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2022年, 第39卷, 第3期
刊出日期：2022-05-25 上一期    下一期
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紧凑型反应堆中的单粒子动力学 于承新, 舒小芳, 刘杰 2022, 39(3): 253-260.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8415 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8661KB) ( )   针对紧凑型聚变反应堆独特的磁势阱结构, 使用蒙特卡罗方法研究单个高能带电粒子的约束动力学行为。考虑到磁场位型的局域平坦性, 在足够小的计算区域或足够短的时间内, 带电粒子基本上在一个常数磁场中的运动。基于此, 给出精确保证能量守恒的粒子运动方程逐点解析解, 该计算方案具有长时间追踪的能力。模拟结果表明: 对于初始位置和速度方向随机分布的具有1千电子伏能量的高能氘粒子, 大约有7%的概率能够约束至10 ms量级。由于粒子运动方程的求解过程不依赖于具体的磁场位型, 所以它可以方便地应用到具有任意位型的磁约束装置中。

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脉冲源法测量次临界系统裂变衰减特性的理论分析和数值模拟 高屹, 佘若谷, 徐琪 2022, 39(3): 261-267.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8413 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4498KB) ( )   针对点堆动力学理论解释脉冲源法测试原理时存在的问题, 基于无源中子输运方程分析次临界系统总中子数、泄漏γ射线计数率随时间的变化关系。理论分析表明: 脉冲中子源作用结束后(无源条件下), 在一定时间范围内, 泄漏γ射线计数率和总中子数近似成正比, 两者随时间变化服从近似指数衰减规律, 反映系统本身的裂变衰减特性, 可以由总中子数和γ射线计数率求解瞬发中子衰减时间常数。基于蒙特卡罗程序构造类Godiva裸铀球次临界系统, 模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程, 计算总中子数、泄漏γ射线计数率及两者比值随时间的变化关系, 结果与理论分析一致; 利用脉冲源法由总中子数、泄漏γ射线计数率计算瞬发中子衰减时间常数α0, 得到与α-k迭代一致的α0。说明总中子数、泄漏γ射线计数率可以准确反映系统本身的裂变衰减特性。此外, 根据理论分析和模拟计算给出脉冲源法可用数据的时间范围, 分析泄漏γ射线计数率和总中子数比值的影响因素。

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氘氘冰层贯穿性缺陷对ICF冷冻靶内爆性能的影响 谷建法, 葛峰峻, 戴振生, 康洞国, 邹士阳 2022, 39(3): 268-276.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8429 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8357KB) ( )   使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S, 模拟研究DD冰贯穿性缺陷在方波驱动DD冷冻靶内爆过程中的演化行为及其对内爆性能的影响。模拟结果表明: DD冰层贯穿性缺陷显著降低DD冷冻靶内爆的中子产额, 二维模拟产额仅为一维结果的23.8%。DD冰层贯穿性缺陷使靶丸CH(Si)的烧蚀层生成大幅度的尖钉, 穿透到芯部热斑区。在中子bang-time时刻, 热斑区混入了487 ng的烧蚀物质, 使芯部韧致辐射漏失功率相对一维理想内爆显著升高, 离子温度与DD核反应速度相应降低。同时, 高密度的烧蚀层尖钉把DD热斑推离球心, 显示明显的P1不对称性, 而且高温热斑具有定向流动速度, 降低了内爆动能转化为热斑内能的效率。

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惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法 胡晓燕, 范征锋 2022, 39(3): 277-285.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8419 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7221KB) ( )   针对三维球形靶丸内爆高效模拟需求和传统笛卡尔正交网格上辐射加源困难的问题, 发展一种多块结构非正交网格生成方法, 并基于此种计算网格提出高效的三维扩散格式并行算法, 将其应用于辐射流体方程组的求解和三维内爆不对称性的数值模拟, 数值结果显示了算法的有效性。并行性能测试显示该算法可扩展到5400个核上, 并行效率达到69%。

