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2023年, 第40卷, 第3期
刊出日期：2023-05-25 上一期    下一期

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超冷等离子体演化早期的离子温度与库仑耦合强度 方锋, 周文长, 罗长杰, 李煜璠, 杨杰 2023, 40(3): 275-281.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8554 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2853KB) ( )   利用开发的磁光阱-离子速度成像装置, 实验测量超冷等离子体的离子温度与库仑耦合参数。同时利用带电粒子追踪数值方法模拟超冷等离子体的早期演化过程。实验和模拟结果表明: 在超冷等离子体演化早期, 无序诱导加热机制导致离子温度快速上升, 而库仑耦合强度下降至2.5。进一步研究还发现: 在离子非平衡演化阶段, 等离子体膨胀速度会快速接近并超过离子热速度, 因此离子达到局域热平衡之后的库仑耦合参数会高于测量值。

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EAST上磁位形和杂质对束离子约束和加热影响的数值模拟 刘源煜, 向东, 龚学余, 路兴强 2023, 40(3): 282-290.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8548 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5116KB) ( )   利用程序ORBIT和TRANSP/NUBEAM模拟研究全超导托卡马克实验装置(EAST)等离子体位形和杂质的特征参数Zeff(有效电荷数)对束离子约束和加热的影响。结果表明: 在等离子体位形中, 随着最后一个封闭通量表面与中面外容器壁之间的距离(gapout)和环向磁场强度的增加, 快离子的损失(包含瞬时损失和波纹损失)也随之减少, 因此中性束的加热效率随着gapout的增加而提高。此外, 随着背景等离子体杂质的增加(即Zeff的增加), 增加了束损失, 导致最后束加热效率降低。选择合适的磁位形, 同时降低背景的杂质含量可以增强快离子约束, 提高束的加热效率。

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EAST通行高能粒子激发的非共振鱼骨模不稳定性模拟 徐敬坤, 汪卫华 2023, 40(3): 291-300.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8565 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7360KB) ( )   用磁流体动理学混合模拟程序M3D-K研究反剪切安全因子剖面下的非共振鱼骨模不稳定性。非共振鱼骨模指的是qmin略大于1的反剪切安全因子剖面下高能粒子激发的鱼骨模。分析能量共振关系，得到不同抛射角高能粒子激发非共振鱼骨模的物理机制。为了确定非共振鱼骨模稳定的参数阈值和鱼骨模不稳定性的变化趋势，在抛射角0.6时扫描非共振鱼骨模的参数，如注入能量E、高能粒子比压Phot/Ptotal等，分析非线性过程中高能粒子的慢化分布、模结构的演化和鱼骨模扫频。抛射角在0.6、0.7和1.0时非线性的慢化分布变平趋势和实验中高能粒子变化一致，抛射角在0.6时非线性模结构由非共振鱼骨模模结构向其他高频模模结构演化，非线性过程的鱼骨模出现向上扫频符合经典鱼骨模的扫频。

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六角形源展开中子输运离散纵标法及加速技术 李志勇 2023, 40(3): 301-306.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8571 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1218KB) ( )   源展开中子输运离散纵标法是将微分形式的离散纵标方程的解表示为多项式形式的特解和指数函数形式的通解之和，并通过入射角中子通量边界条件确定通解的系数，而特解则通过源项展开系数直接得到，最后构造源迭代完成六角形中子输运方程的求解；离散纵标方法一般收敛较慢，可以通过常用的粗网有限差分对求解过程进行加速。数值结果表明：本征值和功率分布计算结果与参考解符合良好，对于参考问题粗网有限差分加速比能达得20多倍。

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平面叶栅边界层的转捩试验及数值模拟 孙天野, 祝宝山, 王红彪 2023, 40(3): 307-313.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8600 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9166KB) ( )   基于温敏漆(TSP)技术，以跨音速平面叶栅为研究对象，开展平面叶栅边界层转捩位置的试验以及数值模拟研究。试验结果表明：利用TSP测量技术可以得到平面叶栅表面的温度分布，进而判断边界层转捩位置。通过CFD(Computational Fluid Dynamics)数值方法完成验证工作。

