检索结果-内蒙古大学图书馆

国防科技大学学报 2021年第2期43卷 33-39页

作者：徐权刘田田冷珏琳杨洋郑澎中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院计算机应用研究所四川绵阳621900

高性能计算机的快速发展为数值模拟提供了必需的硬件环境,数值模拟领域对网格的需求已高达数十亿到数百亿量级,而网格生成作为数值模拟的重要一环,其发展则相对滞后,很难满足并行数值模拟求解器对大规模网格的需求。本文面向复杂几何模... 详细信息

高性能计算机的快速发展为数值模拟提供了必需的硬件环境,数值模拟领域对网格的需求已高达数十亿到数百亿量级,而网格生成作为数值模拟的重要一环,其发展则相对滞后,很难满足并行数值模拟求解器对大规模网格的需求。本文面向复杂几何模型提出一种多级并行四面体网格生成算法,该算法首先基于模型的几何特征建立网格的尺寸场,并基于尺寸场和几何实体间的邻接关系对几何实体进行分组,将分组后的几何实体分配到不同的计算节点,在计算节点间采用前沿推进法实现三角形面网格的并行生成,然后在计算节点内对三角形面网格进行二级区域分解,将分解后的子网格分配到各进程中,最后在进程内采用多线程并行方法实现四面体网格的并行生成。通过实际应用三峡大坝模型进行验证,该算法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数千处理器核上实现十亿规模高质量四面体网格的并行生成。

关键词：网格生成区域分解四面体网格并行计算

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超热电子能量沉积的Fokker-Planck方程模拟

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计算物理 2023年第2期40卷 222-231页

作者：张华李明强彭力何民卿吴思忠周沧涛深圳技术大学先进材料测试技术研究中心广东深圳518118 深圳技术大学工程物理学院广东深圳518118 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

围绕超热电子在高密度等离子体中传输和能量沉积问题,从相对论粒子碰撞基本物理出发,综合考虑相对论库伦碰撞和集体效应下等能量损失过程、背景等离子体电子回流和升温过程,建立超热电子相对论Fokker-Planck混合模型;构造直角-动量球坐... 详细信息

围绕超热电子在高密度等离子体中传输和能量沉积问题,从相对论粒子碰撞基本物理出发,综合考虑相对论库伦碰撞和集体效应下等能量损失过程、背景等离子体电子回流和升温过程,建立超热电子相对论Fokker-Planck混合模型;构造直角-动量球坐标系下Fokker-Planck方程的有限体积算法,通过计算单能电子束在高密度等离子体中能量沉积和磁场产生过程,验证数值模拟程序。针对激光惯性聚变中超热电子的预加热效应,计算超热电子能量为单能和双麦氏分布情形下在靶丸中的能量沉积占比。

关键词：相对论Fokker-Planck方程电子束超热电子能量沉积

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基于时间演化响应面模型的JWL状态方程参数标定方法

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山东大学学报（理学版） 2024年第4期59卷 117-126页

作者：梁霄王朔王瑞利陈江涛山东科技大学数学与系统科学学院山东青岛266590 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

综合试验数据和建模与模拟结果,标定爆轰产物JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程中的唯象参数,对理解爆轰膨胀驱动过程和评价做功能力至关重要。时间演化代理模型能构建重要参数与系统响应量(system response quantity,SRQ)之间较为简洁的... 详细信息

综合试验数据和建模与模拟结果,标定爆轰产物JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程中的唯象参数,对理解爆轰膨胀驱动过程和评价做功能力至关重要。时间演化代理模型能构建重要参数与系统响应量(system response quantity,SRQ)之间较为简洁的函数关系,为描述爆轰动力行为和参数标定提供一种快速高精度算法。本文首先利用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)技术对爆轰产物JWL状态方程中的不确定参数进行抽样,选取有效数据并分成两组:第一组进行高分辨率仿真,使用具有自主知识产权爆轰数值软件CFD2D计算得到径向壁位置和径向壁速度,输出结果用于构建不确定JWL参数和SRQ之间的时间演化响应面模型;第二组用于评估时间演化代理模型的精确度。其次,定义代理模型与试验数据之间的残差,进而搜索最小残差获得最优参数。结果表明:将最优参数代入高分辨率模型后导出的SRQ的输出结果和试验数据吻合较好,从而完成了参数标定和模型确认。结果为武器型号设计和装备性能评估提供依据。

