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计算物理 2025年第2期42卷 224-231页

作者：高屹郑妍徐琪张晓立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战略研究中心北京100094

构造了不含反射层和含轻材料(低原子序数材料)反射层高浓铀次临界模型,利用蒙特卡罗程序模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程,通过调整活性区、反射层尺寸和密度,调整活性区和整个系统的有效增殖因子keff值,获得不同条件下活性区... 详细信息

构造了不含反射层和含轻材料(低原子序数材料)反射层高浓铀次临界模型,利用蒙特卡罗程序模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程,通过调整活性区、反射层尺寸和密度,调整活性区和整个系统的有效增殖因子keff值,获得不同条件下活性区中子数(对不含反射层系统,活性区为系统本身)、泄漏γ射线计数率及γ计数率和活性区中子数比值随时间变化关系。研究了脉冲源法对不含反射层和含轻材料反射层次临界系统的适用性和限制条件。研究结果表明:脉冲源法仅适用于活性区近临界(活性区的keff值接近1)的次临界系统,活性区越接近临界,泄漏γ计数率越能准确反映活性区裂变衰减特性。给出了高浓铀次临界模型中确保脉冲源法适用的活性区keff限值,并讨论了脉冲源法应用于动态次临界系统的可能性。

关键词：脉冲源法次临界系统泄漏γ计数率瞬发中子衰减时间常数裂变衰减特性

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基于残差神经网络的激光转塔气动光学效应快速预测

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计算物理 2025年第2期42卷 160-170页

作者：陈周纬宇任翔张飞舟名谷同祥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

采用残差神经网络对来流Ma∞在0.3~0.8范围内球柱型激光转塔模型的稳态流场开展机器学习,建立此范围内任意来流条件下的亚声速/跨声速流场预测,并针对不同视场角下的光束波前畸变评估此模型的预估精度。学习模型可再现转塔流动中的边界... 详细信息

采用残差神经网络对来流Ma∞在0.3~0.8范围内球柱型激光转塔模型的稳态流场开展机器学习,建立此范围内任意来流条件下的亚声速/跨声速流场预测,并针对不同视场角下的光束波前畸变评估此模型的预估精度。学习模型可再现转塔流动中的边界层、流动分离以及分离剪切层等流动特征,尤其包括跨声速流动中的非锚定激波间断现象。基于预测流场计算的不同视场角下的波前分布与根据传统计算流体力学(CFD)模拟流场的结果基本一致。该机器学习方法为工程领域中激光转塔气动光学效应自适应校正提供了策略。

关键词：激光转塔气动光学效应跨声速流动机器学习残差神经网络

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耐事故核燃料UN抗氧化机制与性能增强的研究进展

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工程科学学报 2025年第4期47卷 682-696页

作者：张钰赵旭文张玉娟杨宇吕文婷刘晓光褚明福杨振亮许靖堃葛昌纯北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 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材料研究所绵阳621900

氮化铀具有高铀密度、高热导率和高熔点等优点,被认为是最有潜力的耐事故核燃料之一.尽管氮化铀在核能安全等方面展现出极高的应用价值,但高温抗氧化性能和腐蚀性能不佳是其作为候选耐事故核燃料亟需解决的问题.针对氮化铀基核燃料在堆... 详细信息

氮化铀具有高铀密度、高热导率和高熔点等优点,被认为是最有潜力的耐事故核燃料之一.尽管氮化铀在核能安全等方面展现出极高的应用价值,但高温抗氧化性能和腐蚀性能不佳是其作为候选耐事故核燃料亟需解决的问题.针对氮化铀基核燃料在堆内服役条件下的低抗氧化性能,本文总结了氮化铀在空气中的氧化反应过程和提升氮化铀核燃料抗氧化性能的方法,具体包括采用高耐腐蚀陶瓷烧结形成保护屏障、添加合适的金属元素合金化、表面涂层技术等方法.重点讨论了氮化铀与各种陶瓷抗氧化相包括二氧化铀,二硅化三铀和其他陶瓷抗氧化相烧结形成复合燃料的抗氧化性能.其中,氮化铀-二氧化铀型复合燃料相比于氮化铀在高温和高压蒸汽环境下具有更高的氧化起始温度,显示出较高的抗氧化性能.因此重点探索了氮化铀-二氧化铀型复合燃料成分和微观结构对抗氧化性能影响的微观机制以及改进措施.三氮化二铀相的生成在提高氮化铀-二氧化铀抗氧化性能方面起到关键作用,但其高温稳定性仍存在争议.另外,本文还归纳了当前氮化铀基新型燃料在抗氧化性能提升研究方面亟需解决的科学问题.

