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2008年, 第25卷, 第5期
刊出日期：2008-09-25 上一期    下一期
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研究论文   

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研究论文

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有限点方法研究 吕桂霞, 沈隆钧, 沈智军 2008, 25(5): 505-524.  摘要 ( )   PDF(841KB) ( )   在二维散乱离散点集上研究一类无网格方法——有限点方法(Finite Point Method,简称FPM),建立方法的基础.采用方向微商和方向差商讨论有限点方法,建立各阶各方向微商间的关系式.利用这些关系式,根据被逼近点的邻点数目差异,分别建立数值方向微商的五点公式及少点(两点、三点、四点)公式;研究五点公式的可解性条件与可允许邻点集;获得典型微分算子的数值方向微商公式等.理论分析和数值试验表明,随着邻点数目的增加,相应数值公式的逼近精度随之提高.这类近似公式不仅为在散乱离散点集上构造各类偏微分方程的格式奠定了基础,同时,也可应用于偏微分方程非结构网格计算方法,提高方法的精度.

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积分梯度法的两种格式 勇珩, 袁国兴, 王政 2008, 25(5): 525-534.  摘要 ( )   PDF(460KB) ( )   在二维柱坐标系下Lagrange流体力学的计算中,积分梯度法是动量方程的一种有效离散方法.积分梯度法中,IGT(Integral Gradient Total)格式不能保持柱几何下一维球对称性;IGA(Integral Gradient Average)格式可以保持一维球对称性,但当相邻网格质量相差比较大时,会得到远远脱离真实物理现象的加速度.深入研究IGA和IGT格式发现,当相邻网格边界压力取为质量加权时,即使相邻网格质量相差较大,对于一维平面和一维柱问题,IGT与IGA等价;在二维情形下,可以缩小IGT和IGA之间的差异.理论证明,IGA格式不能保持系统的动量守恒,IGT格式能保持系统的动量守恒性.数值模拟结果进一步显示了这两个格式的优缺点.

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格子Boltzmann方法中三维运动边界的统一模型 刘演华, 林建忠, 库晓珂 2008, 25(5): 535-542.  摘要 ( )   PDF(393KB) ( )   格子Boltzmann方法(LBM)中边界条件的处理很复杂,在现有的边界条件处理方法中,动力学格式能够精确满足宏观边界条件,但由于要解一个不定方程,必须引入附加假设确保方程非奇异.作为动力学格式和反弹格式的一种扩展,提出一种处理三维任意速度运动边界的统一模型,其中入口速度和固体壁面速度是该模型的特殊情形.给出用于三维15速度的表达式.为了检验该模型,模拟对角顶盖驱动三维空腔流,并将结果与有限差分法计算的结果进行比较,说明所提出的统一模型是合理可行的.

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粘性物质中正激波稳定性分析 于明, 刘福生 2008, 25(5): 543-548.  摘要 ( )   PDF(265KB) ( )   用线性稳定性理论,分析粘性物质中的正激波稳定性问题.粘性物质中任意强度的一维激波,其稳定性问题可归结为处理复数范围内的特征值问题,该特征值问题由两个一阶常微分方程及一个二阶常微分方程构成.这些常微分方程的系数依赖于流动的基本流场的物理量及其梯度.所获得的特征值问题由一个四阶精度的有限差分离散求解.分析考虑物质粘性的金属铝中的正激波稳定性,可以看出,正激波运动是稳定的,并且激波速度对波前和波后的小扰动量的衰减有相反的作用,而物质粘性有致稳的作用.

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压缩拐角激波/湍流边界层干扰特性分析 潘宏禄, 马汉东, 王强 2008, 25(5): 549-554.  摘要 ( )   PDF(543KB) ( )   用大涡模拟方法对Mach数3.0下的压缩拐角激波/湍流边界层干扰问题进行数值研究.对拐角上游平板区域边界层转捩及湍流进行模拟,设定平板区域长度,使得转捩过程于平板区域发生并充分完成,从而在拐角处产生激波/湍流边界层相互干扰,研究激波/湍流边界层的作用机理.研究表明:流场能够在非定常扰动激励下迅速转捩,并于平板区发展为完全湍流;湍流边界层与激波相互作用过程中,拐角附近分离区较层流情况明显减小;展向不同区域分离区大小差异较大,局部区域分离现象消失.

