计算物理

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自适应于流场变化的网格重构方法

勇珩, 袁国兴, 成娟, 王政

2007, 24(5): 505-511.

摘要 ( 235 )

PDF(346KB) ( 1156 )

提出九点网格重构方法,不仅生成的网格正交性和光滑性好,而且重构后的网格与物理问题解的空间分布相适应,实现了重构后的网格品质好.理论上证明了九点网格重构方法逼近椭圆型方程,并具有球对称性.数值试验表明,该方法具有很好的适应复杂区域的稳健性,在爆轰驱动或高速冲击ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟中具有较高的应用价值.

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基于变分原理的自适应方法在统一坐标系中的应用

姚雯, 赵桂萍, 王双虎

2007, 24(5): 512-518.

摘要 ( 223 )

PDF(240KB) ( 997 )

在统一坐标系的基础上引入变分方法,并从自适应网格的正交性、光滑性、疏密程度等角度考虑,获取速度系数h的椭圆方程,从而在边界上可以自由控制h的取值,以适应不同物理问题的需要.算例证明,变分法在统一坐标系中的应用是可行的,在边界上可以满足物理要求.

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轴对称可压缩流的统一坐标系

高波, 吴子牛

2007, 24(5): 519-525.

摘要 ( 239 )

PDF(313KB) ( 1181 )

将Hui等人提出的统一坐标系推广到轴对称欧拉方程,讨论统一坐标系下的轴对称欧拉方程的解法,并通过数值算例证明轴对称统一坐标系的优越性.

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非结构子网格压力方法

葛全文, 林忠, 王瑞利

2007, 24(5): 526-532.

摘要 ( 226 )

PDF(396KB) ( 1023 )

纯拉氏流体力学计算失败的根源是砂漏运动和虚假涡旋,运用子网格拉氏质量与其相关的子网格密度得到子网格压力,子网格压力产生的扰动隅角力能消除这些虚假运动,以便消除困扰拉氏流体力学算法的网格畸变带来的数值计算困难.将包括子网格压力的相容流体算法推广到非结构网格,研制包括非结构子网格压力的相容流体程序,对Saltzman活塞问题进行数值模拟,从数值结果分析可知,非结构子网格压力方法能抑制虚假涡旋,消除砂漏畸变.

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高精度非定常激波装配法

张玉东, 傅德薰, 马延文, 李新亮

2007, 24(5): 533-536.

摘要 ( 328 )

PDF(196KB) ( 1270 )

为正确模拟高超声速绕流中,来流小扰动与弓形激波之间的干扰对流动特征的影响,将弓形激波作为动边界,利用非定常特征关系处理激波处的边界条件.应用五阶精度迎风紧致格式和六阶精度的对称格式与三阶精度的R-K方法相结合,建立高精度非定常激波装配方法.采用该方法数值模拟钝锥高超声速定常流场和二维抛物外形高超声速边界层流动的感受性问题,数值模拟来流小扰动与弓形激波干扰激波后非定常扰动流场,研究扰动波进入边界层产生边界层不稳定波的特征.

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ALE框架下几种不同Godunov型格式的数值比较

田保林, 申卫东, 刘妍, 程军波, 王双虎

2007, 24(5): 537-542.

摘要 ( 241 )

PDF(263KB) ( 1251 )

给出一种有限体积Godunov型的ALE方法,用于求解多介质大变形的可压缩流动问题.由于方法具有任意的网格移动速度,可在拉氏、欧氏和ALE之间切换,具有较强的适应性.通过数值算例对这3种框架下的数值特性进行了比较研究.同时还研究了几种不同Godunov型格式的数值行为特性,分析比较了它们对激波和接触间断的分辨效果.

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基于近似Riemann解的有限体积ALE方法

贾祖朋, 蔚喜军

2007, 24(5): 543-549.

摘要 ( 355 )

PDF(263KB) ( 1263 )

研究二维平面坐标系和二维轴对称坐标系中四边形网格上可压缩流体力学的有限体积ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)方法.数值方法采用节点中心有限体积法,数值通量采用适用于任意状态方程的HLLC(Harten-Lax-Van Leer-Collela)通量.空间二阶精度通过用WENO(weighted essentially non-oscillatory)方法对原始变量进行重构获得,时间离散采用两步显式Runge-Kutta格式.数值例子显示,方法具有良好的激波分辨能力和高精度的数值逼近能力.

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三维随机粗糙面与目标复合电磁散射的FDTD方法

匡磊, 金亚秋

2007, 24(5): 550-560.

