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2019年, 第36卷, 第5期
刊出日期：2019-09-25 上一期    下一期

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一种基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的单元中心型Lagrange方法 李诗尧, 于明 2019, 36(5): 505-516.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7913 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10553KB) ( )   提出一种数值模拟凝聚炸药爆轰问题的单元中心型Lagrange方法.利用有限体积离散爆轰反应流动方程组，基于双曲型偏微分方程组的特征理论获得离散网格节点的速度与压力，获得的网格节点速度与压力用于更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量.以这种方式获得的网格节点解是一种"真正多维"的理论解，是一维Godunov格式在二维Riemann问题的推广.有限体积离散得到的爆轰反应流动的半离散系统使用一种显-隐Runge-Kutta格式来离散求解：显式格式处理对流项，隐式格式处理化学反应刚性源项.算例表明，提出的单元中心型Lagrange方法能够较好地模拟凝聚炸药的爆轰反应流动.

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求解含有高阶导数偏微分方程的局部间断Petrov-Galerkin方法 赵国忠, 蔚喜军, 郭虹平, 董自明 2019, 36(5): 517-532.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7919 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10257KB) ( )   构造一类求解三种类型偏微分方程的间断Petrov-Galerkin方法.求解的方程分别含有二阶、三阶和四阶偏导数，包括Burgers型方程、KdV型方程和双调和型方程.首先将高阶微分方程转化成为与之等价的一阶微分方程组，再将求解双曲守恒律的间断Petrov-Galerkin方法用于求解微分方程组.该方法具有四阶精度且具有间断Petrov-Galerkin方法的优点.数值实验表明该方法可以达到最优收敛阶而且可以模拟复杂波形相互作用，如孤立子的传播及相互碰撞等.

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圆筒内氢等离子体非定常化学反应羽流场DSMC分析 苏永元, 李洁, 范正磊 2019, 36(5): 533-541.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7891 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11238KB) ( )   利用直接模拟Monte Carlo方法研究圆筒侧壁注入氢等离子体羽流场在8×10-6s内的非定常流动特性.根据Bird的化学反应模型考虑离解-复合反应模型和电荷转移反应模型.在流场中注入H2、H、金属原子X、H2+和H+五种组分，研究离解-复合反应对流场中粒子分布和密度的影响，结果表明离解-复合反应使H2数密度降低，H数密度增加，说明在流场中H2的离解反应速率大于H的复合反应速率.加入电荷转移反应后H2+数密度降低，H+数密度增加，对其他组分数密度没有显著影响.

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滑移边界对二维Rayleigh-Bénard热对流流态和传热特性的影响 何鹏, 包芸 2019, 36(5): 542-550.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7923 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7093KB) ( )   采用并行直接数值模拟（PDM-DNS）计算无滑移和滑移边界二维Rayleigh-Bénard热对流.与无滑移边界形成的随机羽流运动的湍流热对流不同，滑移边界热对流最终形成湍流特征消失，且温度仅分布于四壁的一个大尺度环流的流动形态.平均场近底板的温度分布特性，无滑移边界逐渐变化而滑移边界出现过冲现象.宽高比Γ=1时，Nusselt数（Nu）随Rayleigh数（Ra）的变化具有相同标度指数，Nu~Ra0.3.滑移边界热对流具有传热增强作用.滑移边界热对流Nu随Γ变化明显，并分为两个阶段，在Γ=0.5时出现Numax≈250，是无滑移边界热流Nu的5倍.

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气体动理学格式模拟多孔介质流动的可行性 曾伟, 陈松泽, 郭照立 2019, 36(5): 551-558.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7922 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9037KB) ( )   将气体动理学格式（GKS）拓展到模拟多孔介质内的低速渗流，并检验在孔隙尺度上模拟不可压缩低速流动的可行性与有效性.结果表明：GKS具有二阶空间精度，能够较精确地计算多孔介质的渗透率；相比于单松弛格子玻尔兹曼方法，GKS能够精确实现壁面无滑移边界条件，从而正确反映渗透率与黏性无关的特性；对于Berea砂岩切片结构中的复杂流动，模拟结果与实验吻合较好，能较精确地计算渗透率.给出GKS模拟达西渗流的马赫数选取准则，为研究多孔介质流动提供新的工具.

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分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井瞬态压力特征 丁明才, 吴明录, 李轩, 姚军 2019, 36(5): 559-568.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7929 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11349KB) ( )   基于分形理论和连续性假设，考虑页岩气吸附解吸、基质-裂缝窜流等机制，建立分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井试井解释模型，并通过拉氏变换、点源函数及压降叠加原理等方法得到模型的解.绘制无因次压力随时间变化的双对数曲线，研究分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井的压力特征，分析分形指数、分形维数等参数对压力动态的影响.结果表明：分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井的压力动态可划分为7个流动阶段；分形指数越大或分形维数越小，晚期径向流直线段的斜率越大；其它参数对水平井的压力动态也有一定的影响.

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土壤表面与部分埋藏多目标复合散射的时域有限差分方法 任新成, 朱小敏, 郭立新 2019, 36(5): 569-576.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7920 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4433KB) ( )   采用Dobson半经验模型和电介质复介电常数表示土壤介电常数的实部和虚部，用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟土壤表面，运用时域有限差分方法研究土壤表面与部分埋藏多个矩形截面混凝土柱复合模型的电磁散射.结果表明：复合散射系数随散射角振荡变化；土壤表面高度起伏均方根、土壤含水率、目标介电常数、入射角对复合散射系数影响较大；土壤表面相关长度、目标截面宽度、高度、间距、倾角对复合散射系数影响较小；目标埋藏深度对复合散射系数几乎没有影响.与其他数值计算方法比较，采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性，又可减少计算时间和内存占用量.可以用来计算地、海粗糙面与附近任意多目标的复合散射.

