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2017年, 第34卷, 第6期
刊出日期：2017-11-25 上一期    下一期

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DG方法求解可压缩气固两相流动 段茂昌, 蔚喜军, 陈大伟, 黄朝宝, 安娜 2017, 34(6): 631-640.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7568 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3021KB) ( )   给出求解双向耦合可压缩气固两相流的间断有限元方法，对所得到的气固两相流方程组不需要采用分裂的方法离散，对气相、颗粒相方程及其对流部分和源项可以统一处理，两相都采用基于近似Riemann解的数值通量.数值模拟低压含尘激波管内的两相非平衡流动，并与平衡流、冻结流的结果进行比较.分析颗粒相的存在对气体运动的影响，及激波后松弛区域内两相间相互作用规律.发现颗粒质量比决定两相平衡后的最终状态，而颗粒直径决定两相流从非平衡到平衡的过渡过程，即不同尺寸颗粒对应的驰豫时间、松弛距离不同.结果表明：本文提出的计算方法对求解可压缩气固两相流是可行的，为研究复杂的气固两相流动问题奠定了基础.

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典型自由面流动问题的SPH-ALE数值模拟 上官子柠, 周秀丽, 宋鑫, 陈谦 2017, 34(6): 641-650.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7551 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7120KB) ( )   应用基于黎曼解的SPH-ALE方法对两种典型自由面流动问题进行数值模拟，并提出一种一阶核函数修正压力计算方法，通过对临近边界的水粒子压力进行核积分，近似估算固壁边界压力.给出不同时刻的流场压力分布及自由液面演化过程，将计算结果与相关的试验值及数值解进行对比，分析结果表明：SPH-ALE方法较传统SPH方法在流场压力计算精度上有较大的改进，在处理强非线性自由面流动问题时能够达到较高的精度.

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湍流热对流的高效并行直接求解方法 包芸, 叶孟翔, 罗嘉辉 2017, 34(6): 651-656.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1692KB) ( )   结合泊松方程直接求解的PDD算法，创建二维湍流热对流DNS模拟的并行直接求解方法（PDM-DNS）.在"天河二号"超级计算机上完成高Ra数湍流热对流大规模DNS计算，计算效果令人惊喜，实现了一年前难以达到的计算规模.高分辨率的湍流热对流计算结果显示，不同高Ra数的湍流热对流流动状态完全不同.为高Ra数湍流热对流大规模并行计算和数值模拟研究提供了有价值的计算方法.

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大雷诺数Navier-Stokes方程的两水平亚格子模型稳定化方法 杨晓成, 尚月强 2017, 34(6): 657-665.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7569 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3237KB) ( )   基于两重网格离散方法，提出三种求解大雷诺数定常Navier-Stokes方程的两水平亚格子模型稳定化有限元算法.其基本思想是首先在一粗网格上求解带有亚格子模型稳定项的Navier-Stokes方程，然后在细网格上分别用三种不同的校正格式求解一个亚格子模型稳定化的线性问题，以校正粗网格解.通过适当的稳定化参数和粗细网格尺寸的选取，这些算法能取得最优渐近收敛阶的有限元解.最后，用数值模拟验证三种算法的有效性.

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二维Helmholtz边界超奇异积分方程解析研究 王现辉, 郑兴帅, 乔慧, 张小明 2017, 34(6): 666-672.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1301KB) ( )   基于常规边界元法及超奇异边界积分方程复线性耦合的Burton-Miller方法应用于无限域声学问题的最大难点在于处理超奇异积分（二维问题）.目前，此类超奇异积分主要使用各种弱奇异/正则化方法求解，而这些弱奇异/正则化方法具有时间消耗大等弱点.基于围道积分定理，本文给出一种使用常值单元的二维Helmholtz边界超奇异积分的解析表达式.在有限部分积分意义下，所有的奇异和超奇异积分可以解析表达.数值算例表明该解析表达式是有效的.

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复杂色散介质电磁特性分析的扩展Newmark-FDTD方法 张玉强 2017, 34(6): 673-678.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7547 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1498KB) ( )   基于有限元中的Newmark算法，提出一种新的色散介质时域有限差分（FDTD）方法，称为扩展Newmark-FDTD方法，它不仅可以用统一的方式处理Debye、Drude、Lorentz等常见色散介质问题，还可以统一处理修正Lorentz、二阶复有理函数等新的色散模型及其混合模型问题，且具有更高的计算精度和较好的稳定性.最后，通过算例对该算法的有效性进行验证.