摘要 ( 377 )

PDF(591KB) ( 1534 )

用时域有限差分方法(FDTD)研究三维周期性延拓的随机粗糙面与上方目标复合电磁散射.用周期性延拓消除数值计算中截取有限大小粗糙面产生的边缘效应,讨论一个周期单元粗糙面的边长与其相关长度之间的关系.给出在FDTD方法中向粗糙面加载入射波的方法,建立了粗糙面上单个三维目标的复合散射FDTD计算模型.数值结果给出粗糙面与目标散射的近场分布,应用近远场变换得到全方位散射角的双站散射系数.比较了三维与二维散射模型的区别.结果显示当粗糙面上放置目标时,其后向散射显著增强.

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辛体系下利用棱单元的电磁波导的计算

杨红卫, 钟万勰, 隋允康

2007, 24(5): 561-565.

摘要 ( 204 )

PDF(176KB) ( 981 )

为了解决复杂形状横截面的电磁波导问题,根据电磁波导的Hamilton体系,在辛几何形式下采用有限元半解析横向离散的方法对电磁波导进行求解.该方法可应用于任意各向异性材料,且便于处理不同介质的界面条件,求解用解析方法难以求解的复杂问题.利用棱单元进行有限元离散,给出矩形波导、T隔膜矩形波导、分层波导等多种波导的具体算例,其数值结果逼近于真实解,且伪解消除,表明该方法有效.

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粒子模拟中的时偏FDTD算法

周俊, 祝大军, 刘大刚, 刘盛纲

2007, 24(5): 566-572.

摘要 ( 387 )

PDF(315KB) ( 1259 )

给出一种能自动对高频噪声进行过滤的时域有限差分(FDTD)算法,称为时偏FDTD算法.在中心差分FDTD算法的基础上,引入时间偏置和松弛迭代处理,得到该算法的计算公式,并进行稳定性与收敛性分析.通过对相对论磁控管的计算,与中心差分FDTD算法比较,验证了该算法的滤波特性.

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热传导方程的一类无网格方法

李寿佛, 张瑗, 刘玉珍

2007, 24(5): 573-580.

摘要 ( 352 )

PDF(344KB) ( 1144 )

构造求解热传导方程的一类无网格方法,只要选择好每个节点的适当的邻点集合,便可利用节点信息顺利进行计算.作为特殊情形,也可在各种结构或非结构网格上进行计算.在矩形或均匀平行四边形网格上进行计算时具有二阶精度,当在任意的不规则四边形或三角形网格上计算时仍然是守恒的和相容的,且至少具有一阶精度.作为数值试验,将该方法用于在不规则四边形网格上及四边形与三角形混合网格上求解二维非线性抛物型方程,并在不规则四边形网格上求解二维三温辐射热传导方程,均获得了较为理想的数值结果.

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大型稀疏线性方程组的改进ICCG方法

张永杰, 孙秦, 李江海

2007, 24(5): 581-584.

摘要 ( 299 )

PDF(178KB) ( 1367 )

有限元线性方程组的系数矩阵一般具有稀疏性和对称性的特点,全稀疏存贮方法就是利用这些特点,只存贮对称部分的非零元素,采用链表式管理,既节省存贮空间,又便于动态更改.在带双门槛值ICCG方法的基础上,加上适当的对角元修正策略,得到一种新的改进的ICCG方法,能够确保方程组高效准确的分解和求解.数值算例证明,该算法在时间和存贮上都较为占优,可靠高效,能够应用于有限元线性方程组的求解.

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纳米磁性药物靶向动力学模拟

康斌, 宋威, 张炎, 戴耀东, 陈达

2007, 24(5): 585-590.

摘要 ( 261 )

PDF(351KB) ( 1023 )

基于Navier-Stokes方程与Maxwell-Ampere理论建立了肿瘤细动脉中血液的非定常脉动模型,在磁场和流场耦合状态下研究引入纳米磁性药物后磁场对血液流场的影响.把离散模型和单相模型耦合,用有限元方法对纳米磁性药物在细动脉中的传输进行动力学模拟.模拟结果表明,磁场对纳米尺度磁性粒子的俘获形式明显不同于对微米尺度粒子,纳米磁性粒子运动轨迹与血液流线基本重合.由于磁性纳米粒子的存在,磁场影响了血液的流场分布,在磁体附近形成涡流区并长期滞留,以此方式实现对磁性药物的俘获.

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超燃火焰稳定凹腔自激振荡特性的数值研究

孙明波, 梁剑寒, 王振国

2007, 24(5): 591-597.

