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2016年, 第33卷, 第6期
刊出日期：2016-11-25 上一期    下一期
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综述

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数值反应堆多物理耦合关键技术 邓力, 史敦福, 李刚 2016, 33(6): 631-638.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1623KB) ( )   随着计算机的快速发展和超算的应用，开展反应堆多物理、多尺度、多过程耦合成为可能.数值反应堆通过构建一个虚拟堆，在其上开展多物理过程研究，把过去孤立的过程耦合起来，去掉各种简化和近似，向高保真、精密计算逼近.研究手段由实验驱动、工程导向，向科学数值模拟转变.通过调研美国的CASL（The Consortium for Advanced Simulation of Light Water Reactors）计划和欧洲的NURESAFE（Nuclear Reactor Safety Simulation Platform）计划，结合近年核能开发中面临的挑战问题，包括软件自主化中的一些关键技术，提出在国内开展数值反应堆工程的建议设想，供业内专家学者共同探讨.

研究论文

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非定常输运模拟中基于粒子标识分类的源偏倚算法 上官丹骅, 许海燕 2016, 33(6): 639-644.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1044KB) ( )   在非定常输运问题的多步蒙特卡罗模拟中，根据粒子的不同属性进行标识分类可以得到非常细致的系统相关标识物理量.对于某些目标标识物理量，模拟的样本中造成有效贡献的样本相对较少，导致这些物理量模拟结果的涨落较大，而单靠增加总样本数不能高效地使有效样本达到一个合理的水平.本文提出一种基于标识分类的源偏倚算法，将增加的所有样本定向赋予目标类粒子，从而高效地降低目标标识物理量的统计误差且不影响非目标标识物理量的计算.以一维多层介质非定常输运模型验证上述结论.

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点火靶驱动不对称性与表面粗糙度的模耦合模拟 谷建法, 戴振生, 古培俊, 叶文华, 郑无敌, 邹士阳 2016, 33(6): 645-651.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2915KB) ( )   使用二维辐射多群扩散流体力学程序LARED-S对点火靶内爆进行大规模数值模拟，同时考虑低阶辐射驱动不对称性和中高阶的表面粗糙度.计算结果表明：靶丸内爆流场不仅出现严重的低阶模面密度扰动，同时生成大幅度的尖钉与气泡结构；呈现明显的扰动模耦合效应，模耦合生成的扰动增长幅度与理论公式在一定时间内较好地吻合.在内爆减速阶段，扰动增长发展到强非线性阶段，模耦合效应使得扰动频谱分布变宽；同时芯部的涡流使得靶壳的尖钉弯曲，内爆流场出现明显的湍流混合现象.模耦合效应与湍流混合极大地降低了内爆性能，导致点火失败.

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基于曲四面体单元剖分的CN E-H TDFEM方法 叶珍宝, 朱剑, 周海京 2016, 33(6): 652-660.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1565KB) ( )   从采用Crank-Nicolson差分格式的基于麦克斯韦旋度方程的E-H时域有限元方法出发，将展开电场和磁场的叠层矢量基函数与曲四面体单元相结合.对金属球谐振腔及介质填充的圆柱形谐振腔的数值模拟表明：相较于规则四面体单元，在剖分单元数目相同的情况下，曲四面体单元离散表面弯曲结构可以获得更高的计算精度.同时，与0.5阶基函数结合曲四面体单元相比，1.0阶基函数与曲四面体单元结合可以用更少的单元数及未知量数目来获得更高的计算精度.

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基于数值模拟的QMU决策体系 马智博, 孙宇涛, 殷建伟, 王秋菊, 吕桂霞 2016, 33(6): 661-670.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1357KB) ( )   裕度及不确定度量化方法（Quantification of Margin and Uncertainty，QMU）能够基于裕度及其不确定度信息对系统是否达到其指标要求进行科学的判断与决策.借助新的数值模拟不确定度量化方法，建立基于数值模拟预测及其不确定度的QMU决策技术体系.结合库存产品可靠性评估的实例，展示该体系的主要思想及其实现过程.

