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2019年, 第36卷, 第1期
刊出日期：2019-01-25 上一期    下一期

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地球外核热对流运动的区域分解多重网格并行数值模拟 尹亮, 杨超, 马石庄 2019, 36(1): 1-14.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7771 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(14123KB) ( )   旋转球层中热对流运动的数值模拟是地球发电机模型的重要组成部分，对研究地球发电机作用机理具有重要意义.本文设计一个基于国产超级计算平台并行性能良好的地球外核热对流运动并行数值模型.时间积分方案采用与Crank-Nicolson格式和二阶Adams-Bashford公式相结合的近似分解分步法，空间离散基于立方球网格的二阶精度有限体积格式.所得到的两个大规模稀疏线性代数方程组采用带预处理的Krylov子空间迭代法进行求解.为加速迭代求解过程及提高并行性能，迭代过程采用区域分解多重网格的多层限制型加法Schwarz预处理子，减少了求解程序的计算时间，提高了数值模型的并行性能，模型被很好地扩展到上万处理器核数.数值模拟结果与基准模型算例0的参考值吻合得很好.

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ALE计算中基于声速分布的网格优化技术 戴自换 2019, 36(1): 15-24.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7782 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10649KB) ( )   基于声速分布，提出一种拉氏流体力学计算中大变形网格优化的数值技术.该方法不但可以优化网格的几何形状且可以提高拉氏流体计算的时间步长.介绍基于声速分布的网格松弛泛函、修正梯度流方程的推导、离散和求解方法，启动/终止网格优化过程的条件，及基于这种网格优化方法的ALE算法.给出Rayleigh-Taylor不稳定性问题等数值算例，用以证明该方法的有效性.

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SPH二阶粒子近似光滑函数的充分条件及数值验证 徐丞君, 徐胜利 2019, 36(1): 25-38.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7807 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2945KB) ( )   为实现SPH二阶粒子近似，讨论光滑函数应满足的充分条件，给出对应的光滑函数形式，分析二阶粒子近似解的唯一性，并进行数值验证.结果表明：和标准SPH方法相比，在周期边界条件下，随着粒子数加密，SPH方法二阶粒子近似的L1误差减小且L1阶趋近2.0.

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求解α本征值的k-α迭代方法误差估计 王一, 潘流俊, 王瑞宏 2019, 36(1): 39-46.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7794 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3284KB) ( )   分析求解α本征值的k-α迭代方法，指出迭代法中参数的选择影响使用标准差的平均值估计出来的α误差.如果参数选取不当，实际估计误差可能和真实估计误差相差很大.MCNP4C程序中使用的参数给出的误差估计通常和真实估计误差有一定的偏差.本文给出一个新的参数选择办法，能够让实际估计误差几乎等于真实估计误差，并用数值实验进行验证.

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不对称垂直裂缝压力动态特征 姬安召, 王玉风, 张光生 2019, 36(1): 47-52.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7781 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3782KB) ( )   针对压裂过程中出现的不对称垂直裂缝问题，基于渗流力学原理，根据点源函数和Green函数基本理论建立三种不同外边界条件下不对称有限导流垂直裂缝试井解释数学模型.采用Laplace积分变换和Stehfest数值反演获得典型特征曲线.研究表明：典型特征曲线分为四个流动阶段，井储阶段、压力导数曲线斜率为1/4的双线性流阶段、压力导数曲线斜率为1/2的线性流阶段及0.5水平线的径向流阶段；不对称因子主要影响双线性流阶段结束的时间，不对称因子越大，双线性流阶段结束的越早；裂缝的导流能力越大，不对称因子对特征曲线的影响越不明显；不对称因子越大，裂缝流量分布越不对称.为不对称有限导流垂直裂缝的试井分析提供理论依据.

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基于有限差分法刚性圆柱体涡激振动响应特性数值研究 高云, 邹丽, 宗智 2019, 36(1): 53-59.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7815 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6047KB) ( )   基于尾流振子模型对刚性圆柱体涡激振动响应特性进行数值研究.建立圆柱体结构振子及尾流振子之间的耦合方程，基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解.对不同质量比及不同阻尼比圆柱体涡激振动响应的无量纲位移、无量纲升力、频率比及锁定区间等参数进行分析.结果表明数值方法可以很好地模拟刚性圆柱体的涡激振动响应特性.随着质量比的增加，锁定开始点逐渐延后，锁定结束点逐渐提前，锁定区间宽度逐渐变窄.

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热质双扩散与流固共轭传热及吸附的LBM模拟 罗祝清, 娄钦, 徐洪涛, 杨茉 2019, 36(1): 60-68.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7790 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(32120KB) ( )   采用格子Boltzmann方法，基于孔隙尺度，对填有均匀介质的复合方腔顶盖驱动双扩散混合对流及流固共轭传热、吸附进行数值模拟.在孔隙率ε=0.79，普朗特数Pr=0.7，格拉晓夫数Gr=104和路易斯数Le=1.0时，就不同浮升力比（-100≤Br≤100）和吸附率常数（0.001≤k1≤0.005）对方腔内部热质传输的影响进行比较.给出流线、等温线、等浓度线、平均努赛尔数Nuav、舍伍德数Shav和吸附量等.结果表明Br通过改变介质所处流场的浓度分布影响吸附，而k1的增加显著地提高吸附效率和吸附能力.

