检索结果-内蒙古大学图书馆

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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基于平均密度剖面与质量守恒原理的改进浮阻力模型

基于平均密度剖面与质量守恒原理的改进浮阻力模型

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：李玘祥张又升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研究中心

Rayleigh-Taylor(RT)与Richtmyer-Meshkov(RM)湍流混合广泛存在于各类自然现象和工程问题中,准确预测其混合宽度演化具有重要的科学意义与工程价值。研究者将轻(重)流体侵入重(轻)流体的部分称为尖钉(气泡)混合区。基于势流理论发展而... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)与Richtmyer-Meshkov(RM)湍流混合广泛存在于各类自然现象和工程问题中,准确预测其混合宽度演化具有重要的科学意义与工程价值。研究者将轻(重)流体侵入重(轻)流体的部分称为尖钉(气泡)混合区。基于势流理论发展而来的浮阻力模型被广泛用于该混合宽度的预测,但是先前模型仍具有较强的经验性与局限性。本文基于物理演化规律及约束改进了浮阻力模型,显著提升了其泛用性。首先,本文认为尖钉与气泡混合区的演化存在相互作用。为此,我们放弃先前模型中分别求解尖钉与气泡混合区演化的方法,转而单独建立包含惯性力、阻力、浮力项的气泡混合宽度演化方程。通过求解该方程得到气泡混合区宽度演化,然后利用质量守恒定理将尖钉区与气泡区演化关联。其次,在惯性力项的建模中需要知悉气泡混合区平均密度。为此,本文通过物理约束改进了先前的混合剖面理论,获得了任意密度比下的密度剖面与混合区平均密度。再次,以模型能够预测RM混合为约束,反解气泡区浮阻力方程确定阻力项的形式与阻力系数值。最后,考虑到气泡区演化的卷吸效应,本文在浮力项中引入待定浮力系数。利用RT混合在密度比趋于1时的渐近演化作为约束,反解出浮力系数的表达式。综合应用表明:当前模型在同一套模型系数下,不但可以准确预测任意密度比下常加速度与冲击加速度驱动的混合宽度演化,而且对一些复杂变加速度驱动的混合宽度演化问题仍有良好的预测能力。

关键词： Rayleigh-Taylor混合 Richtmyer-Meshkov混合质量守恒浮阻力模型

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椭偏光场下锂原子共振激发过程(特邀)

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光学学报 2024年第17期44卷 313-321页

作者：齐昕郭丽易小鹏胡师林陈京上海师范大学数理学院物理系上海200234 中国工程物理研究院北京应用物理与计算数学研究所北京100088 汕头大学理学院物理系先进光学与光子学研究中心广东汕头515063 中国科学技术大学物理学院合肥微尺度物质科学国家研究中心安徽合肥230026 深圳技术大学工程物理学院深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室广东深圳518118

基于散射矩阵理论建立了在强激光场作用下电子从基态直接跃迁到里德伯态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德伯态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现:当光强较低时,激发过程与微扰理论一致;但当... 详细信息

基于散射矩阵理论建立了在强激光场作用下电子从基态直接跃迁到里德伯态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德伯态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现:当光强较低时,激发过程与微扰理论一致;但当光强较高时,激光场不仅使里德伯态的能级发生移动,而且对里德伯态的空间相位分布也产生了影响,进而改变了激发率随光场椭偏率的变化曲线。同时,计算结果也展现出椭偏场多光子激发过程中角动量和磁量子数跃迁选择定则特点:当共振激发过程吸收偶数或者奇数个光子时,初态与里德伯态的轨道角动量量子数(磁量子数)的奇偶性分别一致或者相反。

关键词：超快光学场缀饰的里德伯态多光子共振散射矩阵理论

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界面失稳诱导湍流混合的局部转捩准则及建模研究

界面失稳诱导湍流混合的局部转捩准则及建模研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：肖梦娟张又升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研究中心

界面不稳定性诱导的湍流混合过程是武器物理、惯性约束聚变等聚变工程问题的典型过程之一,过程中混合转捩阶段及混合形态特征的演化是关系点火成败的关键因素。但涉及的相关机制、依赖关系、判断准则及工程建模研究极其匮乏,是制约当前... 详细信息

界面不稳定性诱导的湍流混合过程是武器物理、惯性约束聚变等聚变工程问题的典型过程之一,过程中混合转捩阶段及混合形态特征的演化是关系点火成败的关键因素。但涉及的相关机制、依赖关系、判断准则及工程建模研究极其匮乏,是制约当前聚变工程问题应用的关键瓶颈。本报告将介绍团队近期在局部转捩准则及建模方面的研究进展,具体包括:基于高精度大涡模拟,系统分析混合转捩形态特征与转捩演化的规律关系;理论推导并构建基于混合形态特征的局部时空转捩准则;基于该转捩准则及团队先前已成熟发展的充分发展湍流混合模型,构建能描述界面失稳、混合转捩至充分发展湍流全过程的转捩模型,为聚变工程问题的应用研究提供有力支撑。

关键词：湍流混合转捩局部转捩准则转捩模型混合形态特征

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多流管网格上九点格式的节点插值方法

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计算物理 2021年第2期38卷 153-164页

作者：徐金景袁光伟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京100088

多流管方法是二维多介质辐射流体力学数值模拟中一类常用的求解方法,它采用Lagrange-Euler混合型四边形网格,称为多流管网格。通常其网格品质高于一般的四边形网格。在这类网格上,可以利用网格特性对九点扩散格式中的节点插值方法进行... 详细信息

多流管方法是二维多介质辐射流体力学数值模拟中一类常用的求解方法,它采用Lagrange-Euler混合型四边形网格,称为多流管网格。通常其网格品质高于一般的四边形网格。在这类网格上,可以利用网格特性对九点扩散格式中的节点插值方法进行改进。本文利用调和平均点和梯度离散构造的方法提出几种节点插值方法。并给出数值实验,说明现有应用程序中的节点插值方法损失精度,而新的节点插值方法能够使得九点格式在多流管网格上具有二阶精度。

关键词：九点格式扩散方程节点插值多流管网格

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