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一种适用于磁流体力学切向间断的HLLC黎曼算子 习心悦, 郭孝城, 王赤 2022, 39(3): 286-296.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8426 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5394KB) ( )   磁场的存在使得磁流体力学特征波模不同于流体力学, 因此直接由流体力学HLLC黎曼算子导出的HLLC双中间态在交界的间断面会出现不守恒的问题。通常降级采用HLL单磁场中间态代替HLLC双磁场中间态以实现守恒和计算稳定, 代价是切向间断的模拟精度不足。本文对此进行改进, 在模拟切向间断时仍然保留原有的HLLC双磁场中间态, 同时各守恒量仍然能够满足Toro相容条件; 改进型HLLC算子在间断两侧的磁场分量存在差异, 因此能够更精确还原切向间断面。基于数值测试, 包括一维激波管和切向间断的时变模拟, 以及地球磁层三维数值模拟, 将模拟结果进行对比, 结果表明: 相比于已发展的HLLC算子, 改进型HLLC算子对切向间断具有更好的捕捉精度, 能够达到或接近耗时更多的HLLD算子的模拟精度。

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一种基于新型斜率限制器的理想磁流体方程的高分辨率熵相容格式 沈亚玲, 封建湖, 郑素佩, 李雅蓉 2022, 39(3): 297-308.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8405 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10894KB) ( )   针对磁流体动力学方程, 通过分析数据重建所需的条件, 构造一种基于MUSCL(Monotone Upstream-Centred Scheme for Conservation Laws)型重建方法的斜率限制器, 获得了一种求解理想磁流体动力学方程的高分辨率熵相容格式。该格式在解的光滑区域具有高精度; 在解的间断区域可以合理地控制耗散, 可有效避免非物理现象的产生。采用熵稳定格式、熵相容格式和新的高分辨率熵相容格式对一维、二维理想磁流体动力学方程进行数值模拟。结果表明: 新格式能准确地捕捉解的结构, 且具有无振荡、高分辨、鲁棒等特性。

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不可压缩流的并行两水平稳定有限元算法 朱家莉, 尚月强 2022, 39(3): 309-317.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8411 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5666KB) ( )   提出一种数值求解定常不可压缩Stokes方程的并行两水平Grad-div稳定有限元算法。首先在粗网格中求解Grad-div稳定化的全局解, 再在相互重叠的细网格子区域上并行纠正。通过对稳定化参数、粗细网格尺寸恰当的选取, 该方法可得到最优收敛率, 数值结果验证了算法的高效性。

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液滴在非互溶大黏度比液体表面的铺展特性 童嘉铭, 李春曦, 苏浩哲, 叶学民 2022, 39(3): 318-326.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8421 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2546KB) ( )   利用基于润滑理论的液滴在非互溶液体表面铺展的物理模型，探讨大黏度比情形下黏度比对液滴演化过程和平衡形状的影响，分析液滴厚度、铺展半径等特征参数的变化。结果表明：接触线附近液—液界面的变形受黏度比和表面张力比的影响；提高黏度比将导致铺展速率降低、时间常数减小，进而延长演化历程，但不影响液滴最终稳定形状；铺展半径与时间的关系满足xmax= 1 - 0.2 exp(- βt)；大黏度比液滴铺展后期并未出现小黏度比时的惯性振荡现象。

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外电场对CO分子及离子性质的调制和降解 吉航, 孙仲谋, 周卓彦, 刘玉柱 2022, 39(3): 327-334.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8404 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9462KB) ( )   基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法，在6-311G++基组水平上，计算研究外加电场下CO分子及离子物理性质，包括总能量、键长、电荷分布、能级分布和红外光谱，并根据势能曲线研究CO外加电场下的降解。随着外电场逐渐增大(- 0.015 a. u.~0.015 a. u.)，CO的性质发生明显的变化, 电场增大到一定程度时可实现CO分子降解。同样，CO+离子的总能量随电场的增大逐渐减小，键长变长，偶极矩逐渐变大，分子能隙在Alpha轨道中逐渐减小，在Beta轨道中逐渐增大，红外光谱的强度相应逐渐增大。电场从0.0 a. u增大到0.150 a. u.时，势能曲线的变化同样表明CO+离子离解能减小。电场增大到一定程度时可实现CO+离子降解。

