计算物理

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基于“块-单元”数据结构的分子动力学并行计算

曹小林, 莫则尧, 张景琳, 陈其峰

2004, 21(5): 377-385.

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开发了一种基于"块-单元"数据结构的可扩展并行算法,以实现大规模、非均匀分子动力学模拟.它采用空间填充曲线将三维区域分解转换为一维负载平衡问题,然后用基于实测的多层均权法求解,以保持处理机间负载均衡.在一个MPP并行机的500个CPU上,模拟包含2.1×10⁸个粒子的三维金属微喷射模型,该算法获得了420倍的加速比.

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孤立波方程的保结构算法

王雨顺, 王斌, 季仲贞

2004, 21(5): 386-400.

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讨论了孤立波方程的保结构差分算法,以一些经典的孤立波方程为例,如KdV,sine-Gordon,K-P方程,给出了它们的辛和多辛结构,说明辛和多辛算法的可适用性.提出局部守恒算法和广义保结构算法的概念,它们是保结构算法的概念自然推广.还给出一种能系统构造局部守恒格式的复合方法.数值例子说明,保结构数值能很好模拟各种孤立波的演化.

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不可压N-S方程的基于粘接元的区域分裂解法

周春华

2004, 21(5): 401-407.

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首先,简单介绍了基于粘接元的无重叠区域分裂方法.这种方法利用变分原理,非常适合有限元近似.然后,着重讨论了这种区域分裂方法在求解不可压Navier-Stokes方程中的应用,具体包括等价变分公式的建立、通过算子分裂的时间离散、区域分裂情形下广义Stokes问题的共轭梯度迭代求解方法、空间的有限元离散.最后,以数值实验结果验证了这种区域分裂方法应用于不可压Navier-Stokes方程求解时的可靠性.

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爆轰波在弯管内传播过程数值分析

胡宗民, 牟乾辉, 张德良, 姜宗林

2004, 21(5): 408-414.

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应用基元反应模型和频散可控耗散格式(DCD)对氢氧爆轰波在弯管内的传播过程进行了数值模拟.计算中氢氧混合物化学反应采用了8种组分20个反应方程式.在处理化学反应引起的刚性问题时采用了时间算子分裂的方法.计算结果表明,在弯管小曲率半径壁面附近,由于膨胀稀疏作用,爆轰波强度减弱,在局部出现前导激波与放热反应区的解藕以及二次起爆现象;在弯管大曲率半径壁面上爆轰波在马赫反射和正规反射之间相互转变,使爆轰波加强.弯管内的爆轰现象与弯管曲率半径有关.

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薄膜沿均匀加热平板下落的直接数值模拟

胡军, 胡国辉, 孙德军, 尹协远

2004, 21(5): 415-420.

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采用拉格朗日有限元法(FEM),对均匀加热下落薄膜进行了直接数值模拟.在线性阶段,由数值结果得到的空间增长率与线性稳定性理论的结果是一致的.在非线性阶段,对于4种不同的小扰动频率,薄膜流动最终分别发展为饱和周期波、准周期波、多峰波状结构以及弧立波(solitary hump).表明该数值模拟方法有着相当高的精度.

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颗粒碰撞的直接模拟算法

陈胤密, 柳朝晖, 郑楚光

2004, 21(5): 421-426.

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为研究细微颗粒间平均碰撞率,构建了直接模拟三维空间内颗粒碰撞的数值方法.对剪切流内夹带的无惯性颗粒和自由运动颗粒的碰撞过程分别进行了数值模拟,得到的颗粒平均碰撞率的模拟值与理论值的相对误差小于1%.在碰撞颗粒对的搜索过程中,引入网络排除法等优化措施,使计算量降低两个量级以上,而不增大相对误差.采用不同的Δt模拟同一颗粒群的运动,发现较小的时间步长可以避免因为截断误差增大的相对误差.在不遗失颗粒碰撞的条件下,较密的计算网格可明显减少计算量.

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任意四边形网格上解辐射输运方程的一种数值方法

冯庭桂

2004, 21(5): 427-431.

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解二维辐射输运问题时,对于矩形网格,用Sn菱形(diamond)格式处理十分简单有效,但该格式不能直接用于非矩形网格,而辐射流体力学计算往往要求在非矩形网格上进行.本文讨论任意四边形网格的辐射输运数值方法,给出一种全正的子网格平衡计算格式,并进行数值计算,与矩形网格Sn菱形格式结果比较,得出本方法可行性结论.