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虚拟流体方法的设计原则 许亮, 冯成亮, 刘铁钢 2016, 33(6): 671-680.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3574KB) ( )   研究模拟可压缩多介质流的虚拟流体方法，建立一般状态方程下定义虚拟流体状态的基本原则.根据波系结构和使用的自由变量分别推导虚拟流体状态的定义方式.结果表明在这些方式下求解多介质Riemann问题理论上完全精确.进一步总结几种简单有效的虚拟流体方法，这些定义方式不依赖于虚拟流体区域可能产生的波系结构.其中一种类似于反射边界条件，只是界面速度需要首先精确预测出来.数值算例验证了研究结果的合理性.

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低超声速飞行器瞬态热状况解耦算法 李振环, 孙海锋, 夏新林, 李洋 2016, 33(6): 681-690.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4122KB) ( )   针对低超声速飞行器非稳态飞行条件下内外流固耦合一体化计算的复杂性，将飞行器外部流场的实时气动热转化为浮动的第三类边界条件进行解耦.以加速俯冲的超声速三维头锥体为例，分别采用浮动温差法和辐射平衡法提取表面对流换热系数进行解耦计算，并与直接耦合计算结果进行比较，验证两种解耦算法的可靠性.结果表明，将非稳态飞行过程离散为不同飞行状态点，通过提取对流换热系数解耦计算得到的不同状态点的锥体表面温度分布与直接耦合计算得到的结果吻合较好.两种解耦算法在计算效率方面均要优于耦合计算方法；在外界气动环境发生剧烈变化的过程中，最大相对误差均不超过2%.

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时变来流条件下大气边界层流动大涡模拟 李为君, 张云伟, 顾兆林, 段翠娥, 张力元, LU Weizhen Jane 2016, 33(6): 691-697.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2731KB) ( )   采用大涡模拟方法，利用平坦地面模型和带楔形结构的粗糙地面模型研究近地面空间风场特征.结果表明，在时变来流条件下，平坦地面模型和粗糙地面模型均在阵风峰期产生下沉气流，在阵风谷期产生上升气流；垂直气流大小与下垫面粗糙度和水平来流风速变化幅度有关.大气边界层内风场的风速大小和方向总是随时间变化的，与稳定来流假设相比，随时间变化的来流条件下边界层的流动更有利于边界层内物质和能量的输运.

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室内可吸入颗粒物运动特性的格子 Boltzmann方法模拟 鄢仁樵, 陈丽萍, 周斌 2016, 33(6): 698-706.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3588KB) ( )   为探究室内可吸入颗粒物的运动特性，使用格子Boltzmann方法，在颗粒物运动概率模型的基础上考虑布朗力对颗粒物的作用，利用改良的LB-CA（Lattice Boltzmann-cellular automata）模型，模拟了Re数分别为400、1 000和2 000时粒径为0.01 μm、0.1 μm和1 μm的颗粒物在上送上回和上送侧回两种回风形式中的运动特性.结果显示：颗粒物的空间分布范围随着Re数的增大而增大，小粒径的颗粒物受到气流湍动和扩散作用的影响更明显；颗粒物的均方位移（mean square displacement，MSD）与Re数、颗粒物粒径的大小成反比，而同样的Re数下，颗粒物在上送侧回的回风形式中其MSD较大.总体上看上送侧回的回风形式具有较低的悬浮颗粒数和更高的室内空气品质.

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基于模拟有限差分的低渗透油藏非达西油水两相流动数值模拟 黄涛, 黄朝琴, 张建光, 姚军 2016, 33(6): 707-716.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3910KB) ( )   在模拟有限差分研究单相非线性流动基础上，进一步推广到低渗透油藏非达西油水两相流动数值模拟中，以拟线性流动模型对该方法的基本原理进行详细阐述，建立相应的数值计算格式，并采用IMPES方法对其两相流问题进行求解，通过数值算例验证方法的正确性和适用性.