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碱金属卤化物键长、德拜温度和热膨胀系数的温度效应 刘进, 孙恩奇, 杨学弦, 朱岭, 黄勇刚 2022, 39(3): 335-340.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8402 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2953KB) ( )   以碱金属卤化物为研究对象，根据局域键平均近似方法，从热膨胀系数的定义出发，建立热膨胀系数和键长的温度效应函数表达式。定量获取碱金属卤化物的键长、刚性因子、德拜温度和热膨胀系数。结果表明：①碱金属卤化物的热膨胀系数与结合能成反比；②同类碱金属卤化物中，从氟碱化物到碘碱化物德拜温度逐渐减小而热膨胀系数逐渐增大；③碱金属卤化物的键长在其德拜温度的三分之一处，由非线性转变为线性热伸长。

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Al纳米线不同晶向力学行为和变形机制的模拟 侯兆阳, 牛媛, 肖启鑫, 王真, 邓庆田 2022, 39(3): 341-351.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8433 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(14775KB) ( )   采用分子动力学模拟计算方法，考察具有较高层错能的Al纳米线沿不同晶向的力学行为和变形机制。在相同计算条件下与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线进行比较。结果表明：在力学行为方面，Al纳米线的弹性模量呈现明显的结构各向异性，满足E[111] > E[110] > E[100]的关系，这一关系在FCC金属纳米线中普遍成立；Al纳米线的屈服应力随晶向呈现σy[100] > σy[111] > σy[110]的关系，这一关系在具有较低层错能的FCC金属纳米线中不具有普遍性，这与体系中位错形成机制密切相关。根据拉伸变形过程微观结构的演变规律，阐明Al纳米线不同晶向的变形机制，并与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线的变形机制进行比较。结果表明，对于尺度较小的高层错能Al纳米线，Schmid因子和广义层错能均难以准确预测其变形机制。

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基于小负荷换热单元保护的松弛策略优化换热网络 张璐, 崔国民, 刘薇薇, 肖媛, 徐玥, 张冠华 2022, 39(3): 352-360.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8392 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2702KB) ( )   WCE算法优化换热网络时，固定投资费用的存在易造成小负荷换热单元难以产生和保留，使部分尚未完全进化的结构过早被淘汰。本文建立一种固定投资费用的松弛处理方法，将固定投资费用与换热单元热负荷进行因变处理，根据换热单元热负荷的大小实时调整优化过程中的松弛力度，引导并促进小负荷换热单元的顺利产生和进化，从而增强换热网络的结构进化能力。将松弛策略应用于9SP和15SP算例，验证松弛策略促进结构进化的有效性，提升优化质量，获得的最优结果(2 903 528 ＄ ·a-1、5 115 061 ＄ ·a-1)优于文献结果。

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基于子网划分的电网关键节点识别 邹艳丽, 谭秫毅, 刘欣妍, 张少泽, 李浩乾 2022, 39(3): 361-370.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8398 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5966KB) ( )   结合电网拓扑结构和潮流追踪技术，提出一种基于子网划分的电网关键节点识别方法。首先，根据发电机节点的邻域信息和功率将发电机节点划分为不同的子集，然后根据电网的系数分配矩阵将负荷节点划分到为其提供最大功率的发电机节点子集中，完成子网划分。接着采用多属性决策法对每个子网的节点进行排序，进一步改进并计算每个子网的结构系数，作为衡量子网重要性的指标。根据子网重要性，从每个子网中提取特定比例的候选关键节点，对这些候选节点依据多属性决策法重新排序，得到关键节点的最终排序。以IEEE14、IEEE57和IEEE118三种节点系统为例进行分析，得到各个系统的子网划分结果和各个标准网络的重要节点排序结果。采用本文方法、PageRank法和多属性决策法分别进行关键节点排序，并对排序靠前的关键节点进行级联故障性能实验和网络效能实验。实验表明，本文算法选择的关键节点对整个网络的传播性能影响最大，优于其他两种关键节点识别方法。

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基于遗传注意力机制的DLSTM电力系统混沌预测 卢英东, 韦笃取 2022, 39(3): 371-378.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8400 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4468KB) ( )   提出一种基于遗传算法优化注意力机制的深度长短期记忆网络(DLSTM)方法，用于电力系统的混沌预测。通过传递共享参数，将遗传算法优化的注意力机制加入DLSTM模型中，可以挖掘时间序列中潜在特征，同时避免陷入局部优化。该方法是一种受进化计算方法启发的寻优方法，可以很好地学习注意力层中的参数。电力系统混沌预测实验表明所提模型比其他参考模型具有更高的预测精度和长期预测能力。