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2023年, 第40卷, 第5期
刊出日期：2023-09-25 上一期    下一期

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求解压力Poisson方程的混合粗化代数多重网格算法 胡少亮, 许开龙, 徐然, 刘再刚, 徐小文, 安恒斌, 范荣红, 汪振宇, 王伟 2023, 40(5): 527-534.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8662 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4455KB) ( )   针对复杂流动中Navier-Stokes(N-S)方程SIMPLE算法导出的压力Poisson(泊松)离散线性系统, 提出一类基于混合粗化的代数多重网格(AMG)算法。该算法采用一类非光滑聚类粗化和经典C/F粗化结合的方式构造网格层次结构, 希望在不影响收敛性的情况下, 减少AMG算法的启动开销。通过航空发动机燃烧室复杂流动数值模拟应用验证了该算法的有效性。结果表明: 对于典型算例, 相对于经典AMG算法, 该算法可以获得78%的加速。

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带阻尼项定常Navier-Stokes方程的并行两水平有限元算法 王国梁, 郑波, 尚月强 2023, 40(5): 535-547.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8646 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10112KB) ( )   基于两重网格离散和区域分解技术, 提出数值求解带阻尼项定常Navier-Stokes方程的三种并行两水平有限元算法。其基本思想是首先在粗网格上求解完全的非线性问题, 以获得粗网格解, 然后在重叠的局部细网格子区域上并行求解Stokes、Oseen和Newton线性化的残差问题, 最后在非重叠的局部细网格子区域上校正近似解。数值算例验证了算法的有效性。

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基于自适应单元细分法的高效高精度近奇异域积分计算 王富顺, 池宝涛, 贾志超, 郭前建, 袁伟 2023, 40(5): 548-555.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8634 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7403KB) ( )   本文针对边界元法在计算薄型结构力学、裂纹扩展等物理问题时存在的积分难题, 提出一种基于自适应单元细分法的高效高精度近奇异域积分计算方法, 该方法基于二叉树数据结构的单元细分技术对体单元进行自适应细分, 消除单元几何形状所引起的近奇异性, 能直接用于计算连续核函数的近奇异域积分。针对间断核函数的近奇异域积分, 在细分单元的基础上采用腔面重建算法和投影算法, 重新构建源点附近的积分子单元。数值算例表明: 本方法可采用较少的积分点得到准确结果, 是处理近奇异域积分的一种有效方法。

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三介质Mie-Grüneisen混合模型在水下爆炸防护层问题中的应用 吴宗铎, 满庆洋, 严谨, 庞建华, 孙一方 2023, 40(5): 556-569.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8658 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7130KB) ( )   研究水下爆炸中的防护层问题, 将爆炸气体、水、防护层或其他材料看成一个混合流场后, 它们的物理状态可以直接用统一形式的Mie-Grüneisen状态方程来表示, 再用Mie-Grüneisen混合模型模拟爆炸气体、水、固态防护层之间的复杂相互作用。计算时, 通过状态方程中的特定参数来区分流体成分的物理特性, 并通过体积分数来区分界面, 同时添加自由进出口边界条件; 计算过程中, 对防护层的效果进行细致研究。研究发现, 防护层的效果取决于材料的冲击阻抗。当冲击波从一种介质进入新介质时, 在新介质冲击阻抗较小的情况下其压力会降低。同时, 进入防护层的冲击波被结构物反射又会形成第二个冲击波。在这个过程中, 对防护层的厚度和距离进行关注, 但是这两个因素并未产生重要影响。

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半导体器件数值模拟中电子连续性方程的求解算法 胡毅, 安恒斌 2023, 40(5): 570-582.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8656 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1063KB) ( )   针对电子连续性方程的离散代数方程组, 对离散线性系统的矩阵进行分析, 得到矩阵的三类特点; 针对大规模电子连续性方程的离散方程组, 采用预处理Krylov子空间方法进行求解, 并比较和分析几类预处理方法的效果。结果表明: 代数多重网格(AMG)预处理Krylov子空间方法在求解离散电子连续性方程方面非常有效。开展AMG预处理Krylov子空间方法求解离散电子连续性方程的大规模并行可扩展性测试, 比较和分析了AMG方法中三类关键算法参数的选取。

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典型表活剂与稠油在蒙脱石表面吸附行为的分子动力学模拟 李禹, 刘慧卿, 冯亚斌, 东晓虎, 王庆, 张波 2023, 40(5): 583-596.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8647 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(21728KB) ( )   为探究蒸汽与表面活性剂复合驱对稠油与黏土矿物表面吸附稳定性的影响, 建立表活剂溶液、稠油和蒙脱石的三元吸附体系, 采用分子动力学方法阐释稠油与表活剂在蒙脱石表面的微观竞争吸附机理。计算结果表明: 非离子型表活剂难以与蒙脱石表面接触, 但在高温吸附质环境中具有较强的扩散能力; 阳离子型表活剂在较低温度下占据蒙脱石表面吸附位点并使稠油分子脱离蒙脱石; 而阴离子表活剂在高温条件下容易使稠油分子远离蒙脱石。高温促使沥青质聚集核离散, 从而促进稠油的流动, 但会导致部分表活剂更加亲附蒙脱石而造成非必要的损失。本研究为合理调整温度与表活剂的匹配性, 为敏感性稠油油藏的开发提供了良好的应用前景及推广意义。

