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2018年, 第35卷, 第5期
刊出日期：2018-09-25 上一期    下一期

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基于强度介质Richtmyer-Meshkov不稳定性理论的微缺陷喷射模型 何安民, 刘军, 邵建立, 刘超, 王裴 2018, 35(5): 505-514.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7721 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4321KB) ( )   采用二维多介质欧拉弹塑性流体动力学程序，对金属界面Richtmyer-Meshkov不稳定性和物质喷射进行流体动力学模拟分析，得到强度效应对界面扰动增长和物质喷射的影响特征，揭示扰动增长与物质喷射之间的内在联系.基于理想弹塑性固体界面Richtmyer-Meshkov不稳定性理论，建立强度介质微喷射形成临界判据、喷射总量和最大速度的理论模型.

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缩减基有限元方法快速求解参数化偏微分方程 陈恭, 王一正, 王烨, 张纯禹 2018, 35(5): 515-524.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7712 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6451KB) ( )   针对可用参数化微分方程表示的问题，缩减基有限元方法利用典型参数的高精度解构造基函数，可大幅度降低待求问题的自由度.以固体热传导和中子扩散的快速求解为例，展示该方法的优良特性.结果表明：在线阶段的求解效率可以实现两到三个数量级的提升.基于高保真模拟的缩减基模型可使高性能计算有效地应用于工程优化设计、应急指挥及复杂问题的反分析等.

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基于非结构四边形网格的WENO格式 赵丰祥, 潘亮, 王双虎 2018, 35(5): 525-534.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7811 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5262KB) ( )   基于非结构四边形网格发展求解双曲守恒律的三阶加权基本无振荡（WENO）格式.针对任意非结构四边形网格选取重构模板，并给出基于线性多项式的三阶线性重构.但对于一般的非结构四边形网格，会出现非常大的线性权和负权，使得非线性重构的WENO格式对光滑问题也不稳定.本文给出一个处理非常大的线性权的优化重构方法，对优化后得到的负线性权采用分裂方法进行处理.对于非线性权，提出一种考虑局部网格和物理量间断的新光滑度量因子.采用优化重构方法和新的非线性权，当前的三阶WENO格式在质量很差的网格上也具有很好的稳定性.理论的三阶精度在数值精度测试算例中得到验证，同时一范数和无穷范数的误差绝对值不依赖于网格质量；具有强间断的数值结果证明了当前格式的有效性.

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SN共轭函数用于蒙特卡罗粒子输运自动减方差的研究 刘聪, 张斌, 张亮, 郑君萧, 陈义学 2018, 35(5): 535-544.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7735 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2911KB) ( )   基于SN输运计算平台ARES编制了三维共轭输运计算模块，根据一致性共轭驱动重要性抽样方法自动生成减方差参数，用于加速MCNP5计算.数值结果表明，自动生成的减方差参数可有效提高蒙特卡罗计算效率，并保证结果无偏.自动减方差技术利用SN共轭函数可更经济准确的估计粒子重要性，避免手动估算减方差参数的复杂工作，对于复杂屏蔽问题的蒙特卡罗计算具有较好的应用前景.

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低耗散非结构网格多维限制器 艾邦成, 张亮, 陈智 2018, 35(5): 545-553.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7734 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7088KB) ( )   基于极值原理分析非结构网格多维限制器的构造准则，通过引入约束位置和约束模板的定义，将非结构网格多维限制器构造方法统一化，并以此为基础提出一种新型非结构网格多维限制器.通过典型算例计算与已有限制器进行比较.结果表明：对于包含激波、接触间断等复杂波系干扰流动，新型多维限制器在保证数值稳定的条件下具有更低的数值耗散，对于复杂波系结构具有更高的流动分辨率.