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浅水波方程的黏性正则化PINN算法 郑素佩, 林云云, 封建湖, 靳放 2023, 40(3): 314-324.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8592 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11936KB) ( )   针对经典PINN(Physics-informed Neural Networks)在求解浅水波方程间断问题时的不足，提出一种黏性耗散机制的正则化PINN算法。该算法利用黏性正则化的浅水波方程作为网络构建中的物理约束，并在损失函数中作为惩罚项，训练网络用正则化方程的光滑解逼近原方程的间断解，采用网格加密熵稳定格式的数值解作为参考，学习得原方程在整个区域的解。对满足不同初始条件的一维、二维浅水问题进行数值模拟，并与经典PINN算法进行比较，数值结果表明新算法泛化能力强，可预测任意时刻的解，分辨率高，不会出现抹平和伪振荡现象。

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一种可压缩湍流RANS模拟的浸入边界方法 何文辉, 濮天梅, 周春华 2023, 40(3): 325-332.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8563 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4123KB) ( )   提出一种可压缩湍流RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)模拟的浸入边界方法。该方法的解重构中，不再定义用于插值的参考点。利用其周围计算内点上已知的流动变量值，解域内紧靠壁面的网格节点上的流动变量通过距离倒数加权方法插值确定。为降低高雷诺数湍流模拟的近壁区域网格分辨率要求，采用一种显式壁面函数将无滑移边界条件转化为无穿透边界条件和当地剪切应力条件；该壁面函数无需迭代求解，提高了计算效率。RAE2822翼型亚、跨音速绕流的数值模拟验证了方法的可靠性。

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双液滴在具有润湿梯度的斜面顶端融合弹跳的LBM模拟 高明, 陈露, 梁佳, 王东民, 赵玉刚, 章立新, 孙泉, 李昊杰 2023, 40(3): 333-342.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8607 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13150KB) ( )   基于格子Boltzmann方法，对液滴在具有润湿梯度的斜面顶端融合弹跳的过程进行模拟。研究润湿梯度、斜面顶端润湿性、液滴尺寸和Bond数对液滴融合弹跳过程的影响。计算结果表明：在较疏水的润湿梯度斜面上，两个液滴在非平衡张力作用下融合后能够发生弹跳行为；液滴融合速度和跳跃高度最大值均随着润湿梯度的增大而增加；随着斜面顶端润湿性的增大，液滴跳跃高度最大值减小；存在一个最佳液滴尺寸，使得跳跃高度最大值最优。Bond数越大，液滴跳跃高度最大值越小。

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基于有限差分法的SPH边界处理算法及其应用 裴静娴, 热合买提江·依明 2023, 40(3): 343-352.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8559 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6817KB) ( )   考虑虚拟粒子法在解决边界问题时因粒子搜索量大而增加冗余计算等因素，转而只在计算域内部采用SPH修正方法，边界处使用有限差分方法，从而实现一种基于有限差分法的SPH边界处理算法。以热传导问题为例，对数值模拟结果进行验证。结果表明：采用提出的边界处理方法对固定和对流边界热传导问题进行求解，解析解与数值解吻合程度较高，数值模拟可靠有效。两种算法优势互补，为相关边值问题的处理提供了思路。

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基于时域自适应精细算法的插值型无单元Galerkin法及其在弹性动力学中的应用 陈莘莘, 祝显毅, 李庆华 2023, 40(3): 353-358.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8573 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2176KB) ( )   将插值型无单元Galerkin法与时域自适应精细算法相结合, 提出一种求解弹性动力学问题的方法。通过时域分段展开, 将时空耦合的初边值问题转换为一系列的空间边值问题, 进而采用加权残值法推导递推形式的插值型无单元Galerkin法求解方程。该方法不仅能方便地直接施加本质边界条件, 并且可以避免时间步长较大造成的精度损失。数值算例给出的结果验证了该方法的有效性。

