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2023年, 第40卷, 第6期
刊出日期：2023-11-25 上一期    下一期
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两平板间两组分稀薄气体振荡传热的数值模拟 万启坤, 张月, 郭照立 2023, 40(6): 653-665.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8671 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9835KB) ( )   采用离散统一气体动理学方法(DUGKS)求解两组分气体McCormack模型, 模拟下板温度周期波动激发的两平板间两组分稀薄气体流动与传热问题, 分析系统稀薄参数、温度变化频率以及组分摩尔浓度对平板间流动与传热现象的影响。数值结果表明: 两平板间气体流动与传热呈现周期变化, 并且平板间存在最小局部温度的现象, 其位置与系统稀薄程度呈正比, 此外热渗透深度随着稀薄参数的减小而减小。热渗透深度随轻组分浓度的增大而先增大, 在轻组分浓度为0.6左右达到最高值, 最后减小并与单组分气体结果一致。

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修正模板改进的五阶WENO-Z+格式 郭城, 程鹏丹, 王亚辉 2023, 40(6): 666-676.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8654 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4093KB) ( )   介绍一种修正模板近似方法, 即改进经典五阶WENO-JS格式中各候选子模板上数值通量的二阶多项式逼近, 通过加入三次修正项使模板逼近达到四阶精度, 并且通过引入可调函数使其具有ENO性质。将这种修正模板近似方法运用到WENO-Z+和WENO-Z+M格式中, 发展基于修正模板类型的WENO-Z+格式(WENO-MS-Z+, WENO-MS-Z+M)。通过数值算例对格式进行数值测试, 结果显示: 该格式具有强健的激波捕捉能力和对小尺度波结构的高分辨率, 与原WENO-Z+和WENO-Z+M格式相比改进明显。

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ITER具有内部输运垒方案中的离散阿尔芬本征模 欧阳思杰, 胡双辉, 欧阳学峰, 朱万坡, 兰源丹, 黄旋格 2023, 40(6): 677-688.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8672 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9541KB) ( )   基于国际热核聚变实验堆(ITER)装置具有内部输运垒(ITB)的方案, 研究了离散阿尔芬本征模(αTAE)的物理特征, 其中α是等离子体压强梯度的标度参数。采用基于负离子的中性束注入(NNBI)加热和电流驱动能获得一个大且强的ITB以实现更高的性能, 并讨论该方案中αTAE的不稳定性。在纯射频方案中, 探究了ITB的收缩、维持和坍塌过程中的αTAE。模拟结果表明: αTAE发生于具有陡峭压强梯度的ITB区域, 形成的ITB越强会存在越多的αTAE, 且该模式的频率也越高。在高能量粒子条件下αTAE的多个分支容易变得不稳定, 被激发的αTAE其频率随着束能量的增加而增加。ITB作为高βp方案的关键, 具有ITER稳态的许多理想特征, 因此关联性地探究了DIII-D高βp方案中αTAE。

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三维非等温聚合物熔体充填问题的相场方法 高普阳 2023, 40(6): 689-698.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8659 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6299KB) ( )   针对三维非等温聚合物充填问题, 基于相场方法进行数值模拟研究。依据相场模型参数可以将整个区域内的流场控制方程写为统一形式, 并采用Cahn-Hilliard方程追踪牛顿和非牛顿流体之间的运动界面。此外, Cross-WLF模型用来描述非等温条件下, 聚合物熔体粘度的变化规律。依据特征线分裂格式对于统一的Navier-Stokes方程进行解耦, 并采用FEM和SUPG方法分别求解椭圆型、对流-扩散型子方程。以长方体薄壁型腔及带有圆柱嵌件的长方体薄壁型腔为例, 实现三维非等温聚合物熔体的充填过程, 并分析注射速度及浇口尺寸对于充填过程的影响。数值结果与实验结果吻合较好, 并且能够保证非牛顿流体较好的质量守恒性。