关键词：参数标定拉丁超立方抽样时间演化响应面模型法圆筒试验 JWL状态方程

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JFNK方法在S_(N)输运计算中的应用

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计算物理 2021年第4期38卷 381-392页

作者：朱凯博徐龙飞潘流俊沈华韵中国工程物理研究院研究生院北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是一种求解非线性方程的高效迭代算法。传统输运计算中的负通量修正与k-特征值迭代使得原本线性的输运计算转变为非线性问题数值求解。为提高非线性输运问题的计算效率,将这两类非线性问题离散成... 详细信息

JFNK(Jacobian-free Newton-Krylov)方法是一种求解非线性方程的高效迭代算法。传统输运计算中的负通量修正与k-特征值迭代使得原本线性的输运计算转变为非线性问题数值求解。为提高非线性输运问题的计算效率,将这两类非线性问题离散成残差形式的非线性方程组,并采用JFNK方法对其进行迭代求解。分析不同约束条件对JFNK方法性能的影响,并将其与NK(Newton-Krylov)方法进行对比。针对JFNK方法的内迭代过程,分析两类子空间方法(GMRES(m)与LGMRES)对整体计算效率的影响。数值结果表明:(1)相比于传统的幂迭代方法,JFNK方法具有更高的计算效率;(2)Jacobian矩阵向量积的差分近似对结果没有影响,且基于物理的约束条件比标准的数学约束更加高效;(3)LGMRES可以充分利用子空间的信息,从而使得JFNK方法整体表现更加高效。

关键词：负通量修正 k-特征值问题非线性输运离散纵标 JFNK方法

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激波/平板层流边界层干扰熵增特性

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航空学报 2023年第21期44卷 269-286页

作者：宋家辉许爱国苗龙廖煜淦梁福文田丰聂明卿王宁飞北京理工大学宇航学院北京100081 北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室北京100088 冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室绵阳621900 北京理工大学爆炸科学技术国家重点实验室北京100081 北京大学工学院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北京100871 北京理工大学重庆创新中心重庆404100

超声速流动中存在着复杂的激波/边界层干扰现象。在激波/边界层干扰中,激波引起的“波阻”和边界层引起的“摩擦阻力”是气动阻力的主要来源,而这两种阻力均与熵增直接相关,因而熵增是评估超声速流中气动阻力的关键参数。采用基于非平... 详细信息

超声速流动中存在着复杂的激波/边界层干扰现象。在激波/边界层干扰中,激波引起的“波阻”和边界层引起的“摩擦阻力”是气动阻力的主要来源,而这两种阻力均与熵增直接相关,因而熵增是评估超声速流中气动阻力的关键参数。采用基于非平衡统计物理学的离散玻尔兹曼方法(DBM)对高马赫数规则反射及激波/层流平板边界层干扰问题进行了仿真研究,借助高阶非守恒动理学矩,DBM可以方便地捕捉黏性和热流等热力学非平衡效应,并定量化研究两者引起的熵产生率。结果表明:对于规则反射,反射激波中的非平衡强度强于入射激波;对于激波/层流平板边界层干扰,激波中黏性引起的熵产生率占主导,边界层中热流引起的熵产生率占主导,两种熵产生率的强度均随马赫数的增加而增强。研究结果可为评估进气道内的流动品质提供理论指导。

关键词：超燃冲压发动机熵增非平衡特性离散玻尔兹曼方法激波/层流边界层干扰

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磁瑞利-泰勒不稳定性非线性演化数值模拟

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计算物理 2021年第1期38卷 5-15页

作者：曹启伟肖德龙杨显俊王建国北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院研究生院北京100083

