检索结果-内蒙古大学图书馆

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第10期54卷 2-29页

作者：刘昌文肖左利张又升北京大学高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室应用物理与技术研究中心北京100871 北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 计算物理全国重点实验室北京100088

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性和Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性广泛存在于自然界和工程应用中,是流体力学研究领域的重要研究课题.在惯性约束聚变工程中,这些不稳定性对于聚变点火过程的成功至关重要.因此,深入理解不稳定性的发展机制... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性和Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性广泛存在于自然界和工程应用中,是流体力学研究领域的重要研究课题.在惯性约束聚变工程中,这些不稳定性对于聚变点火过程的成功至关重要.因此,深入理解不稳定性的发展机制并建立相应的理论模型,不仅具有深远的科学意义,而且对实际工程应用具有重要的理论支撑作用.本文详细综述了自1955年Layzer提出势流理论模型以来,学术界在平面单模RT和RM不稳定性界面顶点演化预测方面所取得的一系列研究进展.研究内容涵盖了影响不稳定性发展的多种关键因素,包括初始扰动形式、流体密度比、涡量、表面张力、黏性和可压缩性等.同时,本文深入探讨了这些因素之间的非线性耦合关系和背后的物理机理,并分析了向汇聚几何扩展时由于几何效应所产生的附加影响.最后,本文对单模不稳定性理论未来的发展方向和研究重点提出了展望.

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性 Richtmyer-Meshkov不稳定性界面顶点演化 Layzer势流理论

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面向工程应用的流体界面失稳湍流混合问题建模进展

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计算物理 2024年第6期41卷 732-745页

作者：肖梦娟谢寒松宾远为张又升北京应用物理与计算数学研究所北京100094 计算物理全国重点实验室北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心北京100871 北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于各类自然现象和工程问题中。特别地,在工程流动问题中,一般涉及的是复杂初始扰动诱导下的湍流混合问题。这类混合问题往往多混合机制共存、主控参数宽泛剧烈变化。准确预测这些复杂性... 详细信息

流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于各类自然现象和工程问题中。特别地,在工程流动问题中,一般涉及的是复杂初始扰动诱导下的湍流混合问题。这类混合问题往往多混合机制共存、主控参数宽泛剧烈变化。准确预测这些复杂性下混合区时空演化对于工程实践至关重要,雷诺平均Navier-Stokes(RANS)和大涡模拟(LES)是工程应用最为可行的数值模拟方法。但是,现有RANS和LES建模面临难以统一预测各类混合问题等工程应用的难点。本文从工程应用视角,综述目前在RANS和LES建模方面的认识、存在的问题,以及团队的最新研究进展。

关键词：界面不稳定性湍流混合雷诺平均Navier-Stokes模型大涡模拟模型

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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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单晶Ce冲击相变的分子动力学模拟

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物理学报 2020年第11期69卷 197-204页

作者：第伍旻杰胡晓棉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计算物理国家重点实验室北京100088

金属Ce在室温条件下当压力达到约0.7 GPa时会发生一阶相变,体积突变减小14%-17%,相变前后两相分别为γ-Ce和α-Ce,均为面心立方结构.实验中发现冲击波在Ce中传播,其波形存在明显的多波结构依次为γ-Ce弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ-Ce→... 详细信息

金属Ce在室温条件下当压力达到约0.7 GPa时会发生一阶相变,体积突变减小14%-17%,相变前后两相分别为γ-Ce和α-Ce,均为面心立方结构.实验中发现冲击波在Ce中传播,其波形存在明显的多波结构依次为γ-Ce弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ-Ce→α-Ce相变波.基于新发展的金属Ce的嵌入原子势,对单晶Ce的冲击相变行为进行了分子动力学模拟.模拟结果表明,在一定强度下,单晶Ce中的冲击波阵面分裂为多波结构,波形结构与加载晶向明显相关:在[001]和[011]晶向加载下表现为双波结构,依次为前驱波和相变波;在[111]晶向加载下波阵面分裂为弹性前驱波、γ-Ce塑性波、γ→α相变波,与已有的实验观察相一致.冲击波速的Hugoniot关系在低强度加载下与实验符合得较好.同时在此冲击相变过程中,应力偏量对相变起促进作用,相较于静水压加载,冲击加载的相变压力条件更低一些.