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重力作用下软球壳堆积结构的有限元分析 麦兴鸿, 陈巧悦, 丁明明 2023, 40(3): 359-368.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8578 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7363KB) ( )   基于结构力学的有限元方法, 采用软球的面积和相邻球数分布研究重力作用下软球壳的二维堆积结构, 并分析堆积结构的填充率、势能等特性。研究表明: 软球壳堆积过程是无序的, 并没有取向偏好。堆积结构有不同的类型, 且不同类型对应不同的面积和相邻球数分布, 其呈现多分散特征。堆积结构的面积变化率与堆积结构的势能正相关, 面积变化率越大, 势能越大, 且结构类型的势能随着模量增大而减少。对于具有不同半径的双分散软球壳的堆积结构, 软球的面积与相邻球数之间, 呈现出近似线性关系, 且结构中半径较大的软球数量越多, 结构所具有的势能越大。本研究有助于提高对细胞等软物质堆积结构的几何和拓扑性质的理解, 为分析软球壳等活组织和材料提供了计算依据。

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Ag基合金弹性性能与电子结构的第一性原理研究 胡佳, 易洲, 文大东, 邓永和, 谢云, 戚双祥, 邱建美, 李政一, 彭平 2023, 40(3): 369-375.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8590 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4712KB) ( )   基于第一性原理计算, 探究合金元素Cu、Zr、W、Cr、Sn、Ni、In、Zn、Ir掺杂Ag基合金中的点缺陷形成焓H, 弹性常数C11、C12、C44, 体模量B, 剪切模量G, 杨氏模量E及泊松比γ等参数表征材料的强韧度。分析不同合金原子掺杂进入Ag基体的难易程度, 以及合金原子和Ag原子价电子差值△V对Ag基合金弹性性能的作用。随合金原子和Ag原子价电子差值△V的增大, 对应Ag基合金总体抵抗塑性变形、抵抗剪切变形及在剪切变形时保持晶体结构稳定的能力均能够增强。进一步采用掺杂合金原子的Ag基合金在{1 0 0}面投影的差分电荷密度图显示了原子成键前后电荷转移的空间分布情况。结果发现: Ag基合金弹性性能均能增强的原因可归功于合金原子与Ag原子间的强键结合。

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带有个体淘汰的强制进化随机游走算法优化质量交换网络 马秀宝, 崔国民, 周志强, 肖媛, 徐玥, 杨其国 2023, 40(3): 376-388.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8576 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6461KB) ( )   针对强制进化随机游走算法(RWCE)在优化质量交换网络进程中, 存在部分个体在竞争中长期处于劣势状态以及个体结构高度相似的现象, 提出带有个体淘汰的RWCE算法优化质量交换网络。即在一定的周期内, 通过对种群中个体优化状态的实时监控, 首先对个体的网络结构进行标准化处理, 以此识别出结构中相似的质量交换器, 再根据其数目评价个体的结构相似度, 将种群中的个体划分为若干个集团, 并以年度总费用作为评价个体优化性能的指标, 淘汰种群中的劣势和相似个体, 以此加强种群间个体的信息交流, 提升个体优化活力和种群多样性, 同时有效增强算法优化质量交换网络的全局搜索能力。将该方法应用于2个质量交换网络实例中, 优化结果均优于文献最优结果, 说明该方法能改变结构的进化方向, 激励种群间个体的差异性进化和保持个体的优化活力, 且有效提升算法的全局寻优性能。

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忆阻Rulkov神经网络同步研究 刘丽君, 韦笃取 2023, 40(3): 389-400.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8567 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(16889KB) ( )   研究电突触、化学突触以及两者共存对忆阻Rulkov神经模型集体动力学行为的影响。对于两个忆阻Rulkov神经元系统, 各种耦合方式都能使系统实现同步。对于不同的耦合强度, 神经元呈现不同的放电模式, 如方波, 三角波, 脉冲放电等。当电突触、化学突触同时存在时, 系统的同步更依赖于电耦合强度。对全局耦合忆阻Rulkov神经网络同步的研究表明: 化学突触单独作用时, 同步发生在耦合参数的某个区域范围, 当化学耦合强度超过某一阈值时, 同步会随着耦合强度的增加而被破坏。电突触单独作用时, 系统很快到达同步状态, 并且电耦合强度是决定神经元处于静止还是峰放电的关键因素, 随着电耦合强度增加, 神经元放电频率、振幅增大。当电、化学耦合同时存在时, 耦合强度的增加使神经元由静息转变为圆弧放电, 并进入同步状态。本文提供了一种通过调整耦合方式和耦合强度, 控制神经网络放电模式及其同步的可能方法。