基于理想磁流体力学模型,采用5阶WENO有限差分格式结合磁场伪散度清除投影算法,发展二维数值模拟程序,利用线性理论对程序进行检验,在此基础上研究磁瑞利-泰勒(MRT)不稳定性非线性演化物理过程和发展规律。结果表明:垂直于加速度方向磁... 详细信息

基于理想磁流体力学模型,采用5阶WENO有限差分格式结合磁场伪散度清除投影算法,发展二维数值模拟程序,利用线性理论对程序进行检验,在此基础上研究磁瑞利-泰勒(MRT)不稳定性非线性演化物理过程和发展规律。结果表明:垂直于加速度方向磁场在线性和非线性阶段对MRT扰动发展都有较强的制稳作用,而平行于加速度方向磁场在线性阶段对MRT扰动发展影响较小,但在MRT扰动非线性发展阶段会对由于流场变化产生的K-H不稳定性有显著的制稳作用,从而抑制总的扰动发展。在MRT非线性发展过程中,由于波模耦合相互作用,单模演化会产生高次谐波;双模演化会产生除基模和谐波以外的其他波模,其扰动幅度甚至超过基模;多模演化过程中发生逆级联过程,即短波长扰动逐渐向长波长扰动发展。

关键词：磁流体力学 WENO有限差分格式磁瑞利-泰勒不稳定性线性稳定性波模耦合

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用于腔体内电磁脉冲模拟的三维并行全电磁粒子方法

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强激光与粒子束 2021年第12期33卷 97-102页

作者：孟雪松李光荣赵振国燕朝叙张玲玉中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

X射线辐照飞行器等腔体在其内部产生的腔体内电磁脉冲,会干扰其内部电子系统的正常工作,进而影响飞行器的运行和生存。介绍一种三维并行全电磁粒子方法,用于模拟X射线辐照腔体在其内部产生的瞬态电磁脉冲响应。在这一数值方法中,时域有... 详细信息

X射线辐照飞行器等腔体在其内部产生的腔体内电磁脉冲,会干扰其内部电子系统的正常工作,进而影响飞行器的运行和生存。介绍一种三维并行全电磁粒子方法,用于模拟X射线辐照腔体在其内部产生的瞬态电磁脉冲响应。在这一数值方法中,时域有限差分方法和Particle-in-Cell方法用来求解瞬态电磁场的产生和带电粒子运动之间的耦合关系,有效电流分配方法用来计算瞬态电磁场产生的源项。该方法基于JASMIN并行框架实现,可模拟含数亿网格和数亿粒子的三维腔体结构的内电磁脉冲响应,且具备大规模并行的优势。用这一方法来模拟圆柱腔体在X射线辐照下的腔体内电磁脉冲响应,其计算结果与文献结果吻合较好,验证了算法的有效性和正确性。

关键词：系统电磁脉冲腔体内电磁脉冲三维并行全电磁粒子方法 Particle-in-Cell方法

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一种求解二维辐射流体力学方程组的显隐式格式

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计算物理 2021年第4期38卷 401-417页

作者：房尧立王一中国工程物理研究院研究生院北京100094 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

构造一种求解二维辐射流体力学方程组的有限体积方法。相较于Euler方程组,辐射流体力学方程组的数值格式设计更为困难。不仅辐射压力与辐射能量的强非线性增加了数值计算的难度,而且求解强激波问题也是一大难点。与此同时,物质量以声速... 详细信息

构造一种求解二维辐射流体力学方程组的有限体积方法。相较于Euler方程组,辐射流体力学方程组的数值格式设计更为困难。不仅辐射压力与辐射能量的强非线性增加了数值计算的难度,而且求解强激波问题也是一大难点。与此同时,物质量以声速传播,辐射量以光速传播也增加了该系统求解的难度。为了克服这些难点,我们使用MUSCL-Hancock方法求解模型的双曲部分,利用TR/BDF2的变换格式求解其扩散部分。给出了灰非平衡扩散模型关于时间的渐近分析。最后,通过数值实验展现该格式的表现。

