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数学力学物理学高新技术交叉研究进展 ——中国交叉科学学会第十七届学术年会

作者：许爱国张广财北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

本文概述我们课题组近十年来在非平衡流动物理建模与模拟方面的思考与进展。

关键词：物理建模物理学 DBM 非平衡流动复杂流动

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共形转塔气动光学效应时空特性研究

共形转塔气动光学效应时空特性研究

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第二届军用光电技术发展论坛

作者：路大举张凯董航徐明苏华中国工程物理研究院高能激光重点实验室四川绵阳621900 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

研究了相同马赫数、相近雷诺数、不同口径(400 mm 和2 000 mm)共形转塔的气动光学效应，系统地给出了发射方向不同时气动光学效应导致的光束倾斜角和光束质量因子的时间变化特性、统计特性以及时间相关特性。发现多数场景下气动光学效... 详细信息

研究了相同马赫数、相近雷诺数、不同口径(400 mm 和2 000 mm)共形转塔的气动光学效应，系统地给出了发射方向不同时气动光学效应导致的光束倾斜角和光束质量因子的时间变化特性、统计特性以及时间相关特性。发现多数场景下气动光学效应中平均流场效应占主要部分，平均流场效应的特征频率由绕流流场的特征频率决定。尺寸效应的研究表明，缩比实验可以有效模拟实际飞行状态下气动光学效应的统计特性，但无法准确模拟其时间相关特性。开展了前向发射时发射方向的优化选择，指出发射方向在中轴线上天顶角约为40°时，气动光学效应导致的波前畸变统计值和涨落值最小，并且发射光束半径增加会导致平均流场效应快速增加，但湍流效应基本不变。

关键词：砖塔半径平均流场效应湍流效应光束质量倾斜

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基于脑局部给药的药物分布与清除大鼠模型的建立

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中国微创外科杂志 2015年第4期15卷 360-365页

作者：左龙雷易鸣闫军浩刘会坡袁兰蒲小平韩鸿宾北京大学第三医院放射科磁共振成像设备与技术北京市重点实验室北京100191 北京大学信息科学技术学院北京100871 北京大学医学部基础医学院北京100191 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 北京大学医药卫生分析中心北京100191 北京大学药学院北京100191

目的应用磁共振分子探针示踪技术,研究大鼠深部脑组织间隙(interstitial space,ISS)内物质转运与脑组织液引流的规律。结合多孔介质经典扩散方程,建立大鼠脑局部给药的药物分布与清除动力学模型。方法 24只SD大鼠随机分为尾状核、丘脑... 详细信息

目的应用磁共振分子探针示踪技术,研究大鼠深部脑组织间隙(interstitial space,ISS)内物质转运与脑组织液引流的规律。结合多孔介质经典扩散方程,建立大鼠脑局部给药的药物分布与清除动力学模型。方法 24只SD大鼠随机分为尾状核、丘脑、中脑黑质3组(n=8)。将细胞外示踪剂惰性分子探针钆喷酸葡胺(gadolinium-diethylenetriaminepentaacetic acid,Gd-DTPA)2μl分别导入三个脑区细胞外间隙,利用磁共振成像(MRI)动态采集探针在大鼠脑ISS内的分布与清除过程。通过图像后处理获取ISS内示踪分子在大鼠全脑分布的最大分布容积比(Vdmax%)及半衰期(t1/2)。应用经典扩散方程,测量ISS有效扩散系数(D*)、清除率(k’)与局部迂曲度(λ)。结合上述结果及经典扩散方程,建立大鼠脑组织间隙内药代动力模型。结果示踪分子在大鼠不同脑区ISS内的转运分布区域、清除速率各不相同。尾状核Vdmax%和t1/2大于丘脑和黑质(P=0.000)。黑质区D*小于尾状核、丘脑(P=0.021),黑质ISS内迂曲度最大(P=0.280)。丘脑局部k’大于尾状核和黑质区域(P=0.000)。结论钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)在大鼠深部脑组织内分布呈分区特征,各分区内药物的分布与清除速率各不相同。脑局部给药需考虑脑内ISS的解剖分区以及各个脑分区的物质转运与脑组织液流动参数特征。

关键词：组织间液细胞外间隙示踪剂扩散

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强激光场中原子分子动力学研究

强激光场中原子分子动力学研究

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第十六届全国原子与分子物理学术会议

作者：陈京柳晓军程亚徐至展北京应用物理与计算数学研究所中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室

