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2019年, 第36卷, 第6期
刊出日期：2019-11-25 上一期    下一期

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微细颗粒碰撞作用规律的数值模拟 孙少伟, 邓小良, 赵美成, 李鹏, 徐锐, 余国锋, 陈本良, 任波, 江丙友, 卢薇, 齐福刚, 祝文军, 曹良志, 欧阳晓平, 袁亮 2019, 36(6): 631-640.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8103 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7402KB) ( )   通过实验和数值模拟方法，对微细颗粒（直径小于100 μm）碰撞规律进行研究.首先采用离散元模拟，基于改进的硬球模型，探索在流场作用下，微细颗粒的初始速度、表面能、尺寸、质量浓度和风速对微细颗粒之间的结合性碰撞及非结合性碰撞的影响，同时考虑微细颗粒团聚及沉降的物理运移过程，得出不同初始条件下微细颗粒碰撞频率的演化规律.最后进行物理实验，发现模拟得到的碰撞频率与实验得到的微细颗粒自沉降特征相一致.

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湍流热对流DNS多分辨率并行直接求解方法 包芸, 何建超, 方明卫 2019, 36(6): 641-647.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7974 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4637KB) ( )   依据温度标量场与动量计算的空间和时间计算分辨率不同的特点，采用两套网格，建立多分辨率双网格并行直接求解方法，用以解决极高Ra数湍流热对流DNS模拟巨大计算工作量的难题.在两套网格的数据交换上，根据每个细网格都满足连续方程，设计了速度的守恒平移插值方法.二维极高Ra数湍流热对流的计算结果表明，采用多分辨率双网格并行直接求解方法的DNS计算，可以使计算工作量降低近一个量级.瞬时温度场显示，双网格方法的计算结果可以很好地描述极高Ra数下快速运动的小尺寸漩涡团状羽流，得到的结果与原网格一致，不同方法计算得到的传热Nu数误差不超过1%.

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多孔介质中非等温互溶流体驱替过程的格子Boltzmann研究 居隆, 张春华, 陈松泽, 郭照立 2019, 36(6): 648-658.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7963 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(17718KB) ( )   利用格子Boltzmann方法，在孔隙尺度上对多孔介质内非等温混溶驱替过程进行数值研究，定量分析温度粘性膨胀系数（βT）以及路易斯数（Le）对界面不稳定性和驱替效率的影响.结果表明：随着βT的增大，界面不稳定性增强，驱替效率降低.当βT>0时，随着Le的增大，界面不稳定性减弱，驱替流体与被驱替流体之间的界面趋于平缓，指尖残余率减小，驱替效率增大.当βT<0时，Le对于驱替效率的影响相反.

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过热液体中蒸汽泡上升过程的格子Boltzmann三维数值模拟 孙涛, 刘志斌, 范伟, 秦海杰 2019, 36(6): 659-664.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7925 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11594KB) ( )   应用格子Boltzmann相变模型，在三维空间研究蒸汽泡在过热液体中生长、上升和变形等动力学行为.为研究传热传质对蒸汽泡运动的影响，对比模拟相同条件下气泡在等温环境中上升的物理过程.结果表明：蒸汽泡在过热液体中上升发生的变形程度较小，意味着相变对蒸汽泡的影响和表面张力一样使汽泡保持初始的形状.蒸汽泡在过热液体中的上升速度较小，说明随着汽泡生长拖拽力的影响比浮力大.蒸汽泡生长率在初始阶段达到最大值，随后会趋于一个恒定的值.随着汽泡体积增大和上升速度的增加，其对流场的扰动也越来越剧烈.蒸汽泡生长和上升引起的对流运动对温度场的演化造成很大的影响.

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裂缝性介质多尺度深度学习模型 张庆福, 姚军, 黄朝琴, 李阳, 王月英 2019, 36(6): 665-672.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7962 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10318KB) ( )   结合人工神经网络建立裂缝介质多尺度深度学习流动模型.基于一套粗网格和一套细网格，通过在粗网格上训练数据，多尺度神经网络能够以较少的自由度训练出准确的神经网络.并在粗网格上通过求解局部流动问题获得多尺度基函数，结合神经网络进一步得到精细网格的解.基于离散裂缝的流动方程可视为多层网络，网络层数依赖于求解时间步数.阐述裂缝介质多尺度机器学习数值计算格式的建立，介绍如何使用多尺度算法构建离散裂缝模型的多尺度基函数，并采用超样本技术进一步提高计算准确性.数值结果表明，多尺度有限元算法与机器学习结合是一种有效的流体流动模拟算法.

