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2019年, 第36卷, 第3期
刊出日期：2019-05-25 上一期    下一期

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量子分子动力学模拟液体钚的输运性质 王帅创, 张弓木, 孙博, 宋海峰, 田明锋, 方俊, 刘海风 2019, 36(3): 253-258.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7852 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3036KB) ( )   采用第一原理分子动力学（QMD）方法模拟液体钚的输运性质.计算的粘性和扩散系数在较低温度时与文献有明显差异，在实验测量范围内，模拟结果与实验一致，温度升高时数值模拟结果趋于一致.利用QMD的模拟结果计算了应力自相关函数和速度自相关函数，结果表明：在温度较低时，液体钚呈现明显的强关联特性.对于具有强关联特性的液体，利用较短时间的QMD模拟结果，通过简单e指数拟合外推到t→∞得到的扩散系数和粘性具有较大偏差，这是造成本文模拟结果与文献结果出现差异的主要原因.通过增加QMD模拟时间步数，获得了更为准确的输运性质.

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模拟退火算法在化学自由能模型中的应用 李琼, 刘海风, 张弓木, 张其黎 2019, 36(3): 259-264.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7853 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3984KB) ( )   对化学自由能模型进行系统性的研究，着重分析化学反应动态平衡条件下粒子组分的求解方案，提出应用模拟退火算法寻找自由能密度函数极小值点的求解方案.该方案同时解决了两个难题：1）在一级相变区化学势平衡方程组可能遇到多个解而无法甄别其物理意义.通过模拟退火算法定位到自由能密度函数曲面的最低点，因而可从多个解中甄别出稳定的热力学平衡态.2）模拟退火算法用随机的"热涨落"消除初值敏感性，因而可采用同一套初值计算不同的温度密度点，为实现宽区域上大量温度密度点的连续快速计算奠定基础.作为该平衡态求解方案的应用，计算氦流体在"等离子相变"区的物态方程，揭示了丰富的"等离子相变"现象，并与第一性原理计算揭示的氢流体"液液相变"现象进行类比.

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ISSDE:基于第一性原理随机微分方程的碰撞等离子体隐式模拟 郑艺峰, 王雨雷, 刘健, 秦宏 2019, 36(3): 265-279.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7843 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12500KB) ( )   开发一种适用于求解含库仑碰撞等离子体随机微分方程（SDE）的第一性原理隐式模拟程序——Implicit Stratonovich Stochastic Differential Equations （ISSDE）.该程序基于Fokker-Planck （FP）方程与Stratonovich SDE的等价性理论，通过精确求解Stratonovich SDE达到对FP方程的高效第一性原理计算的目标.ISSDE采用隐式格式保证求解的数值稳定性，同时可以保证粒子碰撞过程的能量守恒.ISSDE基于C++语言开发，具有标准接口和灵活的可扩展模组.通过模拟电子束在非磁化和磁化致密等离子体中的慢化过程验证ISSDE的正确性，并展示该程序在碰撞等离子体模拟中的应用.

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含Laplace-Gauss型混合噪声图像二阶正则化重建方法 孔令海, 孔令波, 许海波, 贾清刚 2019, 36(3): 280-290.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7831 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5280KB) ( )   假设观测数据含Laplace-Gauss型混合噪声条件下，提出求解数据重建反问题的一种新型一阶二阶混合正则化模型，阐述该模型在断层重建和流体动力学实验定量诊断中的应用.建模过程采用贝叶斯推断理论和期望极大方法，将空间自适应函数引入经典的增广拉格朗日方法得到模型数值算法.所提出的模型及其算法进行图像复原和客体重建实验.结果表明模型算法的可靠性.

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基于有限体积虚拟区域方法的两相流动直接模拟 张珑慧, 由长福 2019, 36(3): 291-297.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7849 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3346KB) ( )   为提高计算效率，提出有限体积法离散下的虚拟区域颗粒两相流动直接模拟方法.在控制方程中加入相应的虚拟区域源项，保证了颗粒内部的刚体运动特性.该源项中含有颗粒信息部分及流体信息部分.在每次迭代后，对源项中的流体信息部分进行更新，从而更好地保证颗粒内速度的刚体分布.计算静止颗粒圆柱绕流及单个颗粒的沉降过程，验证了算法的准确性.

