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2008年, 第25卷, 第2期
刊出日期：2008-03-25 上一期    下一期
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研究论文

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激光自聚焦和成丝模拟中的并行计算方法 陈军, 莫则尧, 郑春阳, 李斌 2008, 25(2): 127-132.  摘要 ( )   PDF(364KB) ( )   已编制完成三维非线性流体力学与激光传播耦合并行模拟程序,用以研究高强度激光在稀疏等离子体中的自聚焦和成丝不稳定性形成机制.介绍该三维并行程序中所使用的数值方法和并行算法.

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Euler多物质流体动力学数值方法中的界面处理算法 马天宝, 郝莉, 宁建国 2008, 25(2): 133-138.  摘要 ( )   PDF(455KB) ( )   结合Euler型多物质流体动力学数值方法,将Youngs界面重构技术进行改进,改进后的算法中,混合网格周围网格物质的体积份额不但被用来计算物质界面的位置,还被用来确定混合网格中各物质的输运次序.将改进后的算法加入到自行开发的MMIC-2D通用多物质二维爆炸与冲击问题数值仿真程序中,对二维直角坐标系下圆环在平移流场中的运动过程进行模拟,以此对提出的改进界面处理算法进行数值考核.在此基础上,对聚能装药射流的形成过程进行数值模拟,模拟结果图像显示,其物质分界面清晰,并与实验结果吻合较好,从而验证了该方法的精度及有效性.

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热化学非平衡流动的DSMC-ME算法研究 叶品, 钟诚文 2008, 25(2): 139-144.  摘要 ( )   PDF(364KB) ( )   将最大熵方法(Maximum Entropy,缩写为ME)引入Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)模拟热化学非平衡流动过程中,构造一个计算非平衡条件下化学反应几率和反应碰撞能量分配的最大熵模型.在DSMC-ME的模拟过程中,对分子间的非反应碰撞,采用传统的Larsen-Borgnakke唯象论模型模拟碰撞分子内能的激发与松弛;对分子间反应碰撞,采用最大熵模型模拟分子间的化学反应和能量交换.通过模拟高空高超声速绕圆柱和低密度高焓绕钝头锥体流动,并与DSMC算法和HEG实验结果比较,论证了DSMC-ME算法的有效性.

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DLR-F6翼身组合体阻力计算 王运涛, 王光学, 张玉伦 2008, 25(2): 145-150.  摘要 ( )   PDF(412KB) ( )   采用"亚跨超CFD软件平台"(TRIP2.0)数值模拟DLR-F6翼身组合体构型,采用的多块对接网格、测压和测力的试验结果均来自美国AIAA阻力计算小组,对比计算结果采用CFL3D的结果.详细研究网格密度、湍流模型对DLR-F6翼身组合体构型的总体气动特性和压力分布的影响,计算结果与相应的试验结果较一致.采用SST两方程模型得到网格收敛结果;不同的湍流模型对压差阻力影响较小,对摩擦阻力影响较大;不同的网格密度和湍流模型对压力分布影响较小.

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相变过程的格子Boltzmann方法模拟 赵凯, 李强, 宣益民 2008, 25(2): 151-156.  摘要 ( )   PDF(428KB) ( )   应用Shan提出的伪势多相模型替代R-K着色模型,建立一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann理论模型,模拟蒸发(高密度转化为低密度)过程.改进了计算效率,且得到较好的计算结果.同时应用该模型从孔隙尺度模拟了多孔介质中的相变现象,验证了该模型模拟复杂相变问题的可行性.

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二维MLSPH无网格方法 温万治, 董师舜, 杭旭登, 胡晓燕 2008, 25(2): 157-162.  摘要 ( )   PDF(298KB) ( )   给出MLSPH无网格方法的控制方程、移动最小二乘近似、MLSPH守恒格式等,重点研究MLSPH守恒格式中MLS面积向量的数值求解方法,以提高求解的精度.对激波管问题和平面Noh问题进行模拟,得到较好的结果,确定用三次样条积分公式计算面积向量.

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三维小空化数空泡流数值方法 陈瑛, 鲁传敬, 吴磊 2008, 25(2): 163-171.  摘要 ( )   PDF(624KB) ( )   采用均质平衡流空泡模型,引入基于求解液体质量份数输运方程的空泡流模型,提出新的压力密度耦合的压缩性方法和控制气液两相转换的源项,求解汽水混合介质的RANS方程和带低雷诺数修正的k-ε模型,实现了小空化数(σ=0.2~0.01)下水下航行体的空泡流数值模拟.得到清晰的空泡形态特征与内部结构,以及空泡长度和最大直径随空化数的变化规律,给出航行体运动阻力系数与空化数之间的变化关系.将计算结果与解析结果及实验数据进行比较表明,该方法保证了极小空化数下自然空泡流计算的稳定性与收敛性,提高了空泡形态特性的预报精度.