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基于多算法优化SVM的粗糙面参数反演 王黎翔, 王安琪, 黄志祥 2019, 36(5): 577-585.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7900 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3519KB) ( )   支持向量机（SVM）是粗糙面参数反演中常用的一种反演算法，SVM反演中的惩罚参数C和核函数参数G对反演结果精度的影响较大，若参数取值不当，会使模型产生"过学习"或者"欠学习"的现象，从而降低预测精度.给出几种SVM参数C和参数G的优化算法，如K折交叉验证（K-CV）、遗传算法（GA）和粒子群算法（PSO），并在此基础上提出一种基于K-CV和GA改进的PSO算法（GA-CV-PSO）.利用矩量法（MoM）获得的粗糙面后向散射系数构造训练集和测试集，通过不同参数反演的仿真结果对比不同优化算法的反演精度和计算时间，表明GA-CV-PSO算法克服了单一优化算法的缺陷，具有更精确的反演精度和更强的泛化能力.

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计及级联内缺陷空间关联的团簇动力学模拟 唐攀飞, 郑淇蓉, 李敬文, 魏留明, 张传国, 李永钢, 曾雉 2019, 36(5): 586-594.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7904 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3801KB) ( )   团簇动力学（CD）是一种快速模拟材料辐照损伤长时间动力学演化方法.基于平均场速率理论的CD不考虑级联内的缺陷空间关联效应.而实体动力学蒙特卡罗（OKMC）模型虽然考虑空间关联效应，但受到时间尺度和辐照剂量的限制.将模拟粒子初级辐照级联缺陷分布的Monte Carlo模型（IM3D）与OKMC基于常数时间退火方法进行耦合，有效计及级联内的缺陷空间关联性，作为CD模型的有效辐照产生项，建立计及空间关联效应的团簇动力学模型（CD-SC）.结果表明：CD-SC模拟的辐照损伤结果与长时间OKMC结果吻合.有助于提高典型辐照条件下核材料长时间辐照损伤的多尺度模型的准确度和效率.

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金属纤维烧结过程的分数阶模型 郑洲顺, 刘振, 耿婷婷, 吴晓新, 汤慧萍, 王建忠 2019, 36(5): 595-602.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7910 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9965KB) ( )   基于金属纤维烧结结点的几何模型，运用Caputo分数阶微分方程，建立时间分数阶表面扩散模型，使用有限差分法求数值解，实现金属纤维烧结过程的数值模拟.对不同的阶数进行模拟，得到0~1阶烧结过程数值结果及颈长变化规律；在阶数为0.9阶时，模拟初始夹角为0°、30°、60°、90°时的烧结过程.结果表明：阶数等于1时的结果与整数阶扩散模型一致；烧结的初始阶段，整数阶与分数阶模拟的颈半径迅速生长，随着烧结的进行，分数阶模拟的烧结颈长出现局部波动，最后以大于整数阶的增长速率增长；阶数固定时，初始夹角越小，增长速率越大.分数阶表面扩散模型比整数阶表面扩散模型能更好地描述纤维烧结过程中烧结结点的复杂变化.

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二维二元碳化硅纳米结构的等离激元激发 尹海峰, 曾春花, 陈文经 2019, 36(5): 603-609.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7905 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8623KB) ( )   基于含时密度泛函理论，研究两种构型的二维二元碳化硅（SiC）纳米结构的等离激元激发.SiC纳米结构有两个等离激元共振带.由于键长的改变，相对于硅烯纳米结构和石墨烯纳米结构，SiC纳米结构的两个等离激元共振带分别发生蓝移和红移.一种SiC纳米结构的等离激元共振激发依赖于边界的构型和纳米结构形貌；另一种SiC纳米结构的等离激元共振激发对于边界构型和纳米结构形貌的依赖性降低.沿不同方向激发时，等离激元共振特性基本相同.

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应用固定投资费用松弛策略的换热网络优化 邓炜栋, 崔国民, 朱玉双 2019, 36(5): 610-620.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7902 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8407KB) ( )   启发式算法优化有固定投资费用的换热网络时，由于存在整型变量而造成结构进化困难，提出固定投资费用松弛策略.对固定投资费用进行松弛处理实现对数学模型的简化，当换热器换热量很小时固定投资费用几乎为零，随着换热量的增大，固定投资费用以一定斜率逐步增大最终等于实际值.通过松弛强度系数控制变化斜率，在保证优化结果可靠性的基础上引导存在结构进化障碍的换热器生成或消去.对文献中两个算例的优化结果进行分析，考察不同松弛强度下对换热器生成、消去的作用.提出基于固定投资费用松弛策略的强制进化随机游走算法，并应用于换热网络实例.

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基于混合群智能优化算法的混沌系统参数估计 石建平, 李培生, 刘国平 2019, 36(5): 621-630.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7909 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5809KB) ( )   混沌系统的未知系统参数估计是实现混沌控制和同步的首要问题，通过构造一个合理的适应度函数，可将其转化为一个多维搜索空间的优化问题.提出一种融合改进骨干粒子群算法与改进差分进化算法的混合群智能优化方法来解决上述优化问题.对骨干粒子群算法中的粒子位置更新机制以及差分进化算法中的变异操作、交叉操作、交叉概率因子的设计等进行改进，有效兼顾了种群的多样性与算法的收敛性.在此基础上，讨论骨干粒子群优化算法与差分进化的融合优化策略，实现两个算法的协同进化，进一步提高算法的综合优化性能.用6个基准测试函数以及Lorenz混沌系统为例进行仿真实验，结果表明该方法具有全局寻优能力强、收敛速度快、搜索精度高、稳健性好等优点.