关键词：耐事故燃料氮化铀抗氧化性能二氧化铀三氮化二铀

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基于深度学习的扩散方程扩散系数反问题求解

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计算物理 2025年第2期42卷 146-159页

作者：张延庆谷同祥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

物理信息神经网络(PINN)为偏微分方程正反问题数值求解开创了一条具有广阔应用前景的新途径。本文聚焦于扩散方程的扩散系数反演问题。针对固定系数、各向异性系数、空间依赖系数、时空依赖系数以及非线性扩散系数等问题展开了系统研究... 详细信息

物理信息神经网络(PINN)为偏微分方程正反问题数值求解开创了一条具有广阔应用前景的新途径。本文聚焦于扩散方程的扩散系数反演问题。针对固定系数、各向异性系数、空间依赖系数、时空依赖系数以及非线性扩散系数等问题展开了系统研究,提出了求解各类问题所需的网络结构及求解方法。数值实验表明,PINN方法在求解扩散系数反问题时只需较少的数据即可反演出较为精确的未知系数,并在一定噪声水平下表现出较强的稳健性。

关键词：物理信息神经网络微分方程反问题扩散方程数值解

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面向电大多尺度模型的大规模并行对称半正定亚网格FDTD算法

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北京理工大学学报 2023年第6期43卷 649-656页

作者：陈晓洁鲍献丰李瀚宇张爱清周海京中国工程物理研究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

针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分... 详细信息

针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分(FDTD)算法.该算法保留了FDTD算法高并行可扩展性优势,同时可局部使用细化网格剖分电大尺寸模型精细结构部位,支持粗网格区域和细网格区域分别采用大时间步长和小时间步长进行迭代计算.算例表明,该方法在解决电大多尺度电磁模拟问题时,具有较强的并行可扩展性,同时能够保证数值计算结果的精度和稳定性,与传统的FDTD算法相比,可显著降低内存需求,提高计算效率.

关键词：电大多尺度模型对称半正定亚网格FDTD算法大规模并行

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基于蒙特卡罗程序JMCT模拟计算堆芯物理基准题VERA

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原子能科学技术 2023年第6期57卷 1131-1139页

作者：刘鹏史敦福李瑞付元光邓力中国工程物理研究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

JMCT是基于蒙特卡罗方法的中子输运程序,具有几何建模精细、截面数据准确、物理过程真实等特点,计算结果具有更高的精度。通过开发临界硼浓度搜索、输运-热工-燃耗耦合功能模块,使JMCT具备了堆芯物理计算功能。本文利用JMCT程序对CASL... 详细信息

JMCT是基于蒙特卡罗方法的中子输运程序,具有几何建模精细、截面数据准确、物理过程真实等特点,计算结果具有更高的精度。通过开发临界硼浓度搜索、输运-热工-燃耗耦合功能模块,使JMCT具备了堆芯物理计算功能。本文利用JMCT程序对CASL项目提出的堆芯物理基准题库VERA进行模拟,获得了k_(eff)、控制棒价值、反应性系数等启动物理参数以及硼降曲线等堆芯运行参数。JMCT计算结果与蒙特卡罗程序KENO-Ⅵ以及MC21进行了对比,结果符合良好,证明了JMCT具有堆芯物理计算能力,并具有较高的精度。

关键词：蒙特卡罗 VERA 多物理耦合堆芯物理

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质子碰撞硼原子非辐射的电荷转移过程

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物理学报 2023年第16期72卷 86-93页

作者：朱宇豪袁翔吴勇王建国西安建筑科技大学理学院西安710055 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100084

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系... 详细信息

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系统研究了质子碰撞硼原子在10^(-3)-10^(3)eV/u能量区间内的硼原子电子转移过程.计算采用多参考组态方法得到总共15个电子转移、激发以及弹性散射的通道,每个通道对应的分子态能量得到了与实验符合较好的结果.分子态的绝热势能曲线间的避免交叉现象明显,构成了电子转移的主要途径.计算发现,质子碰撞硼原子过程中2s轨道的电子转移是占主导地位,2p轨道的电子转移贡献较小.在低能区,电子转移截面出现了明显的量子共振现象,这些共振主要来源于不同能量通道的耦合.此外,还计算了不同温度下的质子碰撞硼原子的电子转移速率,该速率可为复杂等离子体环境的模拟诊断提供重要的原子参数支持.