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积分守恒型N-S方程通用形式及其在数值模拟中的应用 高丽敏, 李开泰, 刘波, 苏剑 2008, 25(2): 172-178.  摘要 ( )   PDF(410KB) ( )   运用张量分析理论,分别给出了标量、矢量以及二阶张量等任意阶数张量的Gauss定理,并应用到积分形式流动控制方程的推导中,得到具有普遍意义的三维任意曲线坐标系上的积分守恒型N-S方程的通用形式,并采用有限体积的时间推进法对方程进行数值离散,研制了相应的CFD分析程序.作为算例,对具有复杂边界的大尺度离心叶轮内的旋转三维湍流场进行了数值模拟.与实验结果的比较表明,数值模型和解法是成功的,为复杂物理域的流动问题的数值模拟奠定了基础.

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求解耦合SchrÖdinger方程组的数值逼近算法 王廷春, 张鲁明, 陈芳启 2008, 25(2): 179-185.  摘要 ( )   PDF(381KB) ( )   对耦合Schrödinger方程组提出一个非耦合的线性化差分格式并对其进行分析.证明格式保持原方程组的守恒律,在先验估计的基础上证明格式依L2模的绝对稳定性和无条件二阶收敛性.对孤波碰撞的各种现象进行模拟.

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地震波传播路径追踪的波动方程方法 陈生昌, 马在田, WU Ru-Shan 2008, 25(2): 186-190.  摘要 ( )   PDF(366KB) ( )   在地震勘探的地震波传播研究中,波场传播路径追踪是一项重要研究内容,通常采用射线理论追踪地震波传播路径.提出一种波动方程波场传播路径追踪方法,首先利用窗口Fourier框架展开技术对源点和目标点的波场进行角度分解,并计算它们的方向照明,然后利用角度相干技术获取源点和目标点间的波场传播路径.该方法可以有效考虑地下非均匀介质对地震波场传播的聚焦与散焦作用.

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三维海洋波导中多声散射的数值解 潘文峰, 李卓球 2008, 25(2): 191-196.  摘要 ( )   PDF(322KB) ( )   研究三维海洋波导中多障碍物的声散射问题.基于Galerkin变分原理和DtN映射方法,发展一种自然边界元与有限元耦合的求解方法,提出有效的数值实现方法,避免常规有限元中需要采用吸收边界的缺点.对多种形状多障碍物的数值计算结果表明,所建立的理论方法是有效的.

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不同插值算法在波前构建射线追踪中的应用与对比 韩复兴, 孙建国, 杨昊 2008, 25(2): 197-202.  摘要 ( )   PDF(529KB) ( )   针对波前构建法射线追踪中遇到的波前非网格节点处速度及速度导数的插值问题,对比分析目前在数字地形、数字导航中常用的几种插值算法(邻近域、双线性、分片线性、二维三次卷积)的插值误差.并结合波前构建法的特征,针对不同的插值算法,采取合理的程序设计思想,对同一模型应用不同的插值算法进行射线路径和计算效率的对比.通过对比分析可以得出,在波前构建法射线追踪中应用二维三次卷积插值,不但提高了射线路径的准确度,而且提高了射线追踪的效率,为下一步做偏移成像提供了精确的数据.

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地面核磁共振反演导电层状模型 翁爱华, 高丽娟 2008, 25(2): 203-207.  摘要 ( )   PDF(303KB) ( )   提出不同于常规线性规划的广义线性迭代反演成像技术,并将其应用于任意层状导电介质的地面核磁共振数据分析.在这种方法中,初始振幅强度的平方作为反演成像的对象,它可以表示为含水量分布的二次型形式,并且在反演成像迭代过程中,对应的Jacobian矩阵元素可以用解析形式显式表示出来.反演成像可以从均匀半空间模型开始迭代,理论上,2次迭代就可以完成成像过程.用实际数据对提出的反演成像理论进行了验证.与常规方法相比,新方法的成像结果与实际情况具有更好的一致性,证明了广义线性迭代反演成像不仅具有较好的稳定性和收敛性,还特别适合任意良导层状模型的地面核磁共振数据反演成像.

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薄膜光学常数的粒子群算法 王党社, 张建科, 徐均琪 2008, 25(2): 208-212.  摘要 ( )   PDF(334KB) ( )   为解决椭偏法测量薄膜厚度和折射率实验数据处理较为复杂的问题,采用一种新的基于群体智能的优化算法——粒子群算法处理实验数据.以单层吸收薄膜的测量为例,利用该算法进行数据处理.实验结果表明,可以同时获得3个薄膜参数(折射率n,消光系数k和薄膜厚度d),而且在确切参数范围未知情况下,大范围内进行搜索仍然能保证快速收敛到最优解.该算法与遗传算法以及利用椭偏仪数据处理软件得出的结果相比较,计算精度高,收敛速度快.

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钼酸铅晶体中F型色心电子结构的理论计算 陈建玉, 张启仁, 刘廷禹, 邵泽旭, 濮春英 2008, 25(2): 213-217.  摘要 ( )   PDF(288KB) ( )   运用相对论性的密度泛函离散变分(DV-Xα)方法模拟计算PbMoO4晶体中可能存在的F型色心的电子结构.结果表明,F,F+心在PbMoO4晶体的禁带中引入了施主能级,其光学跃迁能分别是2.141,2.186 eV,即F,F+心能分别引起PMO晶体中581,567 nm的吸收,该吸收与PbMoO4晶体中580 nm的吸收峰对应.因此,可推断F型色心能引起PMO晶体中由光色效应引起的580 nm吸收.

