计算物理

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随机中子动力学及其数值模拟研究进展

杨俊云, 应阳君, 肖刚

2017, 34(2): 127-141.

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随机中子动力学是核动力设计和核反应堆安全中的重要课题，本文从随机中子动力学的基础概念和研究方法出发，介绍随机中子动力学研究的历史发展和研究现状.裂变中子与光子的多重性是反应堆零功率中子噪声主要来源，对中子涨落的方程描述及其求解，演化出零功率中子噪声与功率反应堆噪声的随机理论.随机中子动力学的重要应用包括反应性微观测量、功率反应堆噪声测量和分析、核临界漂移分析和核材料识别与检测等.在半个多世纪的研究中，以脉冲堆点火过程的脉冲爆发等待时间分布为代表的随机性，一直缺乏定量分析方法和工具.直到近几年，模拟随机中子动力学过程的广义半马尔科夫过程模拟方法取得了重要进展，很好地揭示了脉冲堆实验中子点火规律.最后讨论随机中子动力学研究中有待解决的研究课题.

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聚变裂变混合堆处理高放超铀废物的研究

沈姚崧, 李凯波, 师学明, 邓力

2017, 34(2): 142-148.

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提出一个燃烧高放超铀废物的思路，即在外部聚变中子源驱动下，把燃烧超铀锕系元素和钍铀燃料循环相结合.并且设计相应的一维模型，使用开发的燃耗计算程序ONESN_BURN和新制作的数据库对模型进行计算和分析.通过计算，得到锕系元素的放射性，生物潜在危害因子，高放超铀锕系废物的密度和非常深的燃耗深度等.比较聚变裂变混合堆与传统的热堆，发现中子能谱越硬，对燃烧超铀锕系元素越有效.

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非Maxwell分布下平均热核反应率的计算

常凯, 李金鸿, 沈华韵, 衷斌

2017, 34(2): 149-154.

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研究氘氚（DT）服从不同的速度分布函数时平均热核反应率的计算，当T服从Maxwell分布，D服从Maxwell分布、单能分布、一类特殊的非Maxwell分布时，用Monte Carlo方法（蒙卡方法）和直接积分两种方法同时计算DT的平均热核反应率，并验证蒙卡方法的正确性.利用蒙卡方法计算非Maxwell分布时的DT平均热核反应率，与Maxwell分布下的结果有较大的差别，说明在类似的情况下如果采用热动平衡下的平均热核反应率会引入较大的误差，相关认识可供非平衡效应研究参考.

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HMX炸药爆轰产物物态方程研究

赵艳红, 张弓木, 张其黎, 李琼

2017, 34(2): 155-159.

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采用自主研制的考虑产物组分间化学反应的类CHEQ程序研究HMX炸药爆轰产物物态方程，给出初始密度为1.90 g·cm^-3的HMX炸药CJ点的爆速和爆压，计算值与实验值符合较好；计算CJ点的爆轰产物组成，并与BKW和LJD的计算结果进行比较分析；同时给出过CJ点的等熵膨胀线上压强、 γ和产物组分随比体积的变化规律，加深对爆轰产物作功能力的认识.

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Fe⁺注入植物种子射程实验的Monte-Carlo仿真

王林香

2017, 34(2): 160-164.

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研究表明，TRIM程序运算结果与实验测量离子注入种子的射程分布数据相差甚远.本文根据种子微结构的特点，综合考虑多种因素，设计种子微结构模型和运算程序，用Monte-Carlo仿真不同能量（110 keV，20 keV，200 keV）、不同注量（2×10¹⁶ ions·cm^-2，5×10¹⁶ ions·cm^-2，10¹⁷ ions·cm^-2，2×10¹⁷ ions·cm^-2）的Fe⁺注入花生、彩棉、小麦种子的射程分布，结果显示本设计程序仿真的结果与实验测量数据较为吻合.所获得的注入离子与种子微结构相互作用的随机抽样模拟运算方法，为离子注入与生命体相互作用的理论研究提供新的思路.

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高超声速可压缩流中粗糙壁热流研究

李俊红, 张亮, 俞继军, 程晓丽

2017, 34(2): 165-174.

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用计算流体力学（CFD）数值模拟和理论方法对高超声速可压缩湍流中粗糙壁面热增量进行研究. 着重考虑粗糙单元密度和粗糙单元形状对粗糙表面热流的影响. 结果表明： ①粗糙单元密度变化时， CFD数值方法计算所得的粗糙单元等效热流随着粗糙单元密度的降低而增加，理论方法预测结果的规律随方法不同而不同；②在相同粗糙单元密度和高度时，如果粗糙单元形状改变，CFD计算结果也随之发生改变. 理论预测方法所得结果不发生变化.

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基于移动网格的熵稳定格式

程晓晗, 聂玉峰, 蔡力, 封建湖

2017, 34(2): 175-182.

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提出一种基于移动网格的熵稳定格式求解双曲型守恒律方程.该方法利用等分布原理得到新的网格分布，基于守恒型插值公式计算新的网格上的物理量，使用熵稳定数值通量和三阶强稳定Runge-Kutta时间推进方法得到下一时刻的数值解.数值算例表明该格式不仅能有效提高解在间断处的分辨率，而且能消除可能产生的伪振荡.

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薄层稠油藏溶剂辅助蒸汽驱产量预测模型

刘昊, 程林松, 杨志军, 黄世军, 李春兰, 张忠义

2017, 34(2): 183-192.

