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2009年, 第26卷, 第6期
刊出日期：2009-11-25 上一期    下一期
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多尺度模拟中网格守恒重映算法 徐云, 蔚喜军, 陈军 2009, 26(6): 791-798.  摘要 ( )   PDF(499KB) ( )   针对耦合微观分子动力学(MD)和宏观有限元方法(FE)的多尺度模拟,提出一类新的基于贡献单元法的网格守恒重映算法.由于物理量是由有限元节点以及相应区域的原子信息通过积分重构得到的,对结构和非结构网格都能适用.对于未知量定义在顶点的情形,引入辅助网格.数值例子验证了算法的准确性和有效性.

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求解多维欧拉方程的二阶非结构网格混合旋转Riemann求解器 雷国东, 任玉新 2009, 26(6): 799-805.  摘要 ( )   PDF(568KB) ( )   将基于旋转近似Riemann求解器的二阶精度迎风型有限体积方法推广到非结构网格,采用基于网格中心的有限体积法,梯度的计算采用基于节点的方法引入更多的控制体模板,限制器的构造采用与非结构化网格相适应的形式.在求解Riemann问题时,沿具有一定物理意义的两个迎风方向,即控制体界面两侧速度差矢量方向及与之正交的方向.能够完全消除基于Riemann求解器的通量差分裂格式存在的激波不稳定或"红斑"现象.为减小计算量,采用HLL和Roe FDS混合旋转格式.

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基于LU-SGS的非结构弹簧网格迭代算法 吴晴, 钟易成, 余少志, 胡骏 2009, 26(6): 806-812.  摘要 ( )   PDF(471KB) ( )   针对运动间断拟合中需频繁更新网格点位置的特点,提出一种基于LU-SGS(lower-upper symmetricGauss-Seidel)迭代方法的非结构弹簧网格运动算法.根据弹簧网格原理构建与网格拓扑关系相对应的稀疏系数矩阵,将LU-SGS思想成功引入动网格迭代算法,并辅以合理的网格运动管理策略,实现动网格的快速迭代.研究表明,在非结构网格下,LU-SGS算法可以满足运动间断拟合的需求,在流场隐式时间推进时,仍能保证获得稳定解;与传统的SOR方法相比,计算时耗减少20%以上.

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泡泡布点方法及其并行性 刘莹, 聂玉峰 2009, 26(6): 813-820.  摘要 ( )   PDF(522KB) ( )   针对无网格和有限元方法中的布点需求,借鉴分子动力学方法和泡泡网格化方法的思想和处理技术,提出一种单纯的布点方法--泡泡布点方法.将区域内的点看作有相互作用力的泡泡,通过动态模拟得到高质量的点集,模拟中不需要网格连接.算例显示,生成的均匀点集和非均匀点集都具有很好的结构和渐进性,并对复杂区域具有很好的适应性.同时由于相互作用力的局部性,该布点方法类似于短程作用的分子动力学模拟,拥有潜在的并行性.通过初步的并行算例,验证了其并行化的可行性.

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一个新的保单调保守恒插值算子 马利斌, 胡晓燕, 莫则尧 2009, 26(6): 821-830.  摘要 ( )   PDF(394KB) ( )   提出一个保守恒保单调的PQIM插值算子,论证该算子的收敛阶、保守恒性与保单调性,通过数值实验,证明该算子能有效地抑制可能由插值引起的振荡.

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一种基于信息测度的科学数据集序列约减方法 吴国清, 莫则尧, 陈虹 2009, 26(6): 831-836.  摘要 ( )   PDF(387KB) ( )   提出一种基于信息测度的数据集序列约减方法,研究如何从序列中抽样出具有较小相关性,同时不丢失具有重要物理特征的数据集.方法具有普适性,应用于激光与等离子体相互作用模拟程序的结果数据中,减少数据集间的相关性和信息冗余度,单个数据集的平均信息量较原数据集序列增加30%左右.