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晶体NiF2的吸收光谱和电子顺磁共振谱的一种完全对角化计算 陈太红 2008, 25(2): 218-224.  摘要 ( )   PDF(400KB) ( )   采用半自洽场(semi-SCF)自由Ni2+的d轨道波函数、点电荷-偶极子模型和Ni2+-6X-(X=F,Cl,Br,I)络合物的μ-κ-α模型,建立结构参数与光谱、电子顺磁共振(EPR)谱(零场分裂D,E和顺磁g因子)之间的定量关系.利用能量矩阵完全对角化方法(CDP)和高阶微扰方法,统一解释NiF2晶体的局部结构、吸收光谱和电子顺磁共振谱(EPR).比较两种方法计算得到的零场分裂D,E和顺磁g因子.结果表明:①高阶微扰方法算出的D,E值误差大;②能量矩阵完全对角化方法(CDP)算出的D,E值、光谱、顺磁g因子的值都与实验符合很好.

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Na2分子X1Σg+,A1Σu+和B1Πu态的势能函数 谢安东, 周玲玲, 毛金文, 罗文浪, 伍冬兰, 阮文 2008, 25(2): 225-229.  摘要 ( )   PDF(273KB) ( )   使用SAC/SAC-CI方法,利用6-311++g,6-311g**及cc-PVTZ等基组,对Na2分子的基态(X1Σg+)、第一激发态(A1Σu+)和第二激发态(B1Πu)的平衡结构和谐振频率进行计算.通过对3个基组的计算结果的比较,得出6-311g**基组为3个基组中最优基组的结论;使用6-311g**基组,分别利用SAC的GSUM(Group Sum of Operators)方法对基态(X1Σg+),SAC-CI的GSUM方法对激发态(A1Σu+)和(B1Πu)进行单点能扫描计算,用正规方程组拟合Murrell-Sorbie函数,得到相应电子态的完整势能函数.用得到的势能函数计算与基态(X1Σg+),第一激发态(A1Σu+)和第二激发态(B1Πu)相对应的光谱常数(Be,αe,ωe和ωeχe),结果与实验数据基本吻合.

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静电六极装置电场分布的数值计算方法及在N2O分子转动态选择、取向中的应用 刘福春, 金明星, 高欣, 路秀秀, 丁大军 2008, 25(2): 230-234.  摘要 ( )   PDF(310KB) ( )   阐述求解极性分子转动态选择及取向静电六极装置中势能分布、电场分布的数值计算方法.为了获得电场分布公式,需通过数值迭代求解势能满足的Laplace方程,获取数值分布点,通过数值分布点,由待定系数的多级展开势能解析表达式进行最小二乘拟合获得势能分布公式,由势能对空间向量的微分获得电场分布.分子在六极电场中的运行轨迹采用经典Newton方程描述,并通过四阶龙格-库塔方法(Four Order Runge-Kutta Method)实现数值求解,其中能量处理采用量子力学方法.应用此方法给出静电六极装置的电场分布公式,运用获得的电场分布公式计算和讨论电场对极性分子N2O的静电六极转动态选择、取向所带来的影响.

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磁性隧道结自旋极化电子的隧穿特性 赵俊卿, 乔士柱, 张宁玉, 张慧军, 何鹏 2008, 25(2): 235-240.  摘要 ( )   PDF(308KB) ( )   铁磁金属间通过中间层的自旋极化电子隧穿产生的磁性耦合,在自旋电子器件中有许多潜在的应用.考虑由一平面磁性势垒层隔开的两铁磁性金属电极构成的磁性隧道结,针对中间层形成的矩形势垒,在近自由电子模型的基础上,计算零偏压下的隧穿电导、自旋极化率和隧穿磁阻比率,分析势垒层特性、分子场强弱、分子场相对取向等对隧道结自旋极化电子隧穿特性的影响.计算结果对自旋电子器件的设计具有一定的指导意义.

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基于MPI的分子对接并行算法 常珊, 孔韧, 李春华, 陈慰祖, 王存新 2008, 25(2): 241-246.  摘要 ( )   PDF(406KB) ( )   基于消息传递接口(Message Passing Interface,MPI),用两种不同的并行程序设计方法对Autodock程序进行修改.将修改后的程序应用于HIV-1蛋白酶(Protease)和小分子抑制剂XK263的对接体系,测试了并行程序的加速比和并行效率.结果表明,两种改进的并行Autodock程序都可以很好地完成计算,尤其是方案Ⅱ并行程序的加速比和并行效率更高.

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一类延迟混沌神经网络的鲁棒反同步 孟娟, 王兴元 2008, 25(2): 247-252.  摘要 ( )   PDF(280KB) ( )   研究一类延迟神经网络的反同步问题.根据Lypunov稳定性理论和Halanay不等式,设计了一类控制器,并从理论上证明该控制器可以实现一类延迟神经网络的反同步.通过对两个典型的延迟混沌神经网络的数值模拟研究,验证所提方案的有效性.