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介观非均匀双相介质中局域流对弹性波传播的影响 石建成, 郑佩, 高哲 2019, 36(3): 298-304.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7847 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2062KB) ( )   针对弹性波衰减与速度频散问题，基于Pride和Berryman的介观非均匀双重孔隙介质理论模型，推导一组用位移表示，另一组用位移及孔压表示的全新形式的耦合动力学方程组，并基于双孔介质模型，推导出弹性波的相速度与逆品质因子的解析式，重点讨论介观尺度下的局域流动对弹性波传播特性的影响.数值算例表明：快波的速度随着频率的增加而迅速增加，且介观流动损失比Biot损失至少高一个数量级；同时局域流对慢波也有着不同程度的影响.证实了局域流是波能损失和相速度频散的主要因素.

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大规模宽频弹性动力学分析的快速定向压缩边界元法 曹衍闯, 校金友, 文立华, 王政 2019, 36(3): 305-316.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7866 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13227KB) ( )   发展一种大规模宽频弹性动力学分析的快速定向压缩边界元法.证明弹性动力学核函数具有定向低秩特性，为采用快速定向压缩算法提供理论基础.根据S波的波数，将节点之间的相互作用划分为低频相互作用和高频相互作用，并将后者进一步划分为与多个楔形区.在楔形区上，可以采用核函数的定向低秩特性进行快速计算.低频相互作用与核无关快速多极边界元法中计算方法相同，不同方向楔形区上的变换矩阵可以采用坐标系旋转的方法进行快速计算.可对任意频率进行快速谐响应分析.数值算例表明：该方法可以将宽频弹性动力学问题计算复杂度降低到O（N logαN）.与卷积求积边界元法相结合，也可以应用于弹性动力学瞬态分析.

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全堆芯Pin by Pin中子扩散节块法CMFD加速 李志勇 2019, 36(3): 317-322.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7867 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2271KB) ( )   采用节块方法中有效的半解析方法求解中子扩散方程，在径向采用pin by pin的计算方式且中子通量基于两阶展开，在轴向采用基于4阶展开中子通量的节块法，并且进行全堆粗网有限差分（CMFD）加速，以达到计算精度与计算效率的平衡.通过IAEA 2D/3D基准问题和自定义3D pin by pin参考问题的数值计算，验证所提出的方法能够达到预期的精度，同时CMFD能够取得很好的加速效果.

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基于改进格子Boltzmann焓法模型的霜层生长数值研究 崔静, 杨霆浩, 杨帆, 李虎林, 杨广峰 2019, 36(3): 323-334.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7856 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(15284KB) ( )   采用介观尺度格子Boltzmann方法数值研究壁面的表面特性对霜层生长的影响.将成核概率模型和改进的焓法相变模型相耦合，建立基于成核概率理论的霜层生长过程格子Boltzmann模型.该模型能够在宏观尺度上模拟霜层生长的加密加厚过程，也可以从微观尺度上描述局部的冰枝生长导致的霜层结构的动态变化，应用该模型能够获得霜层平均厚度、平均密度、结霜量等内部非稳态物理量.开展冷壁面上霜层形成及生长过程的数值研究，获得霜层的拓扑结构时空演化特性，得到不同时刻下结霜量以及霜层的平均厚度、平均密度、平均固相体积分数，探讨冷壁面温度、相对湿度、冷表面浸润性能对结霜的影响.