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YLSG 107高升力翼型主动流动控制的数值模拟 韩忠华, 宋文萍, 乔志德 2009, 26(6): 837-841.  摘要 ( )   PDF(345KB) ( )   数值模拟零质量射流与YLSG 107翼型绕流的干扰流场,探讨零质量射流在高升力翼型失速控制中的控制效果、控制特性及控制机理.数值模拟以积分形式雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程为控制方程,采用格心有限体积法进行求解.通过在喷口上施加非定常边界吹/吸边界条件模拟射流对翼型绕流的干扰.采用与风洞实验相同的来流状态和控制参数进行数值模拟,得到与实验相吻合的结果.为进一步研究控制特性和控制规律、提出改进的实验方案,研究不同动量系数、不同射流偏角对控制效果的影响,并对法向射流和近切向射流进行较深入的比较.研究表明,先前的风洞实验对应的射流动量系数(0.000 014)偏小是控制效果不显著的重要原因之一,必须达到0.001以上才有明显控制效果(射流动量系数为0.005时可使该翼型失速迎角增大2°,最大升力提高8.7%);近切向射流在失速控制方面明显优于法向射流.

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小波自适应方法模拟二维涡旋演化 宗智, 赵勇, 邹文楠, 高云 2009, 26(6): 842-848.  摘要 ( )   PDF(437KB) ( )   以涡量方程为控制方程,模拟初始状态涡量分布为高斯分布三个涡旋演化过程.提出一个关联实际流动的小波系数临界值,小波系数分为临界值以上及以下部分,进而涡量可分成尺度系数项、小波系数突出项和小波系数平凡项三部分.只采用尺度系数项和小波系数突出项近似涡量,既可以节约计算量,还可以自动追踪绝大部分的拟涡能.数值结果表明,用不到10%的小波系数,可控制99%以上的拟涡能.

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纳米流体多相流动的多尺度模拟方法 周陆军, 宣益民, 李强 2009, 26(6): 849-856.  摘要 ( )   PDF(540KB) ( )   针对纳米流体多相流动的微观特征,提出一种基于格子Boltzmann的多尺度耦合方法,在速度和悬浮纳米粒子分布变化比较剧烈的区域采用细网格多相模型,在其它区域视纳米流体为均匀混合的单相流体,使用粗网格单相模型.为保证不同尺度区域之间的物理信息(参数)的准确传递,运用质量和动量守恒原理,建立跨区域的边界耦合模型.几个算例表明,该方法既可以反映纳米流体流动的微观特征,又能提高计算效率,与单纯使用多相模型相比,节省大量时间.

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摄动有限体积算法及其在两相流中应用 董贺飞, 张德良, 杨国伟 2009, 26(6): 857-864.  摘要 ( )   PDF(555KB) ( )   采用一种全新的摄动有限体积(PFV)算法和水平集(Level Set)技术对液液两相系统中液滴坠落进行数值模拟,数值结果表明,PFV新算法具有节点少、精度高,效率高,编程方便等优点,能成功模拟液液两相流动,为两相流动数值模拟提供了一种新的途径.

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考虑相重新分布的双重介质分形油藏不稳定渗流压力动态特征 侯英敏, 同登科, 张华清 2009, 26(6): 865-871.  摘要 ( )   PDF(286KB) ( )   基于分形油藏渗流力学,针对存在井筒储集、表皮效应和井筒相重新分布影响下的不稳定渗流问题,建立双重介质分形油藏有效井径数学模型,并采用Douglas-Jones预估校正法求得无限大地层定产量生产条件下的非线性数值解.由数值解可知,该系统完整的压降曲线由四个流动区组成.最后分析各个分形参数、相重新分布参数和双重介质参数变化时压力的变化规律,做出典型压力曲线图版,为研究复杂渗流系统中相重新分布影响下的不稳定渗流规律提供参考.

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聚合物强化泡沫驱数学模型及其应用 杜庆军, 侯健, 李振泉, 王玉斗, 陈月明 2009, 26(6): 872-878.  摘要 ( )   PDF(387KB) ( )   基于泡沫组分物质守恒原理,考虑泡沫生成、破灭、运移现象,建立聚合物强化泡沫驱渗流的多组分数学模型,有效反映油相消泡和聚合物稳泡作用机理,采用自适应隐式方法进行求解.通过拟合泡沫驱替实验结果,验证数学模型的有效性.对某油区泡沫先导试验区进行跟踪数值模拟,分析泡沫驱渗流特征,结果表明,强化泡沫体系能够在地层稳定存在,并不断向生产井推进,从而大幅度提高原油采收率.