我们利用量子S矩阵理论、半经典模型和解含时薛定谔方程的数值方法对原子分子在超短超强激光场中的电离和高次谐波产生等过程进行了系统的研究。发展了量子S矩阵理论,提出一种考虑电子波包的有限空间尺度的方法以克服原有理论处理长程... 详细信息

我们利用量子S矩阵理论、半经典模型和解含时薛定谔方程的数值方法对原子分子在超短超强激光场中的电离和高次谐波产生等过程进行了系统的研究。发展了量子S矩阵理论,提出一种考虑电子波包的有限空间尺度的方法以克服原有理论处理长程库仑场时出现的发散困难,对原子在线极化强激光场中隧穿区域的单电离过程进行了研究,发现低能光电子能

关键词：强激光场高次谐波产生库仑场分子动力学

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氘分子激发态动力学参数的快电子碰撞研究

氘分子激发态动力学参数的快电子碰撞研究

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第十九届全国原子与分子物理学术会议

作者：陈涛徐龙泉彭裔耕熊涛刘亚伟吴勇王建国朱林繁合肥微尺度物质科学国家实验室中国科学技术大学近代物理系安徽合肥230026 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

氘作为氢的同位素,尽管含量稀少,但是它在天体物理、等离子体物理、核聚变及某些特殊领域如特种灯泡等基础和应用领域有着独特的重要应用。同H2分子一样,D2分子是自然界中最简单的双原子分子,实验测量的动力学参数可以检验各种理论模型...

氘作为氢的同位素,尽管含量稀少,但是它在天体物理、等离子体物理、核聚变及某些特殊领域如特种灯泡等基础和应用领域有着独特的重要应用。同H2分子一样,D2分子是自然界中最简单的双原子分子,实验测量的动力学参数可以检验各种理论模型和计算方法的正确性以及所用波函数的精确性。

关键词：

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复杂流动过程的DBM动理学建模与模拟

复杂流动过程的DBM动理学建模与模拟

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第十四届全国物理力学学术会议

作者：许爱国张广财北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

复杂流体系统的形式各异,广泛存在于自然界和工程物理等领域。基于Navier Stokes的传统宏观流体模型不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为,而微观粒子模拟在时间和空间尺度上往往不能满足实际需求,因此包含大量微介观结构、复杂非平衡... 详细信息

复杂流体系统的形式各异,广泛存在于自然界和工程物理等领域。基于Navier Stokes的传统宏观流体模型不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为,而微观粒子模拟在时间和空间尺度上往往不能满足实际需求,因此包含大量微介观结构、复杂非平衡行为的复杂流动系统的物理建模、算法设计与信息提取均存在较高的挑战性。在Boltzmann方程基础上经过两次重要的粗粒化物理建模得到的离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann Method,DBM)正在成为冲击波、燃烧、流体不稳定性、相变等非平衡复杂流体系统的一种全新的动理学描述、建模、模拟和分析方法。本报告综述本课题组近年来在该领域的主要进展。内容重点体现:(1)从数学建模角度,DBM模型与传统流体模型的唯一差异就是用离散Boltzmann方程取代原来的Navier-Stokes方程,但从物理建模角度,一个DBM模型相当于一个传统的流体模型外加一个关于热动非平衡效应的粗粒化模型;(2)利用DBM提供的信息,可以建立"无组织动量流"、"无组织能量流"、化学反应速率与熵增率之间的解析关系式;(3)DBM所提供的非平衡特征已经用于特征区域分布函数的主要特征恢复、复杂流体系统内各种界面的物理甄别与追踪、相变研究中划分"亚稳相分解"和"相畴增长"两个阶段的物理判据、Rayleigh Taylor不稳定性研究中划分可压效应两个阶段的物理判据等;(4)除了可以从更基本的层面理解相应物理系统的特征、机制和规律外,研究结果可为现有程序或软件中宏观模型的改进(如修正项的构造)提供物理参考。

关键词：复杂流体非平衡动理学建模复杂物理场分析

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基于自匹配共振加速机制产生高能量密度准直电子束

基于自匹配共振加速机制产生高能量密度准直电子束

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第七届全国青年计算物理学术会议

作者：刘彬王鸿勇刘杰傅立斌许游江颜学庆贺贤土北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理教育部重点实验室核物理与技术国家重点实验室北京应用物理与计算数学研究所