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磁性纳米颗粒系统偶极相互作用的Monte Carlo研究 莫康信, 苏佳佳 2019, 36(3): 335-341.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7845 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3939KB) ( )   采用局域Monte Carlo方法模拟不同易轴分布的简单立方排列单分散单畴Fe纳米颗粒系统的ZFC-FC曲线及磁滞回线.结果表明：随着偶极相互作用的增强，系统的阻塞温度TB逐渐增大，且ZFC曲线的峰变宽.说明偶极相互作用使得系统的有效能垒提高，分布宽度增加.研究FC曲线磁化强度的倒数与温度关系，发现偶极相互作用系统中存在反铁磁有序.系统的阻塞态及超顺磁态的磁滞回线表明，极低低温下，随着偶极相互作用的增强，系统的矫顽力和剩磁减小，偶极相互作用阻碍系统的磁化；系统处于超顺磁态，各向异性作用及偶极相互作用使得系统的磁化曲线偏离Langevin曲线且偶极相互作用展现出退磁相互作用效应.偶极相互作用增强，系统磁化曲线与Langevin曲线偏差量的最大值向低场移动.在偶极相互作用下，易轴与外场夹角为45°的磁性纳米颗粒系统的平均有效能垒和有效能垒分布宽度较易轴随机分布系统的大.

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镍晶格中的晶格格林函数 刘凤华, 刘晚果, 李微 2019, 36(3): 342-348.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7879 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1580KB) ( )   在含缺陷体系的模拟中，格林函数作为一种重要的多尺度耦合方法，可以将缺陷产生的局域应变场和长程应力场耦合起来.在镍基高温合金蠕变的初期阶段，位错主要分布在基体相中，通过格林函数的多尺度桥接模式，可得到基体相中位错芯的平衡构型，为位错-杂质复合体间相互作用提供计算基础.基于晶格动力学理论和声子谱计算中的力常数矩阵，通过第一布里渊区特殊k点取样以及傅里叶变换，计算完整镍晶格中晶格格林函数，可用于镍基材料的多尺度模拟计算.

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离散电阻加载的大型垂直极化EMP辐射波模拟器的并行FDTD模拟 朱湘琴, 陈再高, 吴伟, 马良, 程引会, 贾伟 2019, 36(3): 349-356.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7846 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(15489KB) ( )   将电阻设置为跨网格有耗介质，进行离散电阻加载的大型垂直极化电磁脉冲（EMP）辐射波模拟器时域场的并行FDTD模拟.给出不同离散电阻加载方式下模拟器辐射场的时域波形，分析离散电阻加载对模拟器辐射场的影响，并给出离散电阻加载的模拟器有圆筒效应物时的时域波形.结果表明：电阻加载能有效减小模拟器顶端的电流反射，从而改善辐射场的时域波形，但电阻加载也可能会导致模拟器辐射性能的降低；当效应物开孔所在的侧面靠近模拟器且与模拟器极化方向平行时耦合进入圆筒内的电磁波能量较多.计算方法具有通用性，可用于进行离散电阻加载的其它大型垂直极化EMP辐射波模拟器时域场的模拟，包括导电地面存在且有效应物存在时的时域耦合场的模拟.

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双层开口环的圆二色性数值研究 温小静, 屈瑜, 陈城钊 2019, 36(3): 357-362.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7870 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7210KB) ( )   基于琼斯矩阵的推导提出一种金属手性纳米结构-双层开口环阵列结构，其开口方向扭转一定角度以破坏对称性，并应用有限元方法研究圆二色性（CD）特性.研究表明：在左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的激发下，该结构表现出巨大差异使得CD产生，其CD值达到0.34.结构的电流分布表明，在短波长处，上下层圆环的等效偶极子耦合可形成反键模式，在长波长处，上下层圆环的等效偶极子耦合可形成成键模式，研究结构参数对CD的影响.理解圆二色的物理机制，并提供一种设计手性结构的方法.

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甲醛分子在羟基化TiO2-B(100)面吸附的第一性原理研究 刘华忠, 罗春霞 2019, 36(3): 363-378.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7841 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(21111KB) ( )   利用第一性原理研究TiO2-B表面上甲醛分子（HCHO）与氧桥位羟基（BH）、钛顶位羟基（TH）共吸附时羟基基团对HCHO分子吸附的影响.结果表明：这两种羟基的存在对HCHO在清洁和羟化表面形成多种化学吸附构型产生不同影响.与HCHO分子共吸附时，氧桥位羟基弱化HCHO的吸附；而钛顶位羟基强化HCHO的吸附，且在不同面积超胞上均能显著强化其吸附.利用电子结构分析不同吸附的内在机制，为理解HCHO分子与TiO2基材料表面的相互作用提供新的视角.