关键词：电子转移重粒子碰撞势能曲线

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基于冲击Hugoniot关系的爆压性质和不确定度量化

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兵工学报 2024年第5期45卷 1673-1680页

作者：梁霄王瑞利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

精确评估炸药冲击Hugoniot参数的可信区间,有效量化冲击起爆、状态方程等唯象模型的不确定度,提高模型的鲁棒性和可靠性,会极大地降低爆压标定的成本。利用线性回归拟合方法得到冲击Hugoniot参数,采用参数估计法推导出Hugoniot参数的置... 详细信息

精确评估炸药冲击Hugoniot参数的可信区间,有效量化冲击起爆、状态方程等唯象模型的不确定度,提高模型的鲁棒性和可靠性,会极大地降低爆压标定的成本。利用线性回归拟合方法得到冲击Hugoniot参数,采用参数估计法推导出Hugoniot参数的置信区间,使用国内试验数据确认方法的有效性。在合理假设的基础上,结合Chapman-Jouguet理论和冲击Hugoniot关系,导出爆压与装药厚度、冲击波走时、初始密度、Hugoniot斜率和0-压声速之间的函数关系式。分别用对数正态分布和Beta分布表征输入不确定度,通过Rosenblatt变换将输入不确定度转化成相互独立的标准正态分布,使用自适应基函数多项式混沌不确定度传播量化方法,给出了爆压的概率密度函数和置信区间。研究结果表明,爆压与样品厚度、爆轰走时、爆速具有拟单调性,在特殊前提下证实了前人的判断。应用于PBX9502炸药,发现给出的置信区间较宽,与试验专家的先验论断吻合。该研究发展了一套有效量化爆轰不确定度的传播量化方法,为发展可信、强预测能力爆轰模拟软件提供了技术支撑。

关键词：冲击Hugoniot关系不确定度量化爆压 Chapman-Jouguet理论自适应基函数多项式混沌拟单调性

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指定流量分配系数的多回流出口边界算法

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航空学报 2023年第5期44卷 93-105页

作者：许开龙刘再刚姜胜利王星张磐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

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求,同时要保证出口回流时的数值稳定性,是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法,支持不可压缩流动模拟中指定多个出... 详细信息

燃烧室出口处物理量的边界条件处理方法需满足工程设计对出口流量的要求,同时要保证出口回流时的数值稳定性,是工程级燃烧室模拟中重点关注的问题之一。基于流量分配系数发展了一种出口边界处理算法,支持不可压缩流动模拟中指定多个出口流量分配系数、出口存在回流时的稳定模拟。研究表明,在四面体/六面体网格算例中,该方法可实现出口流量分配系数在0~1.0范围内的稳定模拟,与设定值的最大相对偏差<0.001%。在保持出口流量分配系数不变时,改变计算域出口位置使得流动处于未充分发展、回流或旋流状态,计算结果不受明显影响。将该方法应用于TECFLAM旋流燃烧器冷态流场模拟中,计算域缩减至1/3后模拟仍能稳定收敛,预测值和实验数据保持较高的一致性。相比于使用常规出口边界的方法,该方法支持仿真人员根据需要设置出口流量分配系数和计算域大小,可显著减小数值计算开销。

关键词：自由出口边界流量分配系数回流燃烧室模拟不可压缩流动

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求解接触问题鞍点系统的一类两网格预处理方法

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北京理工大学学报 2025年第3期45卷 248-255页

作者：段晓宇安恒斌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 中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088

在结构力学接触问题的数值模拟中,使用Lagrange乘子法施加接触约束会产生大规模离散鞍点线性方程组.由于鞍点矩阵的不定性,其求解难度较大,针对二维绑定接触问题,提出了一种新型插值方式的两网格预处理方法,其核心思想是对任意光滑算法... 详细信息

在结构力学接触问题的数值模拟中,使用Lagrange乘子法施加接触约束会产生大规模离散鞍点线性方程组.由于鞍点矩阵的不定性,其求解难度较大,针对二维绑定接触问题,提出了一种新型插值方式的两网格预处理方法,其核心思想是对任意光滑算法,在精确求解粗网格系统时实现单次收敛.此外,构造的粗网格算子具有对称正定性,能有效反映接触约束条件.数值实验结果表明,该方法仅需要较少的迭代次数即可收敛,在多种接触模型中表现出较高的计算效率,其计算时间相比于SIMPLE方法最多可减少80%.同时,该方法在不同的接触约束条件下仍保持较强的健壮性,且适用于大规模计算.

关键词：接触力学迭代法线性方程组鞍点系统两网格预处理

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