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致密油藏微纳米喉道中的边界层特征 田虓丰, 程林松, 曹仁义, 安娜, 张苗怡, 王翊民 2016, 33(6): 717-725.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4217KB) ( )   通过引入吸引力修正耗散粒子动力学（DPD）方法，实现流体和固体的相互吸引作用，模拟纳米喉道中的微尺度流动，探讨边界层的产生机理，结合微圆管实验，定量表征微纳米喉道中边界层的特征，明确微纳米喉道中边界层的影响因素.研究发现：分子尺度，热运动对速度影响很大；超过分子尺度，压差占主导作用.热运动使粒子在原位置振动，不改变粒子的整体移动方向.随着喉道半径的增大，泊肃叶流动的抛物线特征越来越明显.边界层厚度受压力梯度、喉道半径和流体粘度的影响.当压力梯度增大或流体粘度减小时，边界层厚度增大；当喉道半径减小时，边界层厚度先增大后减小.边界层厚度是导致非线性渗流特征的根本原因.随着边界层厚度增大，非线性渗流特征越来越明显.

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Mn掺杂Mo2FeB2的电子结构,磁性和弹性的第一性原理研究 王斌, 刘颖, 叶金文 2016, 33(6): 726-736.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1506KB) ( )   用第一性原理计算（Mo，Fe，Mn）3B2的结构稳定性、磁性、电子结构和弹性.过程中采用了密度泛函理论和超软赝势.研究表明反铁磁性具有最低的能量，为基态.计算所得的（Mo，Mn，Fe）B2电子态密度和布局数与Mo2FeB2的类似.从电子态密度和重叠布局数发现，B-B和B-Mo为共价键，对剪切模量起促进作用.通过磁性分析，发现Fe和Mn原子起主要作用.然而，Mn的掺杂对硬质相Mo2FeB2的成键和弹性的影响微小.

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基于第一性原理的石墨吸附一氧化碳倾向性研究 何满潮, 胡祥星, 赵健 2016, 33(6): 737-742.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1889KB) ( )   利用基于量子力学的第一性原理计算方法，从微观角度研究煤层对一氧化碳气体的吸附机理.根据煤层的基本成分及结构特点，用结构类似的石墨模拟复杂的煤层，建立石墨吸附一氧化碳分子的模型，讨论石墨表面的三种高对称吸附位置，分别是顶位（top位）、桥位（bridge位）、洞位（hollow位）对一氧化碳分子的吸附.结果表明：当一氧化碳分子垂直于石墨表面，且碳原子端靠近碳层时，在石墨（001）表面的桥位（bridge位）有较强的吸附能.

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Co含量对Fe3Si合金磁学性能的影响 贺晓金, 张晋敏, 黄晋, 卢顺顺, 何帆, 吴宏仙, 邵鹏, 谢泉 2016, 33(6): 743-748.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4522KB) ( )   采用基于密度泛函理论（DFT）的赝势平面波法，对过渡金属Co掺杂Fe3Si进行几何结构优化，计算Co含量对Fe3Si合金磁学性质的影响.研究表明：Fe3-xCoxSi的磁性主要来源于过渡金属元素Fe和Co，并且相对于A、C位的Fe和Co原子，B位Fe的原子磁矩较大；在0≤x≤0.75范围内，随着Co含量的增大，Fe3-xCoxSi的总磁矩缓慢减小，在0.75≤x≤1.5时，其总磁矩迅速地增大；A、C位Fe原子的磁矩和合金总磁矩的变化趋势相同，Co原子的磁矩随着Co含量的增大缓慢地增大，原子的磁矩变化与自旋向上和向下方向的电荷转移有关.

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硫化锂分子的分析势能函数和光谱 许永强, 彭伟成, 蔡雨晴 2016, 33(6): 749-756.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1343KB) ( )   应用密度泛函理论的B3LYP方法和6-311++g（d，p）基组，研究Li2、LiS和Li2S分子的基态构型.结果表明它们的基电子态分别为X1Σg+、X2Π和X1Σg+.通过非线性曲线拟合，得到基态LiS和Li2分子的4参数Murrell-Sorbie分析势能函数，计算它们的光谱参数和力常数.基于多体项展式理论得到了基态Li2S分子的单重态势能面的分析函数.利用得到的分析势能函数重构基态单重Li2S分子的旋转图、伸缩图和旋转伸缩图，准确地再现了Li2S分子的静态特征，如平衡结构，最低能量，合理反应通道.从等值势能面图看出，反应Li+S+Li→Li2S是一个无阈值反应.S原子攻击Li2分子的反应通道上，有一个过渡态.Li原子攻击LiS分子通道上也有一个过渡态.