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通过分析生产数据和数值模拟结果，将薄层稠油油藏溶剂辅助蒸汽驱生产过程分为蒸汽前缘垂向扩展阶段、蒸汽前缘水平扩展阶段及冷凝水产出阶段.针对每个生产阶段，通过联合质量守恒方程、运动方程、能量守恒方程及溶剂扩散方程得到描述蒸汽前缘扩展和产油量解析模型.能量守恒方程属于典型的第二类Volterra 积分函数，首先对其进行Laplace变换；之后运用半解析方法对该模型进行求解.为验证模型的正确性，将模型的溶剂辅助蒸汽驱计算结果与数值模拟结果对比，整体误差仅为4%.新模型可以方便简单地分析不同溶剂性能和注采参数对溶剂蒸汽驱开发效果的影响.

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一种适用换热网络同步综合的改进混沌蚁群算法

张春伟, 崔国民, 陈上

2017, 34(2): 193-204.

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提出一种适用于换热网络同步综合的改进混沌蚁群算法.在标准算法的基础上引入组织变量更新策略、新型动态邻域拓扑结构，增强算法的全局搜索能力和局部搜索能力.提出两条整型变量优化策略使算法具备优化整型变量的能力和特性.选取两个不同规模的换热网络问题对算法进行测试，其鲁棒性和有效性得到验证.

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比例边界有限元法在电机电磁场问题中的应用

梁艳萍, 丁新, 陈元琦, 于鸿浩

2017, 34(2): 205-213.

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将比例边界有限元法应用到电机磁场分析计算中，采用加权余量法推导无旋磁场的比例边界有限元方程及其离散格式，给出相邻子域公共边上内部节点磁位求解方法.以具有解析解的电机磁场问题为例进行计算和对比分析，验证离散格式的正确性和比例边界有限元法求解电机磁场的可行性，为该方法在电机磁场问题中的应用打下基础.

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温度对线状金属颗粒复合物电磁参量的影响

徐健, 李江南, 吴杰, 梁峰, 陈将伟

2017, 34(2): 214-220.

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线状金属颗粒在复合物中会构成回路，产生较强的磁响应，这种磁响应受温度影响小.基于有效介质理论，探讨线状金属颗粒复合材料电磁响应的基本特征，优化设计适用于高温环境的、性能较好的线状钨颗粒复合微波吸收材料.

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势能模型对石墨烯导热性质分子动力学模拟的影响

邹济杭, 叶振强, 曹炳阳

2017, 34(2): 221-229.

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针对常用的Tersoff势、Rebo势和Airebo势，系统性地分析势能模型对分子动力学模拟计算石墨烯色散关系、声子态密度、群速度和热导率的影响. 结果表明：Rebo势和Airebo势描述的声子色散关系接近实验值，Airebo势对应的声子态密度与第一性原理计算的结果较为符合，Rebo势和Airebo势计算的Γ点处声子群速度高于Tersoff势. 采用Airebo势得到石墨烯热导率约为1 150 W·（m·K）^-1，与实验值相近. 综合各种影响，相比于Tersoff势和Rebo势，Airebo势能模型更适合计算石墨烯的导热性质.

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合金效应加强水分子在PtRu_n团簇上的吸附作用

李永, 李海生, 李冠亚, 王赵武, 李国岭, 左正伟, 李立本

2017, 34(2): 230-236.

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利用第一性原理计算方法，研究合金效应对PtRu_n-1（n=2-14）和H₂O-PtRu_n-1（n=2-14）体系的几何构型、稳定性及吸附水特性的影响.结果表明：铂原子替代钌原子的能量较低，容易与钌团簇形成合金，铂原子喜欢占据配位数较低位置.相对于纯钌团簇，合金效应很大程度上提高了水分子在PtRu_n团簇上的吸附能.考虑范德瓦尔斯力后，水分子在PtRu₇上的吸附能增大，分解势垒降低，水分子可以在PtRu₇上分解.铂钌合金更适合做分解水制取氢气的催化剂.

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Mn/C共掺杂ZnS纳米管磁性质研究

陈红霞, 胡小艳, 庄国策

2017, 34(2): 237-244.

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采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Mn原子单掺杂和双掺杂ZnS纳米管的结构、电子性质和磁性质.掺杂纳米管的形成能比纯纳米管形成能更低，表明掺杂是个放热过程.掺杂纳米管的能隙远小于纯纳米管能隙.计算结果表明Mn掺杂纳米管趋于反铁磁态.为了获得室温铁磁性，用一个C原子替代一个S原子.发现铁磁态能量比反铁磁态能量低0.454 eV.如此大的能量差表明这类材料中有可能获得室温铁磁性.

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各向同性压缩过程中圆盘体系的基本性质

张兴刚, 胡林

2017, 34(2): 245-252.

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结合理论分析与数值模拟研究仅有线性排斥力的二维无序圆盘体系在准静态各向同性压缩过程中的基本性质.引入平均约化重叠量、约化压强等概念，基于微观的力学分析，导出约化压强与体系的组成成分、几何统计量及形变统计量之间的关系.基于数值模拟结果，讨论平均接触数增量、各种接触类型的百分比、平均约化重叠量、约化压强等物理量在大范围压缩的过程中随体积分数增量的变化，给出一个形式简洁的近似约化压强公式.模拟结果表明圆盘体系在远离临界阻塞态及接近临界阻塞态时的压缩响应不同.

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