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2008年, 第25卷, 第4期
刊出日期：2008-07-25 上一期    下一期
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研究论文

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高阶FD-WENO格式在数值求解Rayleigh-Taylor不稳定性问题中的应用 李寿佛, 叶文华, 张瑗, 舒适, 肖爱国 2008, 25(4): 379-386.  摘要 ( )   PDF(611KB) ( )   用高阶加权本质上无振荡有限差分格式(FD-WENO),求解重力作用下高密度比二维流体界面Rayleigh-Taylor不稳定性问题及激光烧蚀Rayleigh-Taylor不稳定性问题,均获得较为理想的数值结果.

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气相爆轰高阶中心差分-WENO组合格式自适应网格方法 刘国昭, 张树道 2008, 25(4): 387-395.  摘要 ( )   PDF(540KB) ( )   研究一种高阶中心差分-WENO组合格式,并采用自适应网格方法进行二维和三维气相爆轰波的数值模拟.采用ZND爆轰模型的控制方程为包含化学反应源项的Euler方程组.组合格式在大梯度区采用WENO格式捕捉间断,在光滑区采用高阶中心差分格式提高计算效率.采用一种基于流场结构特征的自适应网格.计算结果,表明这种方法同时具有高精度、高分辨率和高效率的特点.

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含有大位移动边界的复杂流场的数值模拟 王兵, 许厚谦 2008, 25(4): 396-400.  摘要 ( )   PDF(306KB) ( )   含有运动弹丸的膛口流场是典型的大位移动边界问题,同时弹丸在出膛过程中,流场的结构也会发生变化,增加了流场的复杂程度.在对该流场的数值模拟中,将它分为两个区:弹丸运动区和普通流场区,它们之间用一个特殊的分区边界联系,同时运用网格局部重构技术处理弹丸运动造成的网格变形问题,并将对称轴定义为网格变形边界,使得弹丸在对称轴上运动过程中不会导致对称轴上的网格体积为负.从计算结果可以看出整个膛口波系结构变化过程和弹丸先加速后减速的过程,从而表明该动网格处理方法是成功的.

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有限远来流非对称碰撞形成射流研究 石艺娜, 秦承森, 冯其京, 杭义洪 2008, 25(4): 401-406.  摘要 ( )   PDF(386KB) ( )   研究距离交汇点有限远的两股平面金属来流非对称碰撞的射流形成规律,给出出流厚度和流动方向的理论公式,并采用带有YOUNGS界面处理的高精度欧拉程序进行仿真验证,与KS喷管实验结果比较,符合较好.研究表明:当碰撞角确定时,来流初始位形对杵体的流动状态有重要影响,对细射流的影响不明显.

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铁-铍介质界面上激波折射现象的数值研究 于明, 程军波 2008, 25(4): 407-413.  摘要 ( )   PDF(453KB) ( )   用数值方法研究铁-铍介质界面上的激波折射现象.运用激波极曲线理论分析不同强度的激波从正规折射过渡到非正规折射的临界角变化.运用一个具有二阶精度和波传播性质的激波捕捉法,数值求解激波折射运动的流体力学方程组.对正规折射,数值结果与激波极曲线理论一致;对非正规折射,不同强度的激波大都存在前驱的折射激波,并且入射激波的强度不同、入射角度不同,激波折射的图像也不同.

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亚声速段横向射流对Coil性能影响的数值研究 吕俊明, 胡宗民, 姜宗林 2008, 25(4): 414-420.  摘要 ( )   PDF(438KB) ( )   在化学氧碘激光的混合喷管内发生的是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响.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,对COIL的气动和增益特性进行探讨.在不同的射流穿透条件下,计算COIL混合喷管中的混合与化学反应过程,发现穿透深度决定了增益的分布特性以及过度穿透条件下的非定常结构.

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耦合辐射的三维热化学非平衡流数值模拟 王逸斌, 伍贻兆, 刘学强 2008, 25(4): 421-426.  摘要 ( )   PDF(439KB) ( )   发展耦合辐射的三维热化学非平衡流场计算方法,可用于非结构网格.采用Jameson有限体积法求解耦合辐射源项的三维N-S方程.辐射源项通过求解辐射输运方程(Radiative Transport Equation RTE)获得.在空间方向上离散后,采用有限体积法求解辐射输运方程.化学模型包含11个组元,20个化学反应.采用该数值方法计算MUSES-C模型在速度为11.6 km·s-1时的绕流流场及前驻点处的辐射热流密度.并通过对比,分析热辐射对流场的影响.