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AuCl3催化炔酮分子内环化反应的机理 李安军, 朱元强, 苏鸿, 杨泽宏 2017, 34(6): 679-684.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2518KB) ( )   采用密度泛函理论的B3LYP方法研究炔酮发生分子内环化生成菲衍生物的反应机理.结果表明：在无催化剂和AuCl3催化剂作用下，反应均可通过[2+2]和[6+2]途径生成产物.无催化剂时，两条途径控制步骤的能垒都较高，但是[2+2]途径的能垒比[6+2]途径的低32.01 kJ·mol-1，故反应主要通过[2+2]途径进行.在AuCl3催化作用下，反应的优势途径为[2+2]途径，其能垒为137.05 kJ·mol-1.比较活化能发现，AuCl3催化剂明显地降低了反应能垒，使反应能够顺利进行.

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Matlab编程的Hückel分子轨道法计算研究掺杂纳米碳管的化学反应性 杨龙飞, 张业新, 都时禹 2017, 34(6): 685-696.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7546 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5257KB) ( )   使用Matlab自编简单Hückel分子轨道法（SHMO）计算程序，分析空位、Stone-Wales缺陷位、N和B原子掺杂的CNT（5，5）碳纳米管，计算π电子密度和前线分子轨道（HOMO和LUMO）为研究掺杂相对碳纳米管的化学反应性提供依据.具有不同电特性的掺杂相打破了碳纳米管的π电子、HOMO和LUMO的均衡分布.掺杂相和/或邻近的碳原子为HOMO或LUMO贡献了较其它原子更大的轨道系数，在不同的化学反应中表现出良好的亲核性或亲电性.此外，HOMO-LUMO能量差很好地反映了掺杂纳米碳管的导电性.计算结果与已报道的实验和理论结果吻合良好.

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支撑材料基因工程的高通量材料集成计算平台 杨小渝, 王娟, 任杰, 宋健龙, 王宗国, 曾雉, 张小丽, 黄孙超, 张平, 林海青 2017, 34(6): 697-704.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2633KB) ( )   总结材料计算和数据管理面临的挑战，阐述高通量材料集成计算的内涵，介绍我们在国内率先研制出的高通量材料集成计算平台和软件框架MatCloud.平台支持与不同高性能计算集群的动态绑定，基于图形化界面的第一性原理计算流程设计、持久化、解析和执行；大批量计算作业的生成、提交、运行监控，及容错和纠错的自动流程实现；支持数据的提取、规范化加工、及自动存储等.MatCloud形成了一个高通量材料集成计算软件框架，支持个性化插件的快速研发.

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元素替代对MgH2储氢材料释氢影响机理的第一原理研究 麻洪吉, 张国英, 方戈亮 2017, 34(6): 705-712.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3088KB) ( )   用基于密度泛函理论的赝势平面波第一原理方法研究金属元素替代对MgH2释氢的影响机理.结果表明：带隙的宽窄和带隙中是否存在杂质能级是影响MgH2储氢材料释氢性能的关键因素，Nb，Fe，Ti，V在能隙近中央引入杂质能级，使得MgH2的H-Mg键键强减弱，有利于放氢.La在导带底引入杂质能级，降低带隙宽度，晶体中结合最弱的键断裂变得容易，也有利于放氢.Nb，Fe，Ti，V，La与近邻氢原子间形成共价键，形成金属氢化物，对释氢起到催化作用.La与H间的共价作用较弱，其金属氢化物的催化作用相对较弱.掺杂元素使Mg与周围H的静电作用力不对称，与Mg作用力小的H容易释放出来，起到提高MgH2释氢的作用.比较发现V，Fe明显降低Mg-H间的离子键强度.

