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第十三届全国流体力学学术会议

作者：黄乾旻任玉新胡文强中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所清华大学航天航空学院学院工程力学系北京航天长征飞行器研究所

稳健性不足是制约计算流体力学高阶格式实用化的根本因素之一,主要表现为计算过程中具有正定性的物理量(如密度、压力等)无法保持正值,导致因非物理的演化而造成计算发散。已有的保正算法主要围绕Euler方程开展讨论,基于基准保正格式发... 详细信息

稳健性不足是制约计算流体力学高阶格式实用化的根本因素之一,主要表现为计算过程中具有正定性的物理量(如密度、压力等)无法保持正值,导致因非物理的演化而造成计算发散。已有的保正算法主要围绕Euler方程开展讨论,基于基准保正格式发展了以斜率限制和通量限制为代表的保正算法,实现了保正性、精度、守恒性及相容性的要求。由于难以找到NS方程的基准保正格式,因此将Euler方程的方法推广到NS方程面临挑战。进一步,考虑隐式求解的Euler和NS方程时,验证隐式条件下保正性也变得困难。发展适用于NS方程隐式时间积分的保正算法,其关键是如何建立收敛到密度和内能(压力)正定的弱解。本文发展了空间高阶、时间二阶的NS方程隐式时间积分的保正算法,分析了算法的保正性、精度、守恒性和相容性。相比现有算法,本文所提算法除了具有高阶的特点,还不依赖于低阶基准保正格式的存在性、变量体积积分凸分解的存在性以及对物理时间步长的大幅限制,通用性显著提升。同时,该算法具有良好的可扩展性,易于在以高精度有限体积法、间断伽辽金法等为代表的高精度方法上实现。本文在国内开源软件框架上植入了算法,通过典型算例,验证了算法,在相同分辨率的网格上相比文献得到了分辨率更高的数值解,为高精度方法实用化提供了研究基础。

关键词：保正高精度有限体积法隐式时间积分通量修正残差修正

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飞秒光场中锂原子三重电离的光电子关联动量与能量谱研究(特邀)

飞秒光场中锂原子三重电离的光电子关联动量与能量谱研究(特邀)

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西安光机所建所60周年纪念暨创新发展大会

作者：刘士炜叶地发刘杰北京计算科学研究中心北京 100193 北京应用物理与计算数学研究所北京 100088 中国工程物理研究院研究生院北京 100193

理论研究了飞秒光场中锂原子的三重电离问题。改进经典轨道蒙特卡罗方法获得了锂原子基态的稳定构型并数值计算了激光强度范围为1013 W/cm2至1017 W/cm2锂的电离率。分析电离后Li3+的动量谱,揭示了包括非序列三重电离与序列三重电离的... 详细信息

理论研究了飞秒光场中锂原子的三重电离问题。改进经典轨道蒙特卡罗方法获得了锂原子基态的稳定构型并数值计算了激光强度范围为1013 W/cm2至1017 W/cm2锂的电离率。分析电离后Li3+的动量谱,揭示了包括非序列三重电离与序列三重电离的电离机制。根据Dalitz图中绘制的电子能量分布的关联谱,发现在非序列三重电离过程中存在明确的(e,3e)电子关联效应,即率先电离的电子与母离子发生再散射,使得内壳层的两个电子同时电离。此外,模拟表明即使在强度高达1017 W/cm2的序列三重电离区域也存在电子再散射过程。

关键词：强场激光物理超快过程碱金属原子多重电离电子关联

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一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法

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中国科学：数学 2021年第8期51卷 1297-1320页

作者：张宁李瑜谢和虎徐然游春光中国科学院电工研究所北京100190 天津财经大学管理可计算建模协同创新中心天津300222 中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所北京100190 中国科学院科学与工程计算国家重点实验室北京100190 中国科学院国家数学与交叉科学研究中心北京100190 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

本文基于阻尼块反幂法与子空间投影算法设计了一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法,同时也实现了相应的计算软件包.然后对算法和计算过程进行一系列的优化来提高算法的稳定性、计算效率和并行可扩展性,使得本文的算法适合在并行计算... 详细信息

本文基于阻尼块反幂法与子空间投影算法设计了一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法,同时也实现了相应的计算软件包.然后对算法和计算过程进行一系列的优化来提高算法的稳定性、计算效率和并行可扩展性,使得本文的算法适合在并行计算环境下求解大规模稀疏矩阵的特征值.所形成的软件包不依赖于矩阵和向量的具体结构,可以应用于任意的矩阵向量结构.针对几种典型矩阵的测试结果表明,本文的算法和软件包不但具有良好的数值稳定性和可扩展性,同时相比于SLEPc软件包中的LOBPCG (locally optimal block preconditioned conjugate gradient)和Jacobi-Davidson解法器有2至6倍的效率提升.软件包的网址是https://***/pase2017/GCGE-1.0.