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LBM伪势MRT三维模型GPU并行计算的性能优化 彭浩, 单鸣雷, 朱昌平, 姚澄 2018, 35(5): 554-562.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7698 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3508KB) ( )   格子Boltzmann方法伪势模型算法中的格点间计算未完全局部化，因此在并行计算时需要更多次的全局内存读写、使用更多数量的寄存器和线程同步操作，从而导致GPU并行计算效率下降.本文针对伪势模型并行计算的局限性，基于三维十五速格子结构的多松弛时间伪势模型，以气液相分离为算例，通过合并访问的方式提高全局内存的读写效率；并提出一种"定向转移"算法，提高格子边界格点获取邻居格点数据的效率；最后探索不同资源分配中各种因素对计算效率的影响，总结最优资源分配的方法.

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内外流一体化飞行器动导数数值预测 陈琦, 谢昱飞, 袁先旭, 陈坚强 2018, 35(5): 563-570.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7733 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4997KB) ( )   研究内外流一体化飞行器通流模型和带整流罩模型，考核强迫振荡法和自激振荡法在内外流一体化飞行器上的适用性，详细分析时间步长、振荡频率等参数对动导数的影响.研究发现，强迫振荡法在内外流一体化飞行器动导数预测中具有较好的适用性，但与常规的纯外流飞行器相比，时间步长的选取、计算时间及振荡频率等参数的选择都有较大不同.对常规的纯外流飞行器，自由振荡法的预测结果与强迫振荡法符合较好，但对内外流一体化飞行器外形，两者相差50%以上，差异的来源及产生的机理尚需开展深入的研究.

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膜生物反应器内生化反应过程的格子Boltzmann模拟 杨艳霞, 李静 2018, 35(5): 571-576.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7732 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4894KB) ( )   采用介观尺度的格子Boltzmann数值算法研究平板式膜生物反应器内生物膜结构对生化反应及流动传输的影响.利用四参数随机生成法重构不同多孔结构的生物膜，计算中耦合多块模型获得局部详细信息且提高计算效率.结果表明：生物膜结构稳定条件下，孔隙率增大有利于主流区与生物膜内的物质传输，可以提高底物降解效率；孔隙率一定条件下，改变生物膜的孔隙结构分布可以加强传质，强化生化反应过程，提高底物降解效率.

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活性剂浓度分布对液膜排液过程的影响 杨少东, 叶学民, 李春曦 2018, 35(5): 577-586.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7705 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1197KB) ( )   针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程，考虑分离压和表面黏度的作用，应用润滑理论建立液膜厚度、活性剂浓度和表面速度的控制方程组，分析初始活性剂浓度及梯度对排液过程的影响.结果表明：当液膜表面不含活性剂时，其排液历程很短，很快发生破断.当液膜表面添加活性剂时，可以延长液膜存续时间.而当液膜表面活性剂浓度较低时，其诱发的Marangoni效应不足以克服重力的排液作用，其形成的"黑膜"不能稳定存在.随活性剂浓度增大，液膜表面流动速度减小，液膜表面更加"坚固"，所形成的"黑膜"非常稳定.当考虑初始活性剂浓度梯度时，其影响主要体现在减缓排液初期的表面速度.

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POD方法在扁管管翅式换热器研究中的应用 王烨, 王艺, 胡文婷, 王良璧 2018, 35(5): 587-596.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7746 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9842KB) ( )   针对复杂流动与传热现象的扁管管翅式换热器板芯结构构建特征正交分解（POD）低阶模型，数值分析不同参数组合的传热特性并与有限容积法（FVM）计算结果进行比对.结果表明：POD计算结果与FVM计算结果间的相对偏差平均值在5.25%以内，但计算速度比FVM提高了164.78~2 021倍.所得结论对于扁管管翅式换热器结构参数设计和运行优化有理论参考价值.

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导电突扩管中磁流体管流的数值模拟 毛洁, 相凯, 王彦利, 王浩 2018, 35(5): 597-605.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7711 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2062KB) ( )   采用基于OpenFOAM环境自主开发的低磁雷诺数磁流体求解器，对45°和90°突扩矩形管中液态金属流体在受到垂直流向的外加磁场作用时的速度、感应电流、压力的分布及突扩位置处的MHD三维现象进行数值模拟.结果表明：磁场沿突扩方向时，由于无回流涡，45°比90°突扩管在肩部位置速度分布更优.哈特曼数增大，强射流和突扩结构，在突扩肩部位置引发流动的不稳定性.伴随感应电流的不稳定，流动不稳定发展到突扩位置上游.磁场沿垂直突扩方向时感应电流的三维效应显著.哈特曼数增大，MHD压降显著增大.同方向磁场和相同哈特曼数，不同突扩角度的三维无量纲压力梯度无明显差异.