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基于模拟有限差分法的水驱油藏渗透率时变数值模拟 王少椿, 付铄然, 郭凌空, 唐志淏, 张娜, 孙乾 2023, 40(5): 597-605.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8628 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6512KB) ( )   针对高含水油田注入水的长期冲刷导致储层物性参数逐渐变化从而影响油田开发及剩余油分布预测的问题, 提出一种基于模拟有限差分法的水驱油藏渗透率时变模拟方法。首先拟合现场油井试井渗透率, 建立通过冲刷时间表征渗透率的时变模型, 然后对模型采用模拟有限差分法进行离散并采用IMPES方法对其求解, 最后分析不同渗透率倍数对剩余油、压力、流线分布和开发效果的影响。结果表明: 考虑渗透率时变后, 水窜加剧、波及系数减小、开发效果变差。与传统的油藏描述方法相比, 该方法符合水驱油藏的实际情况, 能够为水驱油田后期深度挖潜提供帮助。

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微孔喉对基质-裂缝介质储渗特征的影响规律研究 王晨晨, 杨永飞, 聂昕, 韩登林 2023, 40(5): 606-613.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8651 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7062KB) ( )   选取代表性的砂岩基质样品和裂缝样品, 通过微米CT扫描方法分别建立相应的基质和裂缝三维数字岩心。然后, 基于相同物理尺寸和分辨率的基质样品数字岩心和裂缝数字岩心, 通过布尔叠加算法构建基质-裂缝双重介质数字岩心; 同时, 基于图像开运算算法进行孔隙体素消除, 获取不同微孔喉尺寸的基质数字岩心, 并叠加构建不同微孔喉尺寸的基质-裂缝双重数字岩心。最后, 基于不同微孔喉尺寸下基质样品和基质-裂缝双重介质样品三维数字岩心, 分别计算相应的总孔隙度、连通孔隙度和绝对渗透率, 可以发现: 微孔喉对基质和基质-裂缝样品的总孔隙度整体贡献较小; 微孔喉对基质的连通孔隙度有较大贡献, 但对双重介质的连通孔隙度贡献较小; 微孔喉对基质的渗透率有重要贡献, 对基质-裂缝双重介质的渗透率贡献较小。

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基于自适应全变差的低剂量X射线图像重建 屈赵燕, 闫喜明, 席晓晶 2023, 40(5): 614-621.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8639 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10613KB) ( )   针对传统全变差正则化方法对图像方向不敏感的问题, 引入方向梯度信息, 建立一种自适应方向全变差的低剂量稀疏角度X射线计算机断层成像图像的成像模型, 旨在降低辐射剂量的同时提高图像成像质量。为了自适应估计图像梯度的方向信息, 基于图像的几何矩, 利用椭圆可操纵核来估计图像边缘块的主方向。仿真和实际数据结果表明所提算法在图像细节保留、伪影减少、噪声抑制方面具有很好的效果。

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随机边界诱导Izhikevich神经元网络的时空模式转换 王国威, 付燕 2023, 40(5): 622-632.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8632 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(11540KB) ( )   在随机边界条件下构建由200 × 200个Izhikevich神经元组成的方形网络, 并利用计算机模拟计算方形网络的时空特性和同步因子, 对神经元的放电模式、分岔现象以及方形网络的时空模式和同步性质进行研究。研究结果表明: 在相同电流刺激和耦合强度下, 由不同放电模式Izhikevich神经元构建的方形网络中, 仅当神经元处于Regular Spiking放电模式下才能在网络中观察到螺旋波种子的出现和消失; 对于其他放电模式(Fast Spiking, Chattering和Intrinsically Bursting)的Izhikevich神经元构建的方形网络, 则无法观察到螺旋波种子的出现。当外界电流刺激恒定时, 只有当神经元之间的耦合强度为中等大小时才可在方形网络中观察到螺旋波种子的出现和消亡, 相对较小或较大的耦合强度不能诱导神经元网络出现螺旋波种子。对方形神经网络中的同步因子研究发现同步因子随耦合强度的变化存在类似"反共振"的形式。

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基于区块链的混合式点对点电力信息网络级联故障研究 侯凤萍, 邹艳丽, 刘唐慧美, 王志伟, 谭秫毅 2023, 40(5): 633-642.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8637 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8456KB) ( )   通过对电网进行社团划分, 根据电网和信息网对应分层分区建设的现状和实际耦合关系划分信息网社团。选取信息网中每个社团介数最大的节点和度数最大的节点进行全连接, 构建基于区块链的混合式点对点结构的电力信息相互依存网络模型。结合区块链的共识机制分析该模型的优势, 利用高度数攻击与高介数攻击这两种攻击策略研究所提出的相互依存网络的鲁棒性, 并与传统的集中式控制的电力信息网和完全分散式点对点电力信息网进行对比。研究结果表明: 本电力信息相互依存网络模型能够在提高网络鲁棒性的基础上, 有效减少实用拜占庭容错算法的通信开销和共识时延; 在混合式点对点电力信息网中, 高度数攻击方式下系统表现出更强的脆弱性。

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时滞干扰环状网络的修正函数投影同步及仿真 李德奎, 毛北行 2023, 40(5): 643-652.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8648 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1195KB) ( )   为了提高环状网络保密通信的安全性, 分析时滞干扰对环状网络同步的影响。首先根据环状网络的拓扑结构, 构造时变时滞干扰环状网络的数学模型, 然后基于Lyapunov稳定性方法, 设计自适应控制器控制环状网络, 实现无时滞、常时滞和时变时滞干扰环状网络的修正函数投影同步, 说明该自适应控制器具有普适性。通过数值仿真验证了理论分析的正确性, 同时发现时滞干扰会降低环状网络的同步能力, 时滞值越大, 同步能力越差, 实现同步所需的时间越长。