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三维正交机织复合材料弹道侵彻数值模拟 余育苗, 王肖均, 李永池, 王志海 2009, 26(6): 879-886.  摘要 ( )   PDF(636KB) ( )   利用LS-Dyna有限元软件开展球形弹弹道侵彻Kevlar/乙烯基树脂三维正交机织复合材料的模拟研究,靶板采用含损伤的正交各向异性本构模型和Hashin失效准则,子弹剩余速度的计算值和实验值符合较好,破坏形貌和实验基本一致,并给出侵彻速度时程曲线;结合x方向纤维和面内基体的损伤演化图,分析弹道侵彻过程和材料的破坏模式.

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聚能装药侵彻混凝土靶板的数值模拟 张凤国, 冯其京, 郝鹏程, 梁龙河 2009, 26(6): 887-891.  摘要 ( )   PDF(405KB) ( )   将MEPH2Y程序和LTZ-2D程序衔接在一起,应用于分析射流、射弹对混凝土靶板的侵彻问题.模拟射流对混凝土靶板的侵彻以及靶板的损伤破坏情况,计算结果与实验结果符合得较好.

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基于预条件LANCZOS算法快速实现三维地电场正演计算 宛新林, 席道瑛 2009, 26(6): 892-896.  摘要 ( )   PDF(270KB) ( )   针对三维地电场正演计算过程中形成的超大规模稀疏线性方程组,采用不完全Cholesky分解方法进行预条件处理,经过条件数改善后形成的新线性方程组的系数矩阵变为一个近似的单位矩阵,再应用Lanczos算法将会提高数值计算的稳定性,加快迭代收敛的速度,通常在迭代次数远小于系数矩阵阶数时就能得到较好精确解的近似值,为下一步的电阻率三维反演计算打下了非常好的基础.

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二维不规则形状发热型缺陷的红外识别算法 范春利, 孙丰瑞, 杨立 2009, 26(6): 897-902.  摘要 ( )   PDF(408KB) ( )   对带有自身发热型缺陷的试件建立二维传热模型,利用有限元法进行求解,研究试件表面的温度分布规律,并根据共轭梯度法提出根据试件外表面红外测温,定量识别发热型内部缺陷边界轮廓的方法.数值实验证明了算法的有效性.对所研究缺陷类型,导热系数较小的试件识别精度较高;温度测量误差、测温点数目及缺陷轮廓初值假设对识别结果的影响可以忽略;检测表面最大温差越大,识别精度越高.

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血液对流换热的数值计算 解海卫, 张艳, 诸凯 2009, 26(6): 903-910.  摘要 ( )   PDF(540KB) ( )   在血管壁施加第三类边界条件是计算血液与组织间对流换热的一种近似计算方法.为分析其可行性,用有限元数值模拟方法计算血管分支结构中血液与组织的对流换热,得到不同流速和半径下分支血管内血液的截面平均Nu数沿管长的变化曲线.结果表明,血管树中分支血管的Nu数变化幅度不大,且趋于稳定值的速度很快.以相同边界条件下包含简单血管系统的舌体为例,分别用近似方法和完全耦合计算方法,进行血液流场和舌体温度场模拟.通过比较计算结果,得出两种方法得到的温度场分布趋势基本相同;用完全耦合计算方法得到的舌体温度略高于用近似方法得到的舌体温度,两者差值小于0.2℃.

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高温气冷堆堆芯中子时空动力学模拟计算 宋英明, 马远乐, 单文志, 周志伟, 经荥清 2009, 26(6): 911-916.  摘要 ( )   PDF(293KB) ( )   研究开发三维圆柱几何堆芯多群中子时空动力学改进准静态方法模拟计算程序.对给定的模块式高温气冷堆模型进行模拟计算.初始状态下,计算结果与中子扩散程序CITATION吻合很好.动态情况下,模拟堆芯反应性、堆内各能群中子平均注量率和堆芯相对功率等物理量随时间变化,计算结果与理论分析一致.