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用于电介质中空间电荷分布测量的Tikhonov反卷积算法

扈罗全, 郑飞虎, 张冶文

2004, 21(5): 432-438.

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研究了使用压力波法测量平板电介质试样的空间电荷分布的数值解法,使用基于Tikhonov正则化方法的反卷积算法得到了真实的空间电荷分布.在反卷积算法中使用了相关的技术处理,如小波包过滤高频噪音,Tikhonov正则化方法处理积分方程等.利用数值实验研究了噪声对反卷积算法的影响,结果表明,在无噪或者低噪环境下,反卷积算法能够非常好地计算出电介质中的空间电荷分布;在处理有噪数据时,反卷积的结果受到明显的影响,但仍然有较高的计算精度.正则化参数α对空间电荷分布的数值解起着明显的光滑作用,但是对于解的积分值却影响不大.对实际测量数据进行处理的结果表明,反卷积算法成功地计算出了固体电介质中的空间电荷分布和电场分布.

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Mg-Si基热电材料量子化学计算

姜洪义, 刘琼珍, 张联盟, 闵新民

2004, 21(5): 439-442.

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对于掺杂合适的元素Sb,Te,Ag,Cu使得Mg-Si基热电材料的热电性能大幅度提高的实验事实,欲从理论和计算上寻求支持,试图从原子、分子的层次上对此现象作出解释,因此建立了简化的Mg₂Si量子化学计算模型,采用密度泛函离散变分X_α量子化学计算法,计算了物质内部的结构信息,如共价键级和态密度等.计算结果表明,掺杂以后,晶体的共价键级被削弱,态密度图中的禁带宽度明显变窄,这与实验测试的结果是一致的.

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运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟

陈菲, 张梦萍, 徐胜利

2004, 21(5): 443-448.

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通过对激波和流体界面相互作用诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证Level set方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Level set方程追踪多流体界面,采用GFM方法处理流体内界面.利用文[1]的计算结果校核本文程序.在此基础上,对运动激波和气泡串相互作用过程进行了初步数值模拟,得到了不同时刻运动激波和圆管内的两个气泡作用后的演化图象,包括压力和密度等值线分布.计算结果表明:针对推广后的多界面Level set方程,该方法仍可高质量地捕捉多个流体界面.

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Rf_N小波及其在气象资料分析中的应用

匡正, 赵安国

2004, 21(5): 449-454.

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讨论了分式滤波器小波的一个子类Rf_N小波,并从理论与应用两个方面将其与Db_N小波进行比较,得出Rf_N小波在理论与应用上均明显优于Db_N.应用方面的比较是通过分析哈尔滨地区从1881年到2000年的几项气象资料进行的.

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卫星热设计参数的灵敏度分析

韩玉阁, 宣益民

2004, 21(5): 455-460.

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卫星热设计参数的灵敏度分析为卫星热设计的可靠性验证以及卫星运行可靠性提供了分析方法.利用系统灵敏度理论,对卫星热设计问题进行了分析,导出了卫星热设计系统的灵敏度方程.并以太阳能电池板的热设计为例,对系统的灵敏度方程进行了求解,分析了各参数的灵敏度,为卫星热设计中结构及物性参数的确定提供了依据.

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墙体内热湿耦合过程分析中的传递函数解析法

许锋, 苏向辉, 昂海松

2004, 21(5): 461-466.

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以Luikov方程为基础,首次提出用传递函数分析方法研究墙体内的耦合传热传湿过程,并以玻璃纤维板为例应用该方法进行了热湿耦合过程的分析计算,得到了板内温度动态分布特性和湿积累率分布.将计算结果与实测值进行了比较.

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直线感应加速器束包络数值计算模型

李献文, 王文斗, 代志勇, 冯莉, 王强, 李平

2004, 21(5): 467-470.

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给出的直线感应加速器束输运的计算模型,能够计算束流从注入器经加速器直到最后聚焦的束包络.利用该编码可以方便地研究各种磁场位形及隙压参数对束流输运的影响.作为算例,给出了束流为3kA在长达40余米直线感应加速器的多种磁场位形下的束包络.

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