关键词：特征值问题阻尼块反幂法广义共轭梯度法稳定性可拓展性

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AECSC-JASMIN湍流燃烧仿真软件研发和检验

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航空学报 2021年第12期42卷 122-134页

作者：王方王煜栋姜胜利陈军唐军徐华胜李象远邢竞文高东硕金捷北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 中国燃气涡轮研究院成都610599 四川大学化学工程学院成都610065

航空发动机燃烧室几何结构复杂,湍流和化学反应存在强烈非线性相互作用,需要对流动和燃烧及其相互作用进行高精度高时空分辨率的刻画,目前燃烧室湍流燃烧数值模拟仍然是高难度的瓶颈问题之一。介绍了由北京航空航天大学航空发动机数值... 详细信息

航空发动机燃烧室几何结构复杂,湍流和化学反应存在强烈非线性相互作用,需要对流动和燃烧及其相互作用进行高精度高时空分辨率的刻画,目前燃烧室湍流燃烧数值模拟仍然是高难度的瓶颈问题之一。介绍了由北京航空航天大学航空发动机数值仿真研究中心、北京应用物理与计算数学研究所和中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心联合研发的AECSC-JASMIN软件主要框架、算法以及针对该软件的算例检验。在Sandia射流火焰、支板火焰和单头部燃烧室检验算例中,对比实验数据,射流和支板火焰预测结果与实验值一致;支板算例的平均相对误差在15%之内;单头部燃烧室模拟结果符合物理实际,总压损失与实验值基本吻合。说明AECSC-JASMIN软件可用于复杂结构高分辨率高精度湍流燃烧数值模拟。

关键词：航空发动机燃烧室大涡模拟(LES) 概率密度函数输运方程湍流燃烧模型(TPDF) AECSC软件 JASMIN框架数值模拟

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激光惯性约束聚变动理学效应研究进展

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强激光与粒子束 2021年第1期33卷 88-96页

作者：单连强吴凤娟袁宗强王为武蔡洪波田超张锋张天奎邓志刚张文帅滕建毕碧杨思谦杨冬周维民谷渝秋张保汉朱少平中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体重点实验室四川绵阳621999 西南科技大学极端条件物质特性联合实验室四川绵阳621010 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

动理学效应的研究是近年来激光惯性约束聚变领域的研究热点,有助于理解实验结果和传统流体模拟之间的偏差。间接驱动黑腔中等离子体的温度、密度跨越多个量级且靶丸组分复杂,在局域的高温低密度区域,粒子的非平衡效应开始变得显著,可能... 详细信息

动理学效应的研究是近年来激光惯性约束聚变领域的研究热点,有助于理解实验结果和传统流体模拟之间的偏差。间接驱动黑腔中等离子体的温度、密度跨越多个量级且靶丸组分复杂,在局域的高温低密度区域,粒子的非平衡效应开始变得显著,可能会间接影响内爆性能。对ICF领域动理学效应的概念和部分进展做了简要综述。

关键词：激光聚变动理学效应非平衡

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欧拉框架下基于清晰界面的多介质计算方法

欧拉框架下基于清晰界面的多介质计算方法

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：李勇张又升王裴刘难生潘书诚北京应用物理与计算数学研究所中国科学技术大学工程科学学院近代力学系北京大学应用物理与技术研究中心西北工业大学航空学院流体力学系

极端条件下的多介质耦合问题广泛存在于航空航天、化工过程、武器设计等工程领域。这些问题通常伴随着多种介质间强烈的相互作用,具有动边界、大变形、强间断等特点,对其开展高置信度的数值模拟对我们研究和发现其中的机理具有重要的作... 详细信息

极端条件下的多介质耦合问题广泛存在于航空航天、化工过程、武器设计等工程领域。这些问题通常伴随着多种介质间强烈的相互作用,具有动边界、大变形、强间断等特点,对其开展高置信度的数值模拟对我们研究和发现其中的机理具有重要的作用。为了避免扩散界面方法中对混合区迭代求解状态方程导致的鲁棒性问题,我们采用欧拉框架下的守恒型清晰界面方法来求解不同介质之间的相互作用。在新方法中,无粘流体、牛顿流体、非牛顿流体、弹性和塑性固体等不同介质由同一套连续介质力学控制方程进行统一描述,不同介质的区别仅在于控制方程的源项和材料的状态方程。不同介质的界面由level set函数来追踪,界面穿过网格时会将全网格切割成不同形状的切割网格。我们通过在全网格上构造切割网格的有限体积格式来求解该连续介质力学模型,介质间的相互作用通过交换网格切割面上的动量、热脉冲、能量(包括做功和导热)通量来实现,不同材料的刚性源项则用算子分裂方法独立求解。通过对双流体耦合和流固耦合等问题进行数值测试,结果表明该方法可以准确复现多介质黎曼问题的理论解,并对冲击诱导的介质变形有良好的预测效果。

关键词：连续介质力学切割网格方法清晰界面流固耦合 GPR模型

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求解稀疏连续线性系统的自适应SGCRO-DR算法

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数值计算与计算机应用 2022年第2期43卷 125-141页

作者：徐达强荆燕飞胡少亮徐小文数学科学学院/计算科学研究所电子科技大学成都611731 北京应用物理与计算数学研究所、计算物理重点实验室北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

