4): 586-590.  摘要 ( )   PDF(271KB) ( )   应用单次碰撞的直接Monte Carlo方法计算能量范围从100 eV~10 keV的电子在固体Al,Si,Au表面的背散射系数,其中低能电子在固体中的弹性散射和非弹性散射截面分别应用Mott散射截面和Born近似下的广义振子强度计算模型得到.通过与压缩历史Monte Carlo方法的模拟计算结果及实验值的比较,结果表明,对于100 eV~10 keV范围的低能区电子,采用直接方法计算得到的电子背散射系数与实验值符合较好,直接方法比压缩历史方法更适合于能量在10 keV以下的电子输运计算.

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GEANT4SPE质子屏蔽和半导体材料辐射效应模拟 路伟, 王同权, 王尚武, 陈达毅, 王兴功 2009, 26(4): 591-596.  摘要 ( )   PDF(336KB) ( )   利用蒙特卡罗软件GEANT4模拟太阳宇宙射线中能量为1 MeV~10 GeV质子对航天飞行器的影响,透射质子对半导体材料的损伤效应,计算外壳铝层对质子能谱的屏蔽效应.模拟结果表明,质子在介质中的线性能量转移、射程等和参考数据吻合较好;沿质子轨迹纵向能量沉积出现Bragg峰,且非弹性作用是影响能量沉积Bragg曲线的重要因素;对于半导体Si材料,反冲原子主要分布在质子轨迹线周围,并沿轨迹线横向‘扩散’,浓度降低;Al层屏蔽使入射质子能谱硬化,当Al层厚度超过10 mm时,厚度增加对屏蔽效果的改善不明显,反而次级粒子辐射增强效应变大.

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双轴向列相液晶的Monte Carlo模拟 杨培培, 刘红(小), 刘红 2009, 26(4): 597-602.  摘要 ( )   PDF(312KB) ( )   利用Monte Carlo方法模拟棒状液晶分子随温度变化的相变行为,采用热力学统计方法得到能量与温度的关系,得出比热随温度的变化规律,通过图像的峰值确定相变点;重点模拟计算序参数矩阵元与温度的关系,得到不同分子结构参数下液晶系统的温度相图,模拟结果显示,当两个短棒长度相等时,不存在双轴相.

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基于Hilbert-Huang变换的数字全息图中的零级项抑制 柴晓冬, 李晓辉 2009, 26(4): 603-608.  摘要 ( )   PDF(477KB) ( )   针对数字全息图中的零级项问题,提出一种用Hilbert-Huang变换对零级项进行抑制的方法.首先将二维数字全息图数据展开为一维数据,然后用Hilbert-Huang变换进行经验模型分解,得到第一层的本征模函数,该函数包含了全息图的高频分量,继续分解,得到第二层的本征模函数,该函数包含了全息图的直流分量.实验结果证明,将第一层的本征模函数进行再现,即为零级项得到有效抑制的共轭像,第二层的本征模函数为零级项.该方法只需在空域中进行一次经验模型分解就可有效抑制零级项,较好地保存了原物波信息,在计算速度上具有明显优势.

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VB金属离子掺杂TiO2金红石构型与稳定性的分子动力学研究 潘海波, 张丽盆, 黄金陵 2009, 26(4): 609-616.  摘要 ( )   PDF(493KB) ( )   在300 K与101 325 Pa下,用分子动力学模拟研究0.5mol%,2.1mol%,3.8mol%VB金属离子(V5+,b5+,Ta5+)TiO2金红石构型与总能量.当掺杂离子浓度为2.1mol%时,离子位置具有较小的平方位移,及较明显的原子晶面与高的稳定性,金红石构型保持较好的完整性.其中,与V5+,Ta5+掺杂离子相比,Nb5+离子由于具有Ti5+相匹配的价态与离子半径,能够较好地溶入到TiO6八面体中.

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非谐势阱中二维G-P方程的数值计算 孙长勇, 周玉欣, 夏庆峰, 赵建刚 2009, 26(4): 617-623.  摘要 ( )   PDF(286KB) ( )   通过能量泛函的方法得到描述囚禁在非谐势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的二维G-P方程数值解,讨论原子间相互作用和非谐振势能项对玻色-爱因斯坦凝聚体的分布、能量和化学势的影响.

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有机分子电子输运性质的计算与分析 刘瑞金, 王传奎 2009, 26(4): 624-628.  摘要 ( )   PDF(308KB) ( )   从第一性原理出发,采用杂化的密度泛函理论和弹性散射格林函数法,计算有机分子4,4'-二巯基二苯醚分子的电子结构并研究其电子输运性质.计算结果表明,电场对分子系统电子结构有明显的影响,电流、电导表现为非线性变化,与不考虑电场作用时相比,更为接近实验结果.

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阻尼作用下带对称双阱势的原子链中的洞孤子 徐海清, 钟红伟, 胡柯 2009, 26(4): 629-632.  摘要 ( )   PDF(169KB) ( )   采用多重尺度法,研究弱阻尼作用下带有对称双阱势的原子链,导出耗散型的非线性薛定谔方程,并对方程进行解析求解,给出阻尼作用下在链中传播的耗散型的洞孤子解.