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合金原子对L12型Al-Zr-X三元铝合金表面电偶腐蚀影响的第一性原理研究 张庆洲, 范大伟, 刘凌虹 2023, 40(6): 699-711.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8678 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13390KB) ( )   本文在AlZr二元合金的基础上, 利用第一性原理计算方法, 全面计算19种L12-AlxZryXz(X=Pd、Pt、Au、K、Rb、Sr、Ba、Ca、Yb、La、Ce、Y、Er、Sc、Zr、Ti、Cd、Hf、In)三元析出相的(100)、(110)和(111)三种晶面作为表面时的功函数, 并分析其与掺杂原子电负性之间的关系, 从电子层面阐明掺杂原子对L12型Al-Zr-X三元铝合金表面电偶腐蚀性能影响的根本原因。通过计算发现不同掺杂晶面暴露为表面时, 由于功函数各异, 与基体的本征电位差也各不相同。Hg、Cd、Zr、Ti和Hf等掺杂原子能增加析出相(100)表面的功函数, Hg、Cd、In、Ti和Hf等原子能增加析出相(110)面的功函数, 而Pd、Pt、Au、In、Sc、Rb、Sr、Yb、Y、Er、K、Ba、La、Ce和Ca原子能降低(111)面的功函数, 这些均导致析出相与铝基体的本征电位差进一步减小。此外, 结果揭示了掺杂原子电负性与其化合物功函数之间的线性正相关规律。相较而言, 电负性与Al接近且替代Al的In、Cd和Hg原子, 以及电负性与Zr接近且替代Zr的Ti和Hf原子对析出相功函数影响较小, 且其化合物与铝基体的电势差较小, 对提升材料抗腐蚀能力有益, 其他掺杂原子则对析出相功函数有较大影响。研究解释了部分耐蚀性实验结果, 为优化合金成分设计、提升铝合金材料耐腐蚀性提供了理论参考。

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氯乙烷在外电场中的解离性质 唐静, 张昕阳, 江一航, 金鑫, 刘玉柱 2023, 40(6): 712-717.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8686 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5409KB) ( )   选择B3LYP计算方法, 使用6-311G ++(d, p)基组, 计算在外加电场(0~10.28 V·nm-1)作用下氯乙烷分子的结构特征和解离特性。计算结果表明: 随着电场强度增大, 分子的总能量增大, 碳碳单键键长呈减小趋势, 碳氯单键键长呈增大趋势, 偶极矩逐渐增大, 能隙先增大后减小, 红外吸收峰在不同频率下分别发生红移和蓝移, 拉曼峰强度变化。随着外电场增大, 势垒逐渐降低, 当外电场达到18.00 V·nm-1时, 势垒几乎消失, 实现电场降解。

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存在动态非达西效应的复合油藏试井分析方法 刘永川, 程康, 姜胜, 余杰, 郑显林 2023, 40(6): 718-726.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8674 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4282KB) ( )   为准确描述低渗油藏注水井附近储层渗流变化规律及影响因素, 提出一种存在动态非达西效应的复合油藏试井分析方法。该方法首先考虑内区渗流方式为达西流, 外区渗流方式为启动压力梯度效应和动态渗透率效应构成的非达西流。其次采用数值法进行离散求解, 计算得到注水井井底压力。然后绘制井底压力响应典型曲线图版, 典型曲线主要分为井储段、过渡段、内区径向流段、外区低渗流段和边界反映段共5个流动段。最后对启动压力梯度、动态渗透率参数进行敏感性分析, 并对比不同渗流规律的压力响应。以长庆油田某注水井为例, 进行试井解释。结果表明: 该注水井周围的渗透率较大, 外区受启动压力梯度和动态渗透率的共同影响, 存在启动压力梯度、渗透率较小, 符合现场实际。常规油藏注水井复合试井分析方法以及低渗油藏单区试井分析方法均为该方法的一种特例。

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基于混合碰撞检测的嵌入式离散裂缝模型前处理算法 刘祎琳, 高国忠 2023, 40(6): 727-734.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8664 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2986KB) ( )   基于嵌入式离散裂缝模型, 针对前处理算法中裂缝面与基质网格相交计算的关键问题, 进行算法实现与优化。首先, 通过裂缝包围盒与基质网格进行碰撞检测, 来快速判断裂缝面与基质网格是否相交; 其次, 在确定相交后作交点计算, 了解基质内包含裂缝情况; 最后, 对基质与网格相交情况进行非相邻连接分类。数值实验证明该方法的有效性。