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吸气式高超声速飞行器气动力气动热的数值模拟方法及应用 贺旭照, 赵慧勇, 乐嘉陵 2008, 25(5): 555-560.  摘要 ( )   PDF(325KB) ( )   对吸气式高超声速飞行器而言,物面热流和摩阻的准确预测对飞行器设计及安全十分关键.介绍采用CFD准确预测气动力和气动热的方法,包括流动的控制方程、湍流模型及湍流的先进壁面函数边界条件,介绍流动的数值求解方法.对典型超声速层流和湍流流动的摩擦阻力和热流进行详细的验证与确认,考察CFD工具在使用先进壁面函数边界条件后,湍流计算的法向网格无关性能力.对设计的一种吸气式高超声速飞行器的气动力和气动热进行数值模拟,为飞行器的气动设计及热防护提供了可靠的数据.

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倾斜度及温度震荡频率对三维多孔介质方腔自然对流换热的影响 杨剑, 曾敏, 王刚, 王秋旺 2008, 25(5): 561-568.  摘要 ( )   PDF(538KB) ( )   对三维多孔介质倾斜方腔内非稳态自然对流换热进行数值研究.腔体右壁面(X=1)保持恒温T0,左壁面(X=0)基于温度T0按正弦规律变化,其他所有壁面保持绝热.采用Brinkman扩展达西模型及SIMPLE算法模拟方腔内的流动.方腔沿y轴转动倾角α1的变化范围为0°~90°,沿x轴转动倾角α2的变化范围为0°~45°,无量纲温度震荡频率f的变化范围为5π~90π.详细研究倾角和温度震荡频率对三维方腔自然对流换热的影响.计算结果表明:当倾角α1=46°,α2=45°及温度震荡频率f=45π时,方腔内的换热最强.

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完全变光滑长度SPH法及其实现 强洪夫, 高巍然 2008, 25(5): 569-575.  摘要 ( )   PDF(506KB) ( )   提出完全变光滑长度SPH法及其算法实现.方程组基于对称形式核函数近似,SPH密度演化方程与变光滑长度方程隐式关联;在Springel提出的全守恒SPH方程组基础上,通过将分散核近似形式改进为对称核近似形式得到SPH动量方程和能量方程.采用迭代求解密度演化方程和变光滑长度方程,显式求解SPH动量方程和能量方程,增加的计算量相对很少.给出三个1D激波管算例和2D Sedov算例验证方法的有效性.数值结果表明,算法保持动量和能量的守恒律,解决了传统SPH法中由于变光滑长度影响带来的计算误差,且在模拟2DSedov问题时能得到比Springel方法更准确的压强峰值位置和中心压强值.特别适合于模拟爆炸与冲击、大变形大扭曲等密度梯度和光滑长度梯度剧烈变化的问题.

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使用界面追踪对膜态沸腾的数值研究 袁明豪, 杨燕华, 李天舒, 胡志华 2008, 25(5): 576-584.  摘要 ( )   PDF(468KB) ( )   提出一种计算带相变的自由界面的数值算法.基于分段线性界面重构(PLIC)的VOF(volume-of-fluid)方法用于追踪自由界面,并对汽液交界面上的相变导致的不连续速度场给出处理方法.此方法容易实施且被证明是有效的.流场的求解使用SIMPLE方法,表面张力使用连续表面力模型(CSF)进行计算.在三维直角坐标系下,模拟了水平壁面上的膜态沸腾,在二维适体坐标系下,模拟了竖直圆头柱体表面的自然对流膜态沸腾.计算结果与理论关系式符合较好.

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有效的板料成形反向模拟法应力修正策略 唐炳涛, 王兆清, 鹿晓阳, 张郁 2008, 25(5): 585-590.  摘要 ( )   PDF(356KB) ( )   金属在流经凹模圆角时受到强烈的弯曲作用,传统的板料成形反向模拟法没有考虑变形历史对应力预测的影响,使得反向模拟法计算的应力值与实际情况有较大偏差.针对反向模拟法无法准确预测成形零件应力分布的缺点,提出一种快速搜索流经凹模圆角区域的单元的方法,对该部分单元进行应力修正.采用一种高效的单轴连续拉伸应力应变本构关系模型,避免了增量有限元法应力应变更新算法的复杂性,同时充分考虑了凹模圆角对金属变形历史的影响.NUMISHEET'93盒形件拉深的标准考题中,通过与增量有限元模拟软件DYNAFORM计算结果的比较,验证了采用提出的多步连续拉伸本构关系模型可以有效地反映变形历史的影响,获得更加接近实际的应力分布.