摘要 ( 235 )

PDF(332KB) ( 953 )

对超声速冷流条件下用于超燃冲压发动机的凹腔火焰稳定器的自激振荡特性进行研究.采用混合RANS/LES方法对非定常流场进行数值模拟,考虑了凹腔的长深比和后缘角度两个关键参数.混合RANS/LES方法很好的捕捉到流场非定常大尺度结构并揭示了凹腔自由剪切层的演化过程.对凹腔压力振荡历程进行幅频分析,所得到的频率和理论分析结果与文献计算结果符合的很好.结果表明,凹腔的长深比和后缘角度对凹腔自激振荡特性都有很大的影响.随着凹腔长深比的减小,振荡能量趋于集中到某些频率对应的振荡模式上.随着凹腔后缘倾角的减小,大部分频率对应的振荡很快的被削弱;相对于陡后缘凹腔,小角度后缘凹腔只有较高频率对应的振荡模式存在.

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微喷管流的连续介质模型及其适用性

张根烜, 王璐, 张先锋, 刘明侯

2007, 24(5): 598-604.

摘要 ( 221 )

PDF(328KB) ( 1106 )

基于无滑移和有滑移的连续介质模型,对微喷管内的超声速冷态气体流场进行了二维和三维数值模拟,利用DSMC方法验证微喷管流中的连续介质模型,并重点分析微喷管流的低雷诺数效应、三维端面效应及其推进性能.研究表明,局部流场的模拟对模型和边界条件的要求要高于推进性能的估算,在努森数小于0.03时,可以使用无滑移的N-S方程预测推进性能;雷诺数是表征低雷诺数效应和推进性能的特征参数,提高工作压力可以改善微喷管的粘性损失和推进性能;在雷诺数大于1000时,若蚀刻深度和喉部宽度的比值超过13,微喷管具备很好的二维特性.

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非驻定过滤燃烧的均相模拟

张根烜, 赵平辉, 朱旻明, 陈义良

2007, 24(5): 605-611.

摘要 ( 191 )

PDF(334KB) ( 1063 )

基于一维层流反应流模型,构建了新的准稳态均相模型,并对堆积床内充分发展后的低速过滤贫燃过程进行数值模拟.将计算结果与传统双相模型进行比较,分析弥散效应和化学反应机理等对计算结果的影响,并开展输运项分析;将均相模型的数值结果与准稳态和瞬态的理论结果进行比较,验证理论方法.

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Liley模型的模拟EEG信号的非线性预测和分析

王兴元, 谭贵霖

2007, 24(5): 612-618.

摘要 ( 323 )

PDF(419KB) ( 1086 )

分析Liley模型的模拟脑电(Electroencephalogram,EEG)信号的非线性预测和径向基函数(Radial Basis Functions,RBF)神经网络预测,利用相图分析和非线性正交预测(Nonlinear Cross-Prediction,NLCP)方法研究模拟EEG信号.结果发现:①RBF神经网络预测的效果要好于非线性预测;②NLCP方法对含有强周期分量的高维系统具有较好的适用性;③支持了EEG中存在混沌运动的观点.

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薄膜椭偏测量的自适应混合反演算法

井西利, 徐天赋, 陈秀娟, 李栋宇

2007, 24(5): 619-624.

摘要 ( 200 )

PDF(279KB) ( 1073 )

基于梯度的线性反演方法计算效率高,基于随机扰动的模拟退火方法寻找最优解能力强针对薄膜椭偏测量的多极值问题,综合两者的优点,提出一种求解薄膜椭偏测量问题的混合反演算法.模型每次扰动采用线性寻优方法搜寻局部最优解,叠代过程中采用均匀设计的模拟退火方法随机搜寻模型,使该算法有跳出局部最优解的能力,可以在较少的叠代次数内搜寻到全局最优解,从而提高求解薄膜椭偏测量非线性反演方法的计算效率.对反演过程控制参数进行讨论,该算法具有自适应的特点.计算表明,该算法可有效求解薄膜椭偏测量的多极值问题.

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直径任意分布球填充的数值模拟

赵亮, 李水乡, 刘曰武

2007, 24(5): 625-630.

摘要 ( 248 )

PDF(358KB) ( 1402 )

提出球填充数值算法的新分类方法.改进原有的松弛算法,使其能够模拟直径任意分布的球填充问题,采用可变循环周期使不同球数情形下的填充率基本保持不变.算例数据表明,该算法的填充率和配位数均高于原算法.由于采用背景网格搜索和双向链表组数据结构,使得邻接球搜索效率有相当大的提高,算法的时间复杂度为O(N)(N为球数).在一台AMD Athlon 3200+PC上,对于10000个等径球的随机密排列,只需217s,填充率即可达到0.64.

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