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多角度动态光散射加权贝叶斯反演算法 刘玲, 陈淼, 邱健, 彭力, 骆开庆, 韩鹏 2019, 36(6): 673-681.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7954 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12350KB) ( )   研究加权贝叶斯算法在多角度动态光散射法测量单峰分布颗粒体系的颗粒粒度分布中的应用.采用颗粒粒度信息分布为底数、调节参数为指数的权重系数给各个角度下的光强自相关函数曲线加入不同的权重系数，再利用传统的贝叶斯算法反演.模拟与实验结果表明，加权后的贝叶斯算法能获得分布误差更小的反演结果，有效地抑制了数据噪声的影响，提高颗粒粒度分布反演的准确性.

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磁化尘埃等离子体中的冲击波及其横向扰动稳定性 庞军刚, 宋琳, 唐娜, 杨雪滢, 李晓霖, 席忠红, 石玉仁 2019, 36(6): 682-690.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7941 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7819KB) ( )   利用双曲函数法得到ZKB方程的一组冲击波解，并对波在横向扰动下的动力学稳定性进行研究.对冲击波解进行线性稳定性分析，并构造高精度的有限差分格式求解所得本征值问题.结果表明：对于正耗散的情形，该冲击波在线性意义下稳定；对于负耗散情形，该冲击波在线性意义下不稳定.构造有限差分格式对受扰动的冲击波进行非线性动力学演化，结果表明：对于正耗散的情况，该冲击波是稳定的.

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大型水平极化电磁脉冲有界波模拟器的并行模拟分析 朱湘琴, 吴伟, 张国伟, 蔡利兵 2019, 36(6): 691-698.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7939 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13052KB) ( )   采用将大地设置为均匀有耗介质，并用单轴完全匹配层（UPML）吸收边界截断的方式，对离散电阻加载的地面上方大型水平极化电磁脉冲（EMP）有界波模拟器的时域辐射场进行并行时域有限差分模拟.给出大地电导率和相对介电常数及模拟器圆锥的锥半径不同时模拟器辐射场的时域波形，分析三者对辐射场的影响，并给出模拟器内有10 m长的效应物时耦合场的时域波形.并行模拟时，计算网格总数达18亿.研究表明：大地相对介电常数和电导率越大，近地面测点接收到的地面反射作用越大；测点场的峰值受锥半径的影响最大，且随着锥半径的增大，同一水平面内的场也越不均匀；对地面上方1 m处的几个测点，其脉冲峰值及半高宽受地面反射及地面损耗的影响较大，而地面上方5 m处的几个测点则受地面影响较小；当效应物开孔位置位于模拟器场泄露一侧时耦合进入圆筒内的电磁波能量较多.

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基于声弛豫频率的可激发气体压强合成算法 张克声, 张世功, 张向群, 周正达 2019, 36(6): 699-706.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7948 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2687KB) ( )   声弛豫频率是声吸收谱峰值点的频率，包含可激发气体成分、环境温度和压强信息.利用声弛豫频率线性正比气体压强的特性，提出一种通过两频点声吸收系数和声速测量值计算声弛豫频率，并通过查表方式合成气体压强的算法.算法的声弛豫频率测量误差具有随声测量值误差线性变换的特性，且当两频点的声吸收测量误差相等时，压强的合成误差为零.对于一定温度下的甲烷及其混合气体，仿真计算证明算法的有效性和声测量误差的稳健性.提供一种简单、稳健性好、可实时连续在线检测可激发气体腔体压强的声学方法.

