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2020年, 第37卷, 第5期
刊出日期：2020-09-25 上一期    下一期

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基于第二粘性的Navier-Stokes方程组求解正激波结构 李馨东, 赵英奎, 胡宗民, 姜宗林 2020, 37(5): 505-513.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8121 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2299KB) ( )   为考察气体第二粘性（体积粘性）对正激波内部流动的影响机制，数值求解含第二粘性的一维Navier-Stokes方程组.结果表明：第二粘性对激波内部的密度、热流和能量分布等物理量具有抹平效应，导致热流和熵流的峰值减小、激波厚度增加，体积粘性耗散的增加使得一部分机械能转化为内能；考虑第二粘性所计算的密度分布和激波厚度大为改善，与实验数据吻合较好；当马赫数为1.2≤Ma≤10，激波内部的Knudsen数满足0.12≤Kn≤0.4，对于马赫数Ma≤4.0的激波内部流动，考虑第二粘性的连续流Navier-Stokes方程组能够准确地模拟正激波结构.

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理想弹塑性固体Riemann问题的解结构与初值条件 曾志强, 刘铁钢, 高斯 2020, 37(5): 514-528.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8142 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5256KB) ( )   针对理想弹塑性固体材料的一维Riemann问题，在不考虑真空的情况下，讨论其所有可能存在的解结构，给出每一种解结构下对应的初值条件且证明该系列初值条件的完备性，即任意给定的物理量初值均有且只有一种解结构与之对应.基于该理论，在设计精确或近似理想弹塑性Riemann问题求解器时，可以依据初值条件对任意物理量初值直接判断其对应的解结构，从而提高求解器的精度和效率.数值试验验证了该系列初值条件的正确性和有效性.

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适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法 孙晨, 李肖, 沈智军 2020, 37(5): 529-538.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8144 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4941KB) ( )   为消除传统单元中心型Godunov方法在求解稀疏波问题时的非物理过热现象，发展一种适用于等熵流动的交错拉氏Godunov方法.主要的特征是采用速度与热力学变量交错分布的形式，避免在单元内进行速度平均，从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散.与传统的von Neumann型交错网格方法相比，网格的边界通量由节点处的多维黎曼求解器提供，克服了多维人工粘性选取带来的困难.为减少多维黎曼求解器在求解稀疏波问题时的非物理熵增，给出稀疏波出现的合理判据，从而保证了热力学关系式的满足.数值实验表明：该方法能很好地消除稀疏波的过热现象，同时在求解激波问题时又能保持与传统单元中心型拉氏方法相同的激波捕捉能力.

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一维理想弹塑性流体的数值模拟及壁热现象的抑制 李肖, 孙晨, 沈智军 2020, 37(5): 539-550.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8141 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3643KB) ( )   针对一维理想弹塑性流体的Wilkins模型，提出HLLC型的近似黎曼解法器.该解法器引入塑性波并保证波的个数和真实的物理情况一致，其中波速选取由波系的特征分析来确定.整个算法实施简单，无需迭代，为减少强冲击（稀疏）模拟时的壁热误差，设计相应的壁热粘性，有效地抑制了非物理的壁热现象.

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带外力项的iDdQ(q-1)多松弛格子Boltzmann模型 朱俏俐, 张文欢 2020, 37(5): 551-561.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8138 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1112KB) ( )   以3维14速（iD3Q14）多松弛格子Boltzmann（MRT LB）模型为例，在iDdQ（q-1）MRT LB模型的基础上，采用多尺度展开和反向设计法构造出带外力项的iDdQ（q-1）MRT LB模型，该模型在低Mach数的假设下可恢复到带外力项的不可压Navier-Stokes方程.通过对三维方形管道内泊肃叶流、脉动流以及二维Taylor涡衰减流的模拟发现，数值结果与解析解吻合很好，并且空间精度达到二阶，从而验证了新模型模拟外力驱动的稳态和非稳态不可压流动的有效性.