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Zn空位对Al-P共掺杂ZnO电子结构影响的第一性原理计算 李磊磊, 李维学, 戴剑锋, 王青 2017, 34(6): 713-721.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4331KB) ( )   采用第一性原理平面波赝势法计算ZnO（Al，P）体系的晶格参数和电子结构，重点分析Zn空位对体系晶体结构、形成能、态密度的影响.计算结果表明：Al和P共掺杂过程中，AlZn-PZn有更低的形成能，能带分析呈现n型.并随着Zn空位浓度的增大使得掺杂后的晶胞体积减小，晶格常数c先增大后减小.存在Zn空位的掺杂体系形成能比AlZn-PO掺杂体系低，体系较稳定.能带分析呈现p型趋势.Al和P以1∶2的比例掺杂时，体系的形成能降低，体系更稳定；同时，比较1个VZn和2个VZn的AlZn-PZn共掺杂体系的能带结构发现，随着Zn空位浓度增大，带隙增大，体系p型化特征增强.AlZn-2PZn共掺杂体系带隙减小为0.56 eV，更有利于提高其导电性质.然而出现2VZn后，带隙增大为0.73 eV，小于本征ZnO带隙，p型化程度更强烈；此外态密度分析表明2VZn的AlZn-2PZn共掺杂使得态密度更加分散，更多的电子穿过费米能级使得p型化更明显.因此，将Al/P按1∶2的比例共掺且Zn空位增至2个时，可以获得导电性能更好的p型ZnO.

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单轴应变对氮化铟电子结构及光学性质的影响 温淑敏, 姚世伟, 赵春旺, 王细军, 侯清玉 2017, 34(6): 722-730.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7557 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5966KB) ( )   采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法，计算单轴应变下闪锌矿氮化铟的电子结构及光学性质.结果表明：施加应变会使带隙变窄.对于拉应变，随着应变增大带隙减小程度增大；对于压应变，随应变增大带隙减小程度减弱；且拉、压应变对带隙调控都是线性的.在能量区间4 eV~12 eV范围内施加应变时，氮化铟的吸收光谱发生红移，随拉应变程度增加，吸收光谱的红移进一步加大；随压应变增加，吸收光谱红移减弱；在该范围内，氮化铟的折射率、反射率随拉应变的增大而增加，随压应变增加减小；施加拉应变时能量损失函数峰值增大，施加压应变后能量损失函数峰值减小.通过施加单轴应变能有效调节氮化铟材料的电结构及光学性质.

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一种针对弱场搜寻态冷极性分子的可控静电表面囚禁方案 李胜强 2017, 34(6): 731-739.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7556 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3990KB) ( )   提出一种使用带电金属环和六个球电极和一个外加偏置电场实现对冷极性分子静电囚禁的新方案.计算装载和囚禁时空间电场分布.囚禁中心距离芯片表面的高度可以通过外电场和环形电极所加电压来操控.蒙特卡罗模拟表明对于中心速度为15 m·s-1的ND3分子束，装载效率可以达到70%，得到冷分子的温度大约为45 mK.当继续增加偏置电场强度时，单阱分裂为对称的两个阱.如果同时改变球形电极上所加电压，得到不对称的两个阱，可以借此来调节两个阱中所囚禁的冷分子数目的比例.为了易于理解，用蒙特卡罗方法模拟了装载、囚禁、分裂冷分子波包的动力学过程.

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混合粒子群算法ADPSO对月球物理参数反演的改进 钟振 2017, 34(6): 740-746.  摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2259KB) ( )   常规粒子群算法PSO对低敏感参数较难进行最优估计，本文提出联合自适应惯性权重和变异的混合粒子群算法ADPSO.结果表明：最佳拟合效果不随粒子数和变异概率的增大而加强.就四参数估计而言，粒子数取400个，变异概率小于0.03，可实现最优拟合.采用最佳粒子数和较小的变异概率，利用新近月球重力场模型GL0990d和LRO激光测高数据，对月球南半球部分高地的物理参数进行最优估计.发现研究区域的模型导纳谱很好地拟合了观测值，模型重力异常与观测重力异常的残差较小，符合参数估计的要求，验证了算法的有效性.ADPSO适合于月球物理参数估计，为大规模的反演运算提供了参考.

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忆阻器混沌电路产生的共存吸引子与Hopf分岔 王伟, 曾以成, 陈争, 孙睿婷 2017, 34(6): 747-756.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7563 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6135KB) ( )   利用荷控忆阻器和一个电感串联设计一种新型浮地忆阻混沌电路.用常规动力学分析方法研究该系统的基本动力学特性，发现系统可以产生一对关于原点对称的"心"型吸引子.将观察混沌吸引子时关注的电压、电流推广到功率和能量信号，观察到蝴蝶结型奇怪吸引子的产生.理论分析Hopf分岔行为并通过数值仿真进行验证，结果表明系统随电路参数变化能产生Hopf分岔、反倍周期分岔两种分岔行为.相对于其它忆阻混沌电路该电路采用的是一个浮地型忆阻器，并且在初始状态改变时，能产生共存吸引子和混沌吸引子与周期极限环共存现象.