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基于公用工程内置策略的换热网络优化 鲍中凯, 崔国民, 曹冲, 任杰, 李梦红 2019, 36(6): 707-718.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7957 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6517KB) ( )   传统换热网络分级超结构模型（SWS）只允许公用工程布置在流股末端，限制了网络结构的灵活发展.提出一种公用工程内置策略，允许公用工程布置在结构内部的各流股分支上.采用具有结构保护策略的强制进化随机游走算法（SP-RWCE）.并提出一种伪最优解生成策略，通过扩大长期未更新个体的年综合费用，促使有潜力的伪最优解产生并接受保护和开发.三个基准算例的优化结果均优于文献最优解，且均包含内部公用工程.表明改进SWS相比原SWS模型扩大了求解空间，改进SP-RWCE具有更强的搜索能力，验证了布置内部公用工程能有效减少换热面积.

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分布式发电系统感性负载的远程混沌同步 钟国翔, 韦笃取, 张波 2019, 36(6): 719-725.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7931 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6135KB) ( )   对含有大规模感性负载分布式发电系统（DG）的远程同步进行研究.以风力发电机作为DG发电节点，以永磁同步电机作为实际感性负载，建立一个具有网络耦合作用的DG数学模型，分析不同拓扑网络结构（包括星型、多层网络结构型、随机网络结构型、实际电网IEEE39系统）DG系统感性负载的远程同步特性，进行数值仿真.研究表明：感性负载通过发电机组的中继作用可实现远程混沌同步.研究结果对保证分布式发电系统的同步稳定运行具有意义.

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基于平滑因子和勒让德多项式展开的月坑地形模型 钟振, 张腾, 雷良建 2019, 36(6): 726-732.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7946 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5912KB) ( )   提出引入平滑因子的月坑模型，使其接近月坑真实的碗状模型，以利于吉布斯现象的抑制.考虑月坑旋转体模型的对称性，仅对模型剖面进行建模，使用勒让德多项式进行展开，可有效地简化运算.结果表明：平滑因子的引入使得月坑理论模型的边界更加平滑，有效地避免了吉布斯现象中杂波的产生.对勒让德展开系数求解的两类方法REC和ASY进行比较分析，发现基于渐近公式的ASY算法更加稳定，特别是超高阶展开系数的求解.研究可为月坑区域有效弹性厚度的估计提供参考.

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二维GeSe纳米片五族和七族原子掺杂的受主和施主杂质态 熊宗刚, 杜娟, 张现周 2019, 36(6): 733-741.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7961 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9373KB) ( )   采用第一性原理的计算方法研究GeSe纳米片结构掺杂V和VII族元素对其电子结构、形成能和跃迁能级的影响.结果表明：无论是掺杂V族还是VII族元素，体系的形成能均随杂质半径的增加而增加.V族元素掺杂体系的跃迁能级随杂质原子半径的增加而降低，而VII元素掺杂的体系却随杂质原子半径的增加而增加.其中，F、Cl、Br和I的掺杂为n型施主浅能级杂质，而N、P和As掺杂为p型受体深能级杂质.为相关的实验研究提供了理论参考.

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C掺杂Mn3Ge的电子结构和磁性 张雪颖, 冯琳 2019, 36(6): 742-748.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7968 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7791KB) ( )   采用第一性原理计算方法研究C掺杂对Mn3Ge的影响.对Mn3-xGeCx的晶体结构进行几何优化，发现C原子最稳定的掺杂位置在正八面体的中心位置.研究其电子结构和总磁矩随C掺杂量的变化，发现总磁矩随着C浓度的增加先减小后增大，其中Mn3GeC0.4总磁矩接近零，可以实现完全的磁性补偿.研究Mn3GeC0.4多层膜的磁性，给出总磁矩接近零的Mn3GeC0.4多层膜结构，为Mn3Ge的实际应用提供参考.

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碳气凝胶储氢性能的理论研究 任娟, 张宁超, 刘萍萍 2019, 36(6): 749-756.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7938 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(27611KB) ( )   采用基于Metropolis蒙特卡罗和Reverse蒙特卡罗的杂化逆向蒙特卡罗方法，构建碳气凝胶的微孔结构模型，根据碳气凝胶的介孔尺寸构建介孔模型.设计不同形状、不同孔径的介孔模型，使用巨正则蒙特卡罗方法详细模拟在298 K和77 K下的储氢量.结果显示，在77 K时，所设计的碳气凝胶的储氢量几乎是室温下的4倍.在77 K，100 bar时，储氢量最高可达到11.12 wt%和45.68 g·L-1.