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2020年, 第37卷, 第1期
刊出日期：2020-01-25 上一期    下一期

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一维含化学反应流体力学方程组的ALE间断有限元方法 戢美璇, 蔚喜军, 宋明阳 2020, 37(1): 1-9.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8005 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2433KB) ( )   研究一维含化学反应流体力学方程组的数值模拟方法.结合理想气体状态方程并利用HLLC解法器在各个单元边界处的数值通量，给出ALE间断有限元方法.高阶计算时，使用TVD斜率限制器对数值解可能产生的非物理振荡进行抑制.结果表明：该算法能够保持物理量的守恒性和高精度，并能够清晰地捕捉爆轰波的结构特征.

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非定常Navier-Stokes方程基于两重网格离散的有限元并行算法 丁琪, 尚月强 2020, 37(1): 10-18.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8000 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3081KB) ( )   基于两重网格离散和区域分解技巧，提出三种求解非定常Navier-Stokes方程的有限元并行算法.算法的基本思想是在每一时间迭代步，在粗网格上采用Oseen迭代法求解非线性问题，在细网格上分别并行求解Oseen、Newton、Stokes线性问题以校正粗网格解.对于空间变量采用有限元离散，时间变量采用向后Euler格式离散.数值实验验证了算法的有效性.

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Vlasov-Poisson方程半拉格朗日守恒算法 刘全, 倪国喜, 牛霄, 胡军 2020, 37(1): 19-25.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7945 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13125KB) ( )   利用三阶迎风插值多项式结合限制子方法，构造Vlasov-Poisson方程的半拉格朗日守恒型格式，可保持Vlasov-Poisson方程解的正性.计算朗道阻尼，双束不稳定性等典型问题，并与样条插值方法、UGKS方法进行比较，模拟结果表明半拉格朗日守恒性格式在Vlasov-Poisson方程求解中具有较高分辨率.

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标量波传播问题的双互易精细积分法 周枫林, 王炜佳, 廖海洋, 李光 2020, 37(1): 26-36.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8003 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4126KB) ( )   为避免使用计算多种特征频率下的声场响应，采用双互易方法将边界积分方程中时间二次导数项的域积分转化为边界积分.首先，将计算场点配置在边界上并考虑边界条件，可以获得由内部节点上声压量线性表示的边界节点上的物理量；其次，将计算场点配置于域内离散节点上，将所得边界积分方程组中关于边界物理量用内部节点的声压量线性表示，获得关于声压量的二阶常微分方程组；第三，引入声压变化速度作为未知量，将二阶常微分方程组转化为一阶常微分方程组；最后，采用精细积分法精确求解常微分方程组.数值算例验证了双互易精细积分法的正确性和稳定性.

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拐角空间中悬浮铝粉尘爆轰后效的三维数值模拟 岳军政, 董贺飞, 洪滔 2020, 37(1): 37-45.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8004 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13450KB) ( )   建立三维的铝粉-空气两相爆轰计算模型，采用时-空守恒元解元（CE/SE）方法求解，并开发了悬浮铝粉尘爆轰的三维数值模拟程序.基于消息传递接口（MPI）技术实现了程序的并行化设计.通过对激波管问题以及爆轰管中铝粉-空气两相爆轰实验的模拟验证程序的可靠性.对拐角空间中左侧浓度为368 g·m-3的铝粉-空气混合物两相爆轰及其在拐角空间右侧和下方空气域内形成的冲击波和温压效应开展数值模拟，获得复杂空间内爆轰波或冲击波的传播、反射以及绕射过程.结果表明：两相爆轰在离铝粉尘区域2 m远的空气域内产生的后效冲击波能达到2.66 MPa的固壁反射压力，火球燃烧范围会超出初始铝粉尘区域约0.8 m，并且造成初始铝粉尘区域附近1.5 m范围内空气的温度高达1 600 K.模拟程序可用于铝粉尘爆轰的后效研究，对工业安全及其防护具有指导意义.