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基于水击效应的水平井压裂裂缝数值诊断 朱昭颖, 戴邓仅, 鲁伍支, 王少椿, 刘伟, 肖剑锋 2023, 40(6): 735-741.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8668 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9815KB) ( )   针对水平井压裂效果的诊断技术, 提出基于水击效应的裂缝诊断数值方法。由于压裂裂缝对停泵压力造成能量耗散, 传统水击数学模型难以适用于水平井压裂裂缝诊断。考虑裂缝对水击效应的影响, 基于等效电路方法建立水平井水击数学模型, 采用特征线法对模型进行求解, 根据水击压力曲线特征反演出裂缝参数, 分析不同影响因素下水击压力曲线的变化特征。结果表明: 水击压力波的特征受裂缝形态和施工参数的影响, 裂缝体积、排量和压裂段长等会改变水击压力的振幅和周期。利用水击模型对现场数据进行历史拟合, 得到裂缝半长和高度与微地震监测数据符合率超过80%, 验证了模型的准确性, 为水平井压裂裂缝参数评价提供一种思路和方法。

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改进Unet网络对叠后地震数据的断层识别 刘贵鑫, 马中华 2023, 40(6): 742-751.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8684 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(18716KB) ( )   为了提高断层识别的准确率, 提出改进Unet模型。为编码器部分设计一种多分支的并联结构M-block(Multi-branch block), 它可以捕获多尺度上下文信息, 并且多分支的并联结构会带来高性能收益。在解码器部分加入Self-Attention块和注意力门控机制。Self-Attention通过对输入特征上下文的加权平均操作, 不仅使注意力模块能够灵活地关注图像的不同区域, 而且弥补了CNN(Convolutional Neural Network)网络局部性的缺点, 为神经网络带来更多的可能性。通过合成数据和实际数据证实, 该模型将传统卷积中的权值共享优点和Self-Attention动态计算注意力权重的优点结合, 提高了断层识别的精度, 与Unet相比, 验证损失下降了33.68%。模型不仅准确识别出了断层特征, 且比目前流行的深度学习方法更准确。

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约瑟夫森结作用下神经元的动力学特性分析 肖彤彤, 李新颖, 钱雨晴 2023, 40(6): 752-760.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8667 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12538KB) ( )   将约瑟夫森结引入Hindmarsh-Rose(HR)神经元中, 构建具有约瑟夫森结的四维神经元模型。首先通过理论分析得出系统的耗散性以及平衡点的稳定性; 再通过调控约瑟夫森结参数观察电耦合系统的分岔情况, 发现系统在合适的参数范围内表现出倍周期分岔、含混沌的加周期分岔等丰富的动力学特性; 并在化学突触作用下构建全局耦合神经元网络, 通过同步因子刻画系统在不同参数下的同步程度, 发现耦合强度和约瑟夫森结参数能够影响系统的放电同步状态。

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嵌入物理约束的可压缩多介质流神经网络模型 刘子岩, 许亮 2023, 40(6): 761-769.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8670 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7913KB) ( )   研究模拟可压缩多介质流的机器学习建模方法, 利用神经网络实现多介质Riemann解的回归预测。为使训练结果更加符合流动物理, 根据流场间断关系构建神经网络额外的物理约束层。建立神经网络代理模型, 应用于实用虚拟流体方法(PGFM)。通过各种典型的一维与二维多介质流动问题, 对不同规模神经网络训练得到的代理模型进行数值验证。研究发现: 嵌入物理约束后, 神经网络模型的结果更符合真实情况, 而且较简单的神经网络模型即可满足计算需求。机器学习建模方法具有较高的计算精度和计算效率, 具备发展潜力。

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基于复杂网络拓扑的电网Braess悖论现象研究 邵贝贝, 邹艳丽, 洪少燕, 梁婵娟 2023, 40(6): 770-778.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8653 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9456KB) ( )   为探究较优的电网结构, 减小Braess悖论现象的发生概率, 采用二阶类Kuramoto相振子模型对电网进行合理建模, 参照IEEE14、IEEE30和IEEE39标准测试网络的拓扑结构, 保留网络节点数和连边数不变, 采用ER随机模型生成同样大小的随机网络。通过在随机网络中增加发电机节点个数, 改变发电机位置等方式, 研究不同结构下电网中新增传输线路导致的Braess悖论发生概率。研究表明: 适当增加电网中发电机节点个数可以减少电网中Braess悖论发生概率, 且以大度节点作为发电机节点有利于提高电网同步能力, 降低Braess悖论发生概率。本研究对电网的拓扑设计和优化具有一定指导意义。

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《计算物理》第40卷(2023)总目次 2023, 40(6): 779-788.  摘要 ( )   PDF(449KB) ( )