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采用三层保护策略的强制进化随机游走算法同步综合换热网络 李剑, 崔国民, 陈家星, 肖媛 2019, 36(1): 69-79.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7814 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5292KB) ( )   强制进化随机游走算法（RWCE）同步综合换热网络时，存在个体最优解的进化路径被接受差解打乱而不接受差解又很难跳出局部最优的问题.提出一种采用三层保护策略的RWCE算法，将种群中个体分为三层，底层采用基本RWCE进行优化，以保护个体的全局搜索能力；中层读取底层各个体的历史最优解，并采用带微调功能的RWCE进行优化，以保护各个体最优解的进化路径不被打乱；顶层所有个体以中层最优个体的解为初始点，采用带自动精细搜索功能的RWCE进行优化，以保证最优个体得到充分的搜索；最后将顶层搜索到的结果传递给底层对应个体.实例表明，算法在允许接受差解的同时保护了个体最优解的进化路径，并实现了全局搜索能力与局部搜索能力的兼顾.

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简单金属固液界面固化过程生长机制的分子动力学研究 张海燕, 殷新春 2019, 36(1): 80-88.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7779 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4352KB) ( )   采用分子动力学方法，研究两种简单金属Ni、Al固液界面的动力学过程.结果表明：两种金属表现出相同的特征，即界面温度存在某个特征值（T*），生长速度在这个特征温度附近达到最大值.高于这个温度时，随着过冷温度（熔点温度与界面温度差）的增加生长速度单调增加，低于这个温度时，Ni的生长速度几乎不变，而Al的生长速度随过冷温度的增加而快速减小到零.在此基础上，基于高温BGJ碰撞约束模型和低温W-F扩散模型分析界面的生长机制，发现在小过冷温区和深过冷温区存在碰撞机制和扩散机制的渐变过程，不同温区二者所起的主导作用不同，生长机制的转变是T*存在的原因.

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多元可激发气体声弛豫频率的环境影响分析 张克声, 张向群, 邵芳, 唐文勇 2019, 36(1): 89-98.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7791 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4851KB) ( )   推导多元可激发气体中声弛豫频率和环境温度、压强的解析关系.理论分析和仿真计算表明：声弛豫频率线性反比于主弛豫过程的弛豫时间，正比于主弛豫过程的振动耦合热容，反比于外自由度热容；温度升高导致振动耦合热容增加、内外自由度能量转移速率增大引起弛豫时间减少，进而造成声弛豫频率正比于环境温度；压强增加使得分子碰撞速率增加引起弛豫时间减少，进而使得声弛豫频率线性正比于环境压强.

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掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性 马瑞, 张华林 2019, 36(1): 99-105.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7803 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10443KB) ( )   采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，系统研究掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性.掺杂使扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）的带隙增大，不同位置掺杂AGNRs的带隙大小略有差异.在无磁性态，无论是否掺杂，锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）都为金属.在铁磁态，掺杂使ZGNRs由金属转变为半导体.而处于反铁磁态时，无论是否掺杂，ZGNRs都为半导体，掺杂使其带隙发生改变.掺杂的AGNRs和ZGNRs的结构稳定，掺杂ZGNRs的基态为反铁磁态.掺杂菱形BN片可以有效调控GNRs的电子特性.

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POX(X=1,2)的光谱常数与从头算势能曲线 韩晓琴, 肖夏杰 2019, 36(1): 106-112.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7797 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4398KB) ( )   采用从头算的多种方法对PO、PO2自由基的基态结构进行优化计算，结果表明：使用密度泛函（DFT）方法计算的结果最接近实验值.对PO双原子分子优选6-311G（3df）基组进行计算、扫描并拟合.对PO2三原子分子优选出6-311+G（3df）方法计算结构参数、谐振频率、离解能及力常数，借助多体项展式理论导出PO2自由基的势能函数并绘制等值势能图.发现：PO2自由基的对称伸缩振动和旋转势能图中，在O+PO→OPO反应通道上都有鞍点出现，O原子需要越过0.55 eV的能量才能生成稳定的PO2自由基.要形成PO2自由基只能通过两等价的通道越过势垒才能形成.

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求解带有锥形交叉区域薛定谔方程的改进界面跃迁格式 李新春 2019, 36(1): 113-126.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7773 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3562KB) ( )   改进一种欧拉框架下的界面跃迁格式.原格式是为求解带有多个能级，不同能级之间存在锥形交叉区域的薛定谔方程提出的.石墨烯中的电子输运与上述过程相似.Kammerer等人提出带有跳跃算子的数值格式能够更好地保持石墨烯中电子输运的能量守恒.引入这种跳跃算子可以改进原有的界面跃迁格式.改进格式的数值结果取得了预期的效果.