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B-C转捩模型的DDES方法模拟转捩大分离流动 余秋阳, 包芸, 王圣业, 王光学 2020, 37(1): 46-54.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8007 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4750KB) ( )   根据零压力梯度平板的实验数据对B-C转捩模型中的经验关联式进行标定.标定后的B-C转捩模型在进口湍流度较低的平板算例上可以提供更合理的转捩预测结果.但受限于RANS方法自身特性，B-C转捩模型对转捩后出现的大分离流动计算可靠性较差.结合延迟分离涡模拟SA-DDES方法和B-C转捩模型，发展了转捩-延迟分离涡模拟BC-DDES方法.三维S-K平板的数值模拟表明，BC-DDES方法能得到与B-C转捩模型一致的转捩结果.三维圆柱绕流的数值模拟表明，BC-DDES方法得到与实验符合的平均阻力系数和表面压力分布，并且计算花费比tHRLES方法少.

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一种基于HLLC算法的Mie-Grüneisen多介质混合模型 吴宗铎, 严谨, 宗智, 赵勇 2020, 37(1): 55-62.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7979 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4266KB) ( )   建立一种修正的HLLC （Harten-Lax-Van Leer-Contact）格式下稳定的Mie-Grüneisen多介质混合计算模型.Mie-Grüneisen混合模型中的通量包括守恒和非守恒两个部分，原始的HLLC格式对守恒部分适用，但是原始的HLLC格式直接用于非守恒部分，很难控制住数值振荡的产生.在原始格式中，间断面的移动速度为间断网格的左侧或右侧速度，修正后替换为网格中的平均速度，经过修正后，对HLLC格式重新进行推导，并随之扩展到二维问题.数值实验表明，利用修改后的HLLC格式，Mie-Grüneisen混合模型可以取得较好的稳定性和准确性.

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纳米孔壁面作用对蛋白质过孔影响的粗粒化分子动力学模拟 史晓蕊, 刘振宇, 吴慧英 2020, 37(1): 63-68.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7982 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5990KB) ( )   基于粗粒化分子动力学方法模拟电驱动蛋白质过孔过程，研究纳米孔-水/纳米孔-蛋白质相互作用对电泳迁移率的影响；用操控式分子动力学模拟分析蛋白质在不同相互作用下过孔摩擦系数和摩擦阻力.研究发现：蛋白质黏附纳米孔壁面对其过孔特性影响并不明显，而纳米孔-水相互作用对蛋白质过孔电泳迁移率和摩擦系数影响较大.随纳米孔-水相互作用增强，纳米孔壁面与蛋白质附近水分子运动差异显现，蛋白质过孔摩擦阻力显著增大，过孔摩擦系数随之增大，进而影响蛋白质过孔电泳迁移率.所得结果可为纳米孔材料设计提供理论指导.

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基于改进格林元的压裂水平井动态分析方法 方思冬, 王卫红, 吴永辉, 程林松 2020, 37(1): 69-78.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7977 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8864KB) ( )   以建立高效的动态分析方法为出发点，以边单元作为求解点，改进传统的格林元方法，减少未知数和求解矩阵维度；并提出基于改进格林元的加密网格加密方法，保证考虑复杂裂缝网络的压裂水平井动态模拟的早期精度.退化模型与半解析解、数值模拟结果进行对比，验证本文基于加密网格的改进格林元方法的准确性和动态分析的高效性.最后进行动态响应的敏感性分析，结果表明：①格林元方法是一种高精度的动态模拟方法，将求解节点设置在网格的边上可以提高压裂水平井动态模拟的速度；②改进格林元方法的加密基于叠加原理，不需要通过插值近似，其求解精度高.在相同加密网格条件下，基于本文改进格林元方法的加密效果比有限差分加密效果更佳；③复杂裂缝导流能力、改造区渗透率提高倍数、改造区大小等参数对压裂水平井动态特征影响较大，在动态分析和参数反演时，应着重考虑这些因素的影响.