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二维三角格点系统中的拓扑陈数 郁华玲, 高雨, 翟章印 2018, 35(5): 606-612.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7696 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7847KB) ( )   利用紧束缚模型对二维三角周期格点中各能带的陈数分布进行研究.通过严格对角化方法得到体系能量本征值和对应的本征态，再利用Kubo公式计算出量子化的霍尔电导、态密度及各扩展态对应的陈数.在傅里叶变换下将哈密顿量转换到k空间从而得到体系的能谱分布.研究表明：次近邻格点之间的跳跃积分t'的不同取值影响体系各能带对应的陈数分布，计算得到当t'=1/2时体系三个能带从低到高对应的陈数分布为{-4，5，-1}，t'=-1/2时其对应陈数分布变化为{2，-4，2}，而t'=±1/4时对应的陈数分布都为{2，-1，-1}.同时发现：能谱帯隙的宽度和对应霍尔平台的宽度一致，并且k空间的能带越平坦，其对应的在霍尔电导跳跃处的态密度峰就越高越尖锐，而该处霍尔电导跳跃就越陡峭.

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新型石墨插层化合物HfC2结构与性质的第一性原理研究 谭俊华, 彭军辉 2018, 35(5): 613-618.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7718 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4767KB) ( )   在高压下，预测一种新型石墨插层化合物HfC2.采用第一性原理方法对其在0 GPa下的结构和性质进行研究，分别采用GGA-PBESOL、GGA-PW91和LDA方法进行结构优化，得到的晶体学数据基本相同.弹性常数和声子谱计算证实其力学和晶格动力学稳定性，表明HfC2在0 GPa下能够稳定存在.采用GGA-PBESOL方法计算得到HfC2的体模量和剪切模量达到265 GPa和118 GPa，Pugh比k<0.57，是一种具有高体模量的韧性材料.HfC2存在C-C、Hf-C共价作用，且具有金属特性和特殊层状结构，是其具有高体模量和韧性的原因.最后，对HfC2在0~500 GPa内的键长、体模量、剪切模量、k值等进行研究，探索其力学性质随压力变化的规律.

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电场作用下溴甲烷的光谱和解离特性 王啸卿, 刘玉柱, 尹文怡, 李金花 2018, 35(5): 619-625.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7736 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2892KB) ( )   采用了密度泛函理论（density functional theory，DFT），在6-311++G（d，p）基组水平上使用B3LYP方法研究外电场（0-0.05a.u.）对于溴甲烷分子的键长、能隙及解离势能面的影响.结果表明：外加电场的方向和大小对于分子结构和解离势能面均有显著的影响.随着负向外电场（Br-C键方向）从0增加到0.05a.u.，C-Br键的键长先减小后增大，C-H键的键长逐渐增加，分子能隙EG逐渐减小，C-Br键的str振动频率逐渐增加而IR振动频率逐渐减小.进一步计算发现：随着正向外电场（C-Br键方向）从0增加到0.03a.u.，溴甲烷分子的势能曲线有所降低，解离势垒逐渐减小.因此，可以通过外电场来控制CH3Br分子的降解.

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Be-CO(X1∑+)体系的冷碰撞动力学 韩玉龙, 孙辉, 孙金芳, 程军, 凤尔银 2018, 35(5): 626-630.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7717 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2698KB) ( )   基于碱土金属原子Be和分子CO精确的相互作用势，采用对数-导数传播子方法和非耦合角动量表象，计算低和超低能碰撞条件下Be-CO体系在电场中的碰撞动力学，获得若干电场中碰撞体系低场追索态的弹性和非弹性碰撞截面，预测Be原子感应冷却CO分子的可行性.