GCRO-DR方法是求解一系列连续线性系统常用迭代方法.本文首先提出了simpler GCRO-DR方法、在单个循环中它的计算成本比GCRO-DR更少.本文为了避免算法的不稳定性问题和内存溢出问题.并提高simpler GGRO-DR算法的收敛性,引入了重启参数自... 详细信息

GCRO-DR方法是求解一系列连续线性系统常用迭代方法.本文首先提出了simpler GCRO-DR方法、在单个循环中它的计算成本比GCRO-DR更少.本文为了避免算法的不稳定性问题和内存溢出问题.并提高simpler GGRO-DR算法的收敛性,引入了重启参数自适应策略.另外,在用该方法求解大型连续线性系统需要多次重启次数情形以及相邻系数矩阵之间谱信息相关情形.本文利用重启参数自适应策略提供的学习样本,通过强化学习来选取个比较好的重启参数.最后、数值实验证明了所提三类算法的有效性.

关键词：连续线性系统 simpler GCRO-DR 重启参数自适应策略强化学习

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三维拉氏理想磁流体数值模拟方法

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计算物理 2020年第4期37卷 403-412页

作者：徐骁高志明戴自换北京应用物理与计算数学研究所邓稼先创新研究中心北京100088 中国工程物理研究院研究生院北京100088

在Z箍缩驱动ICF过程中,磁场流体耦合作用是其整个物理过程中非常重要的部分.针对Z箍缩过程中多介质、大变形的特点,发展了三维相容拉氏理想磁流体交错型以及单元中心型格式,两种格式均具有一阶时间与空间精度.通过数值算例,验证其精度... 详细信息

在Z箍缩驱动ICF过程中,磁场流体耦合作用是其整个物理过程中非常重要的部分.针对Z箍缩过程中多介质、大变形的特点,发展了三维相容拉氏理想磁流体交错型以及单元中心型格式,两种格式均具有一阶时间与空间精度.通过数值算例,验证其精度和强壮性,并比较分析两种格式的特点.

关键词：三维拉氏理想磁流体交错格式单元中心格式

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激波二次冲击Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导的湍流混合大涡模拟研究

激波二次冲击Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导的湍流混合大涡模拟...

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第十二届全国流体力学学术会议

作者：张又升肖梦娟宾远为北京应用物理与计算数学研究所北京大学应用物理与技术研究中心北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室

由流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于宽泛的时空尺度问题中,而带有激波二次冲击Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导的湍流混合现象是最能反应工程复杂混合现象的一个基础研究抽象。然而,目前文献可见的大涡模拟预测,即使对... 详细信息

由流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于宽泛的时空尺度问题中,而带有激波二次冲击Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导的湍流混合现象是最能反应工程复杂混合现象的一个基础研究抽象。然而,目前文献可见的大涡模拟预测,即使对于刻画混合演化最简单也是最重要的混合宽度的演化,也不能做到很好的预测。在本报告中,我们将分别发展两类大涡模拟模拟:一类是基于K-L湍流模型约束大涡模拟模拟;一类是基于湍动能K方程的显示大涡模拟模型。这两个模型,均实现了二次冲击Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导的湍流混合宽度和结构演化的良好的预测,为未来工程应用模拟混合转捩问题奠定了很好的基础。

关键词：二次冲击RM湍流混合约束大涡模拟统一预测新思路

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任意密度比下流体界面不稳定性全时精准演化理论

任意密度比下流体界面不稳定性全时精准演化理论

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第十二届全国流体力学学术会议

作者：刘昌文张又升肖左利北京大学应用物理与技术研究中心北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室北京应用物理与计算数学研究所

Rayleigh-Taylor不稳定性和Richtmyer-Meshkov不稳定性是流体力学最经典的问题之一,广泛发生于自然界和工程问题中。准确预其前沿锋面位置及其空间曲率的演化,具有重要的科学意义和工程应用价值。半个多世纪以来,众多学者基于Layzer提... 详细信息

Rayleigh-Taylor不稳定性和Richtmyer-Meshkov不稳定性是流体力学最经典的问题之一,广泛发生于自然界和工程问题中。准确预其前沿锋面位置及其空间曲率的演化,具有重要的科学意义和工程应用价值。半个多世纪以来,众多学者基于Layzer提出的势流思想,发展了若干能较好预测势流阶段锋面位置演化的理论模型。但到目前为止,尚未见到能同时准确预测前沿锋面位置及其空间曲率的全时演化理论模型。本文借鉴Layzer势流思想,提出双点源型势函数,并基于滑移边界假设给出分层流体内部的波数关系,最终成功实现对任意密度比下锋面前缘位置及其曲率的全时演化预测。此外,本文通过新模型进一步得到了前沿锋面增长率及其空间曲率的非线性耦合机制。揭示了初始曲率对前沿锋面增长率的影响及演化过程中非线性阶段的"overshot"现象的物理起源。理论预测结果和模拟数据的高度一致,证明了本理论模型的准确性,预期该模型会对单模Rayleigh-Taylor不稳定性研究具有重要意义。

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性 Richtmyer-Meshkov不稳定性 Layzer势流思想全时演化理论模型非线性耦合机制

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