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基于MRT-LB伪势模型的液滴撞击液膜数值研究 连小龙, 陈岳, 李培生, 张莹, 李伟, 刘强 2020, 37(1): 79-87.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7985 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7537KB) ( )   运用改进的格子玻尔兹曼（LB）伪势多松弛多相模型，研究单/双液滴撞击液膜的流动特性.考察单液滴在不同气液相密度比时撞击液膜的发展.随着密度比的减小，冠状水花顶端开始向内弯曲，且底部半径显著减小.在大密度比情况下研究双液滴撞击液膜.结果表明：双液滴撞击液膜有中心射流的形成；液滴水平间距的增大，延缓中心射流的出现，并降低初始中心射流的高度；随Re数的增加，中心射流的高度明显增大.

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基于三维磁成像的近场磁性体探测 李健, 金春杏, 张宇, 黄新敬 2020, 37(1): 88-96.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7966 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(15631KB) ( )   提出一种近场条件下未知磁源的三维磁成像方法.考虑到大多数磁性体不仅受背景磁场磁化，本身也带有较强剩磁，将观测面上的磁场转换为磁场矢量异常模量，并建立目标函数进行最优化求解，以得到符合观测磁场特征的磁性体磁化模型.仿真和实验表明：此方法可有效消除剩磁对反演结果的影响，能够实现对近场多个磁源磁化率分布的成像，验证了所提方法用于探测隐含磁体位置和形状的可行性.

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大型垂直极化EMP辐射波模拟器时域辐射近场的快速预估 朱湘琴, 吴伟, 贾伟, 蔡利兵 2020, 37(1): 97-106.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7981 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7297KB) ( )   将二维轴对称柱坐标系中基于MPI平台的并行FDTD （MPI-FDTD）方法与基于基尔霍夫表面积分表达式（KSIR）的场变换相结合，实现"MPI-FDTD+MPI-KSIR"的混合并行技术，并应用于无电阻加载的大型垂直极化电磁脉冲（EMP）辐射波模拟器时域辐射近场的快速预估.验证算例所得辐射近场不仅与商用软件及并行FDTD的整体模拟符合很好，且与并行FDTD整体模拟相比可以节约80%的计算时间.给出并行加速比和并行效率的测试结果.该方法可用于其它大型垂直极化EMP辐射波模拟器时域辐射近场和辐射远场的快速预估.

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换热网络中温度交叉结构的分析与处理 苏戈曼, 崔国民, 鲍中凯, 肖媛, 岑镇宇 2020, 37(1): 107-118.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7993 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7212KB) ( )   在以换热量作为待优化连续变量的换热网络优化问题中，流股匹配可能出现温度交叉，常以惩罚函数法处理存在温度交叉的不可行结构.然而，当采用强制进化随机游走算法时，由于其接受差解的变异操作，温度交叉结构可能以差解的形式被接受，对优化进程产生负面影响而降低优化效率.因此，首先分析换热网络中温度交叉结构的成因，接着分析该不可行结构对算法优化进程的消极作用，然后提出一种处理方法，当种群中个体随机游走到不可行域时，强制使其回到可行域内的原位重新优化，从而提升算法优化效率.

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应变对纤锌矿结构GaN电子结构及光学性质的影响 温淑敏, 姚世伟, 赵春旺, 王细军, 李继军 2020, 37(1): 119-126.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.7972 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(19098KB) ( )   使用第一性原理密度泛函理论（DFT）框架下的广义梯度近似（GGA+U）方法计算单轴应变对纤锌矿结构GaN的键长、差分电荷密度、电子结构以及光学性质的影响.结果表明：带隙随应变的增加而减小，压应变在（-1%~-3%）范围内变化时带隙变化不明显，压应变超过3%时带隙随应变的增大显著减小.光学性质研究表明，应变对介电函数虚部峰的位置和大小都产生影响，静态介电常数随应变的增大而增大；应变使GaN的吸收系数减小.