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一种新的壁面距离计算方法——循环盒子法 赵慧勇, 贺旭照, 乐嘉陵 2008, 25(4): 427-430.  摘要 ( )   PDF(304KB) ( )   很多湍流模型都需要内点到壁面的距离,当网格量特别大时,计算壁面距离不仅计算量很大,而且费时.通过对当前壁面距离计算方法的分析,提出一种新的计算方法——循环盒子方法.循环盒子法计算效率高,通用性和健壮性较好,可以得到和直接法相同的结果.通过对7个二维和三维算例的计算表明,循环盒子法的计算时间比直接法缩小一个量级.而且,对于同一个问题,随着网格的加密,循环盒子法效率更高.

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矩形网格上VOF运动界面重构的流体体积分数保持法 王如云, 陈萍萍, 班长英 2008, 25(4): 431-436.  摘要 ( )   PDF(453KB) ( )   针对处理运动界面问题的流体体积函数(VOF)法,提出一种新的流体体积分数保持界面重构算法.该方法在单个网格内用斜线段近似运动界面,并要求相邻网格内的斜线段在公共边上的交点重合,通过保持网格内的流体体积分数不变,在边界网格上建立非线性方程组,通过求解非线性方程组,确定运动界面边界线与网格线的交点位置,最终重构出运动界面的形状.应用算例模拟结果表明,该方法能够高精度,较少尖点地重构运动界面,证实了该方法的有效性和可行性.

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四阶紧致差分格式对静力模式中垂直网格计算频散性的影响 刘宇迪, 程胡华, 侯志明 2008, 25(4): 437-444.  摘要 ( )   PDF(347KB) ( )   为了说明四阶紧致差分格式在大气和海洋数值模式中的潜在价值,提出一种通用方法,推导静力线性斜压适应方程组在微分和差分情况下的频散关系,水平尺度分100 km,10 km和1 km三种情况,从频率、水平群速和垂直群速方面,对采用二阶中央差和四阶紧致差分格式情况下,非跳点网格(N网格)、Lorenz网格(L网格)、Charney-Phillips网格(CP网格)、Lorenz时间跳点网格(LTS网格)和Charney-Phillips时间跳点网格(CPTS网格)的计算特性进行比较,发现采用高精度的四阶紧致差分格式总体上可以明显减少上述三种水平尺度波动在N网格、CP网格、L网格和CPTS网格上的频率、水平群速和垂直群速误差,但对LTS网格,采用四阶紧致差分格式,会使得计算水平群速和垂直群速误差变大.

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复杂多孔介质腔体内自然对流换热的数值研究 曾敏, 王刚, 谢公南, 陈秋炀, 王秋旺 2008, 25(4): 445-449.  摘要 ( )   PDF(398KB) ( )   采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLEC算法,数值研究复杂多孔介质腔体内的自然对流换热问题.腔体的曲面温度分别保持恒定,上下表面绝热.在曲线坐标系中用有限容积法离散方程,并采用Brinkman扩展达西模型及局部非热平衡模型求解,综合研究Rayleigh数,Darcy数、孔隙率等参数对腔体内自然对流换热的影响.计算结果表明:Rayleigh数和Darcy数的影响最大而孔隙率的影响很小,同时存在使得腔体内换热达到最强的最佳纵横比.

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TPV系统热辐射发电模块数值分析 茆磊, 叶宏, 程倩 2008, 25(4): 450-456.  摘要 ( )   PDF(426KB) ( )   建立TPV系统热辐射发电模块的数理模型,通过数值模拟获得SiC辐射器分别配合GaSb和Si电池所构成的TPV系统的输出伏安特性曲线;以GaSb电池为例,分别分析SiC辐射器温度和电池温度对系统性能的影响,得出如下结论:辐射器温度升高,系统输出电能密度迅速增大,电池效率稳步提高,辐射器温度从1400 K升至1900 K,系统输出电能密度从0.67 W·cm-2增至5.43 W·cm-2,电池效率从16.3%上升到24.8%;电池温度升高导致系统性能下降,电池温度每升高10 K,系统输出电能密度减少约0.15 W·cm-2,电池效率也大幅下降.最后讨论与GaSb匹配的一种选择性辐射器的辐射能量分布情况,与SiC辐射器相比,选择性辐射器可以显著减少辐射能量中的不可用部分,从而有效提高系统的性能与稳定性.

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纳米多孔氩薄膜热导率的分子动力学模拟 刘其鑫, 姜培学, 向恒 2008, 25(4): 457-462.  摘要 ( )   PDF(314KB) ( )   利用经典的Lennard-Jones势能模型,采用分子动力学模拟方法研究纳米多孔氩薄膜热导率.结果表明,纳米多孔氩薄膜热导率明显小于同温度下纯纳米氩薄膜热导率,并且孔隙率越大热导率减小越多.借助基于并联方法的有效热导率模型,对纳米多孔氩薄膜的热导率随孔隙率的变化进行解释.模拟结果还发现,薄膜内的多孔分布对薄膜的热导率有影响.