关键词：辐射流体力学 Godunov-type格式 MUSCL Hancock 二维空间维度

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Rayleigh-Taylor混合转捩中间歇因子的时空演化规律研究

Rayleigh-Taylor混合转捩中间歇因子的时空演化规律研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：齐涵张又升何志伟许爱国北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室北京大学应用物理与技术中心

由界面不稳定性诱导的混合存在于惯性约束聚变等工程问题中,其中Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性是影响聚变工程实践中混合演化的关键机制。目前工程数值模拟的主流方法—Reynolds averaged Navier-Stokes（RANS）方法无法准确捕捉RT混... 详细信息

由界面不稳定性诱导的混合存在于惯性约束聚变等工程问题中,其中Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性是影响聚变工程实践中混合演化的关键机制。目前工程数值模拟的主流方法—Reynolds averaged Navier-Stokes（RANS）方法无法准确捕捉RT混合中混合转捩阶段的时空变化特征,影响了对工程最终聚变性能的评估。学术界对混合转捩的研究较少且局限于全局混合转捩判据,无法落地工程。但是,在航空领域,基于间歇因子—Y的RANS模型,能够很好地预测转捩的局域特征,而在RT混合中并没有Y的相关研究。为此,本文开展了RT混合的大规模数值模拟,并以Y为研究对象,开展了两方面工作。（1）对比了不同时刻拟涡能与湍动能的概率密度函数（PDF）分布,发现相比于湍动能,拟涡能的PDF随时间的变化更加符合前人的混合转捩准则（时间尺度转捩准则,基于外尺度雷诺数的最小湍流态）,因此本文选择使用拟涡能来提取Y。（2）基于流场数据提取了Y,并分析了Y的时空演化规律,以及Y与混合统计量的关系;具体如下:（a）基于不同时刻拟涡能的PDF,并结合结构函数划分阈值,从而识别不同时刻流场的湍流/非湍流区域,提取了不同时刻流场中的Y;（b）发现不同时刻Y空间分布的最大值Y的时间演化大致符合前人的全局转捩判据;（c）分析了Y的空间分布,发现不同时刻Y空间分布与不同层次的混合统计量存在同一定量关系。与前人的基于全局量的混合转捩判据不同,本文获取了表征局域转捩特征的Y,并成功使用Y刻画RT混合转捩过程,这为发展能够预测混合转捩的RANS模型奠定了基础。

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性混合转捩间歇因子

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基于JASMIN平台的复合材料方舱SE快速评估

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强激光与粒子束 2021年第5期33卷 45-52页

作者：钟金逾刘强闫丽萍赵翔孟雪松周海京四川大学电子信息学院成都610065 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

在时域有限差分(FDTD)法中采用亚网格边界条件(SGBC)法对复合材料薄层结构进行建模,可以突破复合材料薄层对空间步长的限制从而大大降低计算成本。基于大规模并行化平台JASMIN实现了SGBCFDTD算法,通过对复合材料薄层结构的自动建模和适... 详细信息

在时域有限差分(FDTD)法中采用亚网格边界条件(SGBC)法对复合材料薄层结构进行建模,可以突破复合材料薄层对空间步长的限制从而大大降低计算成本。基于大规模并行化平台JASMIN实现了SGBCFDTD算法,通过对复合材料薄层结构的自动建模和适配,实现对复合材料薄层的快速并行化处理。利用所开发的并行SGBC-FDTD算法计算分析了含不同电磁特性复合材料薄层方舱在0.1~1.0 GHz内的电磁屏蔽效能,结果表明采用并行SGBC-FDTD算法的计算结果与全波分析软件计算结果吻合完好,且计算效率显著提升。

关键词：并行化复合材料亚网格边界条件法时域有限差分法屏蔽效能

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