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平流层飞艇气动外形优化设计:螺旋桨的影响 陈皓, 蔡汝铭 2020, 37(5): 562-570.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8146 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(15435KB) ( )   建立综合螺旋桨影响的平流层飞艇气动外形优化设计平台.采用Hicks-Henne型函数法参数化艇身轮廓，发展IDW-TFI混合动网格技术实现变形网格高效生成；基于作用盘理论模拟螺旋桨，建立飞艇流场高效数值求解方法.以LOTTE飞艇作为初始外形，阻力系数最小为目标，飞艇体积作为约束条件，通过NLPQL算法寻优获得最佳艇身设计方案.优化后飞艇的尾部形状较平坦，艇身最大横截面位置前移，气动性能得到明显改善，其阻力系数相对于初始外形降低了26.88%.

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微通道脉管非线性交变振荡微观机理的分子动力学研究 车闫瑾, 祁影霞, 潘帅, 王禹贺, 张华 2020, 37(5): 571-580.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8149 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2038KB) ( )   采用分子动力学方法，对He在微通道脉管内的非线性交变振荡的热力学响应进行仿真，研究气体振荡诱导管内轴向压力梯度、温度场的形成，并阐述微通道长径比对温差与相位的影响.结果表明：微通道内伴随压差驱动力在管内形成类似正弦函数压力波、速度波、质量流量波与半正弦的温度波.振荡周期随脉管管径的增大而缩短，随脉管长度的增加而增长，受直径影响很小；微通道两端的时均温差随长度的增加而增大，受直径的影响很小.预测针对不同的脉管直径存在一个最佳长径比与振荡周期，其数值随直径的增大而增大，为优化脉冲管的性能提供理论依据.

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分子链缠结对核-壳结构复合凝胶非均匀变形行为的影响 颜慧贤, 苏恒迪 2020, 37(5): 581-588.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8128 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4434KB) ( )   凝胶分子形成凝胶网络时，分子链段间会相互缠绕形成物理交联，显著影响其力学行为.为研究凝胶分子链段间相互缠结形成的物理交联对核壳结构复合凝胶变形行为与溶剂分布的影响，基于slip-link链缠结模型和张量推导建立核壳结构复合凝胶变形过程的一般数学表达式.结果表明：受刚性核影响，凝胶壳的拉伸是各向异性的，凝胶壳内溶剂的分布也是非均匀的，由内向外呈非线性变化，溶剂在凝胶内的扩散不满足菲克扩散定律；分子链缠结度越高凝胶壳的径向和周向伸长比越低，凝胶的溶胀率也越低.

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聚合物分子与官能化纳米管相互作用及扩散特性的分子动力学模拟 王雪梅, 董斌, 朱子亮, 杨俊升 2020, 37(5): 589-594.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8135 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5226KB) ( )   用全原子分子动力学方法研究典型聚合物分子（PE，PEO和PP）与碳纳米管（CNT）及官能化碳纳米管（FCNT）界面的相互作用及扩散特性.动力学模拟显示：—CH3官能团具有减弱CNT与PE和PP的相互作用，但是，—CH3官能化后的CNT与PEO之间确有增强作用.分析含氧官能团（—OH和—COOH）官能化的CNT与PE，PEO和PP的相互作用，可知含氧官能团的确具有增强表面相互作用的功能，而且含氧原子越多，相互作用就越强.此外，—CH3，—OH，—COOH官能化后的CNT与PE，PP和PEO体系的总能量均减少，而且能量满足—COOH < —OH < —CH3.分析非键相互作用势（库仑能和范德瓦尔斯能），可知库伦相互作用是增强界面相互作用的主要作用能.官能化后的CNT/PE，CNT/PEO，CNT/PP体系的扩散系数都明显减小，且扩散系数大小满足—COOH < —OH < —CH3.