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基于自洽场理论两亲高分子自组装的研究 尹海峰, 诸跃进, 曾春花 2009, 26(6): 917-924.  摘要 ( )   PDF(465KB) ( )   运用扩展的自洽场和密度泛函理论(SCF/DFT),研究ABC蝌蚪形两亲高分子在稀溶剂中的自组装形态,其中蝌蚪形两亲高分子由线形嵌段共聚物链AB嫁接到球形纳米颗粒C上构成.与以往研究的线形ABC两亲高分子相比,蝌蚪形两亲高分子的自组装形态有着很大的不同.在粒子亲溶剂,嵌段共聚物疏溶剂时,各组分间弱分凝条件下,蝌蚪形两亲高分子自组装成胶球状形貌;在强分凝条件下,随着嵌段共聚物疏溶剂性的增强,两亲高分子的自组织态由胶球状转变成四角、三角状形貌,其中嵌段B主要分布在各角上.通过改变各组分间的相互作用,在嵌段A亲溶剂,嵌段B和粒子疏溶剂时,粒子呈平行棒状或小方块状分布在胶球中.

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高斯噪声诱导二元混合物/粒子系统有序结构的形成 冯文强, 诸跃进 2009, 26(6): 925-930.  摘要 ( )   PDF(558KB) ( )   采用蒙特卡罗方法研究高斯噪声场对添加硬球粒子的二元混合物系统自组装的驱动作用.发现硬球粒子与组分之间的相互作用决定硬球粒子在畴中存在的区域.当硬球粒子与组分之间的相互作用较大,硬球粒子浓度n≤0.05时,对于足够强的高斯噪声场,存在一个最佳噪声作用概率区域(p=0.005~0.02),其间高斯噪声已完全消除硬球粒子的钉扎效应,使体系快速生长并形成取向性很好的条状畴结构.

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Ballistic Deposition模型孔洞生长标度行为的数值模拟 李一璠, 夏辉 2009, 26(6): 931-936.  摘要 ( )   PDF(333KB) ( )   为研究表面界面粗化生长中孔洞的标度行为,在对Ballistic Deposition(BD)模型进行数值模拟的基础上,对模型中孔洞的模拟生长情况进行统计和分析.结果表明,BD模型中孔洞数目随模型生长时间的变化从初始阶段的高于线性而渐趋近于线性,并对该规律进行理论分析.

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三维Ising模型的蒙特卡罗模拟 黄纯青, 邓绍军 2009, 26(6): 937-941.  摘要 ( )   PDF(275KB) ( )   采用蒙特卡罗(Monte Carlo)重点抽样法对三维Ising模型进行计算机模拟,测量无外磁场时三维Ising模型中自旋键链的能量、磁化强度、比热及磁化率的统计平均值与标准误差(不确定度).结果表明,三维Ising模型在无外磁场时存在自发磁化现象,铁磁→非铁磁相变临界点在J/(kBTC)=0.222 0,或居里温度TC=4.500 0处.并研究存在外磁场时上述物理量随温度与外磁场的变化规律,给出物理解释.

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用F-G-H方法研究玻色-爱因斯坦凝聚体基态性质 吴大鹏, 门福殿, 刘慧 2009, 26(6): 942-948.  摘要 ( )   PDF(366KB) ( )   用F-G-H方法数值求解描述BEC凝聚体的非线性薛定谔方程-Gross-Pitaevskii方程.研究总粒子数、粒子间相互作用、谐振频率和一般幂指数外势对玻色凝聚体粒子数密度分布、基态能量的影响.结果表明,增大幂指数外势、谐振频率,降低粒子间的排斥作用会增加凝聚体中心的粒子数密度、缩小凝聚体半径;增大总粒子数、谐振频率、粒子间的排斥作用和幂指数外势的指数会增大体系的基态能量;随着总粒子数增大,数值结果与托马斯-费米近似结果渐趋一致,托马斯-费米近似在大粒子数条件下是一种较好的近似方法,在粒子数有限时,结果与真实情形偏差较大,应采用数值解法.