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金属凝固过程界面换热系数的Tikhonov正则化辨识 隋大山, 崔振山 2008, 25(4): 463-469.  摘要 ( )   PDF(356KB) ( )   金属凝固过程中,铸件与铸型间的界面换热系数是数值模拟所必需的边界条件之一.充分考虑非线性瞬态热传导过程测温数据的误差特点,根据Tikhonov正则化理论,构造合适的正则化泛函,利用Arcangeli准则和Morozov偏差原理确定正则参数,采用灵敏度系数和Newton-Raphson迭代法求解该泛函.具体的案例分析表明,该方法克服了热传导反问题的不适定性,能够保证辨识结果的稳定性和精度.与其他方法相比,随着测温误差的增大,该方法具有较高的辨识精度.

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激光场中一维和三维氢分子离子模型经典动力学行为的比较 郭静, 刘世兴, 徐天赋, 刘学深, 丁培柱 2008, 25(4): 470-476.  摘要 ( )   PDF(364KB) ( )   应用经典轨迹方法,采用辛算法数值求解激光场中的一维和三维氢分子离子(H2+)的Hamilton正则方程,得到氢分子离子在激光场作用下的经典轨迹,并比较分析氢分子离子一维模型与三维模型的存活、解离、电离和库仑爆炸等动力学行为,以及电子的运动情况的相似之处.数值结果表明,采用一维模型能近似定性反映氢分子离子的动力学行为,并且简便可行.

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非线性中子输运问题的蒙特卡罗模拟 李树, 田东风, 邓力 2008, 25(4): 477-482.  摘要 ( )   PDF(292KB) ( )   针对考虑中子之间相互碰撞的非线性中子输运方程,提出一种线性化近似处理方法,导出相应的积分输运方程,利用蒙特卡罗方法求解此方程,数值实验表明算法的有效性,为研究超高能中子产生与输运问题提供了必要的模拟工具.

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三维光子晶体压力传感器的研究 韦以明 2008, 25(4): 483-487.  摘要 ( )   PDF(422KB) ( )   基于平面波展开法,分析聚苯乙烯三维光子晶体的能带结构和传输特性.研究聚苯乙烯三维光子晶体对压力的响应性质;计算结果表明:0~41.3 MPa的外加压力与归一化频率0.596~0.608之间具有良好的线性关系,通过测量归一化频率可以感知压力的大小;由于光子晶体的结构周期与光波长为一个数量级,也就有可能制造出一系列精巧的三维光子晶体压力传感器.

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Si中30度部分位错弯结运动特性的分子模拟 王超营, 孟庆元, 李成祥, 钟康游, 杨志伏 2008, 25(4): 488-492.  摘要 ( )   PDF(375KB) ( )   首先使用分子动力学方法(MD)得出了左弯结(LK)和右弯结(RK)在不同温度和剪应力作用下的速度特性和运动过程.然后利用基于紧束缚势(TB)的nudged elastic band(NEB)方法计算LK和RK的迁移势垒.由计算结果得出,单个LK或RK的势垒很高,运动速度相对较慢;LK中的多弯结对结构和由RK分解产生的右弯结-重构缺陷(RC)能够加速位错运动;其中,RC能促进30°部分位错更快地迁移.

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基于瑞利积分叠加法的聚焦换能器声场特性研究 程建政, 周玉禄, 毛彦欣, 张德俊 2008, 25(4): 493-498.  摘要 ( )   PDF(394KB) ( )   基于经典的瑞利积分,提出考虑非线性传播、各次谐波衰减的声场瑞利积分线性叠加算法.分析其原理,并以凹球面聚焦换能器为例,采用该算法研究媒质衰减和非线性传播特性影响声焦域的规律.并与Khokhov-Zabolotskaya-Kuznesov(KZK)数值算法,以及实验结果进行比较,验证瑞利积分线性叠加算法描述高强度聚焦超声(HIFU)声场的有效性.

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Lempel-Ziv复杂度算法中粗粒化方法分析及改进 张佃中 2008, 25(4): 499-504.  摘要 ( )   PDF(432KB) ( )   为了提高Lempel-Ziv复杂度(LZC)的抗干扰能力和稳定性,提出用等概率粗粒化方法计算LZC的思想,介绍其具体算法,分析二值粗粒化阈值与LZC的关系.用Logistic映射生成87个序列进行抗干扰试验,计算这些序列加噪前后所得LZC序列的相关系数和相对变异系数,作为LZC指标抗干扰能力的测度,用10个脑电图进行LZC稳定性测试.结果表明,用等概率粗粒化方法时的相关系数都大于0.998,相对变异系数较小,脑电的LZC稳定性好.该方法可明显提高LZC的抗干扰能力和稳定性.