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钚氧化物中氢行为的第一性原理研究 张乐, 孙博, 宋海峰 2020, 37(5): 595-602.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8118 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9461KB) ( )   通过第一性原理计算和原子级热力学方法，系统研究H、H2在PuO2和α-Pu2O3中的吸附、扩散和溶解行为.研究发现：氢的上述行为均是吸热过程，但在α-Pu2O3与PuO2中有显著不同：在α-Pu2O3中H可自发聚合成H2，但在PuO2中H难再聚合；在α-Pu2O3中H、H2均能扩散，通常H会聚合成H2再扩散，在PuO2中H2解离后才能扩散，且PuO2中H沿高势能面的扩散比α-Pu2O3中H2扩散更容易；在氢压、温度驱动下，氢在α-Pu2O3中存在H2溶解到H+H2混合溶解机制的转变，平衡气压PH2远小于H在PuO2中溶解的情况.基于此，给出PuO2和α-Pu2O3中氢行为的微观图像和PuO2的阻氢微观机制：PuO2表面限制H2解离、渗透，PuO2块体限制H的溶解，但不阻止H扩散.结合钚氧化层表面氢行为研究获得了钚氢化孕育期的微观机制，为孕育期全过程理论建模提供依据.

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三元层状陶瓷M-Al-N(M=Ti,Zr,Hf)的结构及力学性质的第一性原理模拟 彭军辉 2020, 37(5): 603-611.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8108 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3301KB) ( )   基于第一性原理方法，探索M-Al-N（M=Ti，Zr，Hf）结构的稳定性，计算其力学性质.计算M-Al-N化合物的能量，发现除实验已知的结构Ti2AlN和Ti4AlN3、Zr2AlN、Hf2AlN外，还存在两种新的热力学稳定结构Zr4AlN3、Hf4AlN3.弹性常数和声子谱的计算，表明这两个结构是力学稳定和晶格动力学稳定的.计算M2AlN和M4AlN3的力学性质，发现它们具有高的体模量、剪切模量、弹性模量、维氏硬度等；分析其力学性质随组分比例、组成元素的变化规律，为该类材料的选择和应用提供理论依据.最后计算M2AlN和M4AlN3的电子态密度和分态密度、电子密度分布、Mulliken群分析等.

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单向耦合神经元网络中螺旋波的自发形成机制 黄志精, 白婧, 唐国宁 2020, 37(5): 612-622.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8134 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10960KB) ( )   构造一个具有单向耦合的二维神经元网络，引入信息传输熵来描述定向信息传输，采用Hindmarsh-Rose神经元模型研究网络中螺旋波等有序波自发产生的机制.数值模拟表明：适当选取耦合的强度和单向耦合的距离，网络可自发出现螺旋波、行波、靶波和平面波.各种有序波的产生与网络中出现信息间歇定向传输有关，网络出现单或多螺旋波时发生熵共振现象.噪声、抑制性耦合和排斥性耦合诱发螺旋波时网络中也存在信息间歇定向传输.首次发现自维持长平面波，其存在是由于网络存在持续的强信息定向传输.

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基于潮流追踪的电网同步性能优化及鲁棒性分析 邹艳丽, 高正, 梁明月, 李志慧, 何铭 2020, 37(5): 623-630.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8137 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4755KB) ( )   采用二阶类Kuramoto模型对电网进行合理建模，分别应用临界同步耦合强度和平均同步误差来描述电网的同步能力和鲁棒性.研究发现，发电机的功率分配对线路的传输功率影响较大，而电网中高负荷线路越多，网络越难同步.基于这一发现，首先在发电机功率均匀分配（EG）方式下，计算出每条线路的传输功率，然后基于潮流追踪算法提出一种发电机功率非均匀分配（TG）方式，即在发电总量不变的情况下，增大枢纽发电机节点的功率，减小边缘发电机节点的功率.该发电机功率分配策略可以在一定程度上降低网络的临界同步耦合强度，减小平均同步误差，改善电网的同步性能和鲁棒性.