随着激光技术的迅猛发展,超强激光与等离子体相互作用正逐渐成为物理学的一个重要分支,启发并开创了许多全新的研究领域,如高能粒子加速、天体物理实验室模拟、惯性约束聚变、医学治疗及生物诊断等。激光与等离子体相互作用,是一个复杂... 详细信息

随着激光技术的迅猛发展,超强激光与等离子体相互作用正逐渐成为物理学的一个重要分支,启发并开创了许多全新的研究领域,如高能粒子加速、天体物理实验室模拟、惯性约束聚变、医学治疗及生物诊断等。激光与等离子体相互作用,是一个复杂的、外部驱动的、多体的相互作用。随着激光等离子体参数变化,相互作用规律也会有所不同。对于超强激光脉冲,在稀薄等离子体密度下,

关键词：高能量密度激光频率相对论电子临界密度加速机制

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多核集群中系统噪音的测量

多核集群中系统噪音的测量

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2012全国高性能计算学术年会

作者：武林平 Wu Linping 魏勇 Wei Yong 刘旭 Liu Xu 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beijing 100094 China 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094 计算机体系结构国家重点实验室中国科学院计算技术研究所北京100190 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beijing 100094 China State Key Laborato

并行程序在运行过程中,位于计算节点上的进程经常由于CPU要处理来自硬件、固件、节点操作系统、系统管理软件等部件的干扰而被迫中断,这些由于系统部件所引起的计算进程中断被称之为“系统噪音”.相关研究表明,噪音的叠加对大规模并行... 详细信息

并行程序在运行过程中,位于计算节点上的进程经常由于CPU要处理来自硬件、固件、节点操作系统、系统管理软件等部件的干扰而被迫中断,这些由于系统部件所引起的计算进程中断被称之为“系统噪音”.相关研究表明,噪音的叠加对大规模并行程序的性能有较大影响,特别是当前的大规模集群系统,单节点数十核、全系统数万核,需要对系统噪音进行精确的量化分析.本文在总结相关研究的基础上,实现了一个低开销、可扩展性好的噪音测量软件NoiseProfiler.该软件实现固定工作量、固定时间量、噪音序列三种噪音测量方法,能够从不同视角刻画系统的噪音特征;实现单核、单CPU、全节点三种测量流程,分别针对多核集群系统的多种使用模式;低时间开销,在2000个节点上测量时间最长1458秒;具有良好的可扩展性,节点数量从125增加到2000,其测量总时间仅增加3.9％.应用到某单位生产系统P上,检测到P内存在两类较大噪音源,通过改进系统、消除噪音源,实际并行程序的测试性能分别提升38.5％、48％.

关键词：并行程序多核集群系统噪音测量性能优化

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一种适合于分布式并行计算改进的平方共轭残差法

一种适合于分布式并行计算改进的平方共轭残差法

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2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议

作者：张理涛黄廷祝谷同祥左宪禹电子科技大学应用数学学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室河南师范大学数学与信息科学学院

基于CRS提出了一种适合于分布式并行环境改进的平方共轭残差方法——ICRS.通过算法重构,ICRS方法将CRS方法所需要的2个全局同步化点降低到了1个,没有数据相关性.理论分析和实验表明ICRS方法比CRS方法具有更好的并行性和可扩展性.

关键词： Krylov子空间方法 ICRS 分布式并行计算

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金属铈相变的第一原理研究

金属铈相变的第一原理研究

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2017中国材料大会(cmc2017)

作者：田明锋宋海峰戴希张健北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家重点实验室

金属铈具有广泛用途，可用于稀土磁性材料，特种钢及有色金属合金添加剂，也可作储氢材料、储电材料等。由于铈4f 电子的强关联效应，导致铈物理、化学性质的理论研究十分困难，例如铈的α-γ 同构相变问题成为了凝聚态物理领域的经典... 详细信息

金属铈具有广泛用途，可用于稀土磁性材料，特种钢及有色金属合金添加剂，也可作储氢材料、储电材料等。由于铈4f 电子的强关联效应，导致铈物理、化学性质的理论研究十分困难，例如铈的α-γ 同构相变问题成为了凝聚态物理领域的经典难题。

关键词：金属铈相变第一原理

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