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栅状表面液晶盒的光学属性 叶文江, 邢红玉, 杨国琛 2008, 25(5): 591-596.  摘要 ( )   PDF(257KB) ( )   基于栅状表面等效锚定能公式和弹性理论,对Bryan-Brown等人提出的混和排列向列相液晶盒进行研究.通过变分理论得到指向矢倾角和扭曲角满足的方程和边界条件.根据这些方程和边界条件,利用差分迭代方法计算出指向矢倾角和扭曲角对应某一个δ/λ值在不同电压下的分布.应用琼斯矩阵方法,研究这种液晶盒的电光效应.这些结果都与栅状表面的几何参数有关,即与周期λ和振幅δ有关.

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机载多天线系统电磁兼容性研究 赵勋旺, 梁昌洪, 张玉 2008, 25(5): 597-601.  摘要 ( )   PDF(301KB) ( )   为了在有限计算机资源条件下快速解决机载平台中多天线系统的电磁兼容(EMC)问题,基于电场积分方程(EFIE),实现自动分层的多层快速多极子方法(MLFMA).针对天线间的近场耦合特性,采用任意天线间的隔离度代替传统隔离度,使得隔离度计算结果更加合理.同时采用BiCGStab(l)结合近场预条件方法进行求解,进一步提高MLFMA的综合效率.最后实例计算并分析波音747飞机模型上多根超短波天线的辐射方向图和宽频带内天线间的隔离度.数值结果表明方法准确有效.

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可压缩涡中的激光传播 马小亮, 杨国伟, 申义庆 2008, 25(5): 602-606.  摘要 ( )   PDF(265KB) ( )   采用一种二维弱可压缩性的轴对称的涡模型,研究单个涡和光波阵面的相互干扰.对于低能量激光,在近场采用几何光学的分析方法.计算受干扰波阵面的光程差以及抖动角,确定通过涡的低密度区后会加速波阵面的变形,单体涡对光束有散焦作用.计算化学氧碘激光(COIL)通过涡之后的斯特列尔比,证明涡强对斯特列尔比有重要的影响.

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失谐对开放的四能级系统无粒子数反转激光的影响 王勇, 李萍 2008, 25(5): 607-611.  摘要 ( )   PDF(227KB) ( )   提出开放的四能级双驱动场无反转激光系统的理论模型,由电偶极和旋转波近似得到其密度矩阵方程,讨论无反转激光产生的物理机制,利用数值计算结果分析探测场和驱动场失谐对系统无反转激光增益和粒子数差的影响.

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二氧化钚分子激发态结构的外场效应 谢安东, 周玲玲, 王珍吾, 张霭云, 毛金文, 罗文浪, 伍冬兰, 阮文 2008, 25(5): 612-616.  摘要 ( )   PDF(262KB) ( )   在相对论有效原子实势近似下,用B3LYP密度泛函方法计算优化得到分子轴方向不同电偶极场(-0.005~0.005 a.u.)作用下,二氧化钚的基态几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下,用同样的基组,采用含时密度泛函(TDDFT)方法(TD-B3LYP),研究同样外电场条件下,对二氧化钚的激发能的影响.计算结果表明,在外场作用下,对PuO2的前5个激发态电子跃迁光谱属于可见-红外-远红外光谱,波长为501.47~10291.5 nm,这是钚原子的奇异特征;激发能与外电场的关系近似满足Grozema等人提出的关系.

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双电子平面量子点基态能量的计算 郑文礼, 李志文, 孙艳秀, 李春江 2008, 25(5): 617-622.  摘要 ( )   PDF(285KB) ( )   由于库仑作用,目前的研究还得不到双电子平面量子点基态波函数和基态能量的精确解析解.分别利用微扰法、精确对角化方法和变分法,计算双电子平面量子点的基态能量,与早期的无约束哈特利-福克研究结果比较,发现三参量的变分波函数是基态的极好表征.且能对多电子平面量子点的基态描述提供参考.

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加权量子搜索算法及其相位匹配条件研究 李盼池, 李士勇 2008, 25(5): 623-630.  摘要 ( )   PDF(377KB) ( )   目前的Grover算法在无序数据库中搜索多个目标时,得到不同目标的几率是相等的,不考虑各个目标重要程度的差异;并且当目标数超过数据库记录总数的四分之一时,搜索到目标的几率迅速下降,当目标数超过记录总数的一半时,算法失效.针对这两个问题,首先提出一种基于加权目标的搜索算法.根据各子目标的重要程度,为每个子目标赋予一个权系数,应用这些权系数将多个子目标表示成一个量子叠加态,这样可使得到每个子目标的几率等于其自身的权系数;其次,提出自适应相位匹配条件,该条件中两次相位旋转的方向相反,大小根据目标量子叠加态和系统初始状态的内积决定.当该内积大于等于((3-√5)/8)1/2时,至多只需两步搜索,即可以恒等于1的几率得到搜索目标.实验表明,算法及其相位匹配条件是有效的.