关键词：冲击相变同构相变分子动力学铈

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单模Rayleigh-Taylor气泡在混沌阶段的解析增长标度律

单模Rayleigh-Taylor气泡在混沌阶段的解析增长标度律

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第十三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工学院湍流与复杂系统国家重点实验室

Rayleigh-Taylor(RT)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。准确预测其前沿气泡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提出的势流模型框架,发展了若干能较好预测势流... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)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。准确预测其前沿气泡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提出的势流模型框架,发展了若干能较好预测势流阶段气泡演化的理论模型。然而,单模RT不稳定性的非线性气泡演化仍然是一个尚未完全解决的难题,具有较大的挑战性。本文获得了单模RT不稳定性气泡混沌发展阶段的增长率解析标度关系,并得到Wei和Bian等人高分辨率数值模拟结果的验证。该标度关系在经典势流理论模型的基础上引入尺度变换,实现了对不稳定性增长率线性阶段、非线性阶段、准稳态阶段、再加速阶段以及混沌阶段的全阶段统一建模。本文还发现,单模RT不稳定性的气泡高度演化最终会进入一个关于时间平方幂次律增长的混沌发展阶段,类似于多模RT后期阶段观察到的湍流混合行为。图1所示理论增长标度律与Wei的数值拟合结果相吻合,证实本文所提出标度律的可靠性。这项工作预计将为深入理解多模RT不稳定性的湍流混合标度关系提供指导。

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性势流模型混沌发展阶段解析标度律

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系统级封装应用中时谐Maxwell方程大规模计算的求解算法:现状与挑战

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计算物理 2021年第2期38卷 131-145页

作者：胡少亮徐小文郑宇腾赵振国王卫杰徐然安恒斌莫则尧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计算物理国家重点实验室北京100094 中国工程物理研究院计算机应用研究所四川绵阳610094

系统级封装(SiP)是当前电子学系统设计的主流技术途径,数值模拟是进行系统级封装(SiP)设计的主要手段。由于系统级封装应用特有的复杂性,现有的求解时谐Maxwell方程离散系统的算法面临很大的挑战,成为制约该类应用大规模数值模拟效率的... 详细信息

系统级封装(SiP)是当前电子学系统设计的主流技术途径,数值模拟是进行系统级封装(SiP)设计的主要手段。由于系统级封装应用特有的复杂性,现有的求解时谐Maxwell方程离散系统的算法面临很大的挑战,成为制约该类应用大规模数值模拟效率的瓶颈。本文综述系统级封装应用时谐Maxwell方程解法器求解算法,针对典型实际模型,评估现有算法的现状和面临的挑战,分析应用特征对算法计算能力的影响,并在现有算法的基础上提出一种可行的预条件算法策略。

关键词：系统级封装(SiP) 数值模拟时谐Maxwell方程线性解法器预条件算法

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燃烧多相流的介尺度动理学建模研究进展

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航空学报 2021年第12期42卷 46-62页

作者：许爱国单奕铭陈锋甘延标林传栋北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 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北京100871 山东交通学院航空学院济南250357 北华航天工业学院河北省跨气水介质飞行器重点实验室廊坊065000 中山大学中法核工程与技术学院珠海519082

基于求解Navier-Stokes方程组的传统计算流体力学已经在诸多领域取得了巨大的成功,但在航空、航天、微流控等领域也遇到了新的瓶颈与挑战。其原因分为2个方面:①物理建模层面的问题;②离散格式带来的数值精度和稳定性问题。微尺度燃烧... 详细信息

基于求解Navier-Stokes方程组的传统计算流体力学已经在诸多领域取得了巨大的成功,但在航空、航天、微流控等领域也遇到了新的瓶颈与挑战。其原因分为2个方面:①物理建模层面的问题;②离散格式带来的数值精度和稳定性问题。微尺度燃烧等一系列燃烧新概念的研究表明,特征更加丰富但以前知之甚少的热力学非平衡行为蕴含着大量待开发的物理功能。物理模型合理和具备相应功能是数值仿真研究的前提;物理建模层面的问题无法通过数值精度的提高来解决。本文从物理建模与复杂物理场分析角度,介绍了非平衡燃烧系统离散玻尔兹曼建模方法(DBM)的研究进展。DBM是非平衡统计物理学粗粒化建模理论在流体力学领域的具体应用之一,是相空间描述方法在离散玻尔兹曼方程形式下的进一步发展。它选取一个视角,研究系统的一组动理学性质,因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化中保值;以该组动理学矩的独立分量为基,构建相空间,使用该相空间和其子空间来描述系统的非平衡行为特征;研究视角和建模精度随着研究推进而调整。借助DBM可以研究反应过程中不同自由度内能之间的不平衡和相互转换等Navier-Stokes模型无法模拟的动理学过程。在内爆和外爆过程中,几何汇聚与发散效应等效于一个"外场力",在球心处系统始终处于热力学平衡态;在冯·纽曼压强峰处,系统不是偏离平衡最远,而是在平衡态附近;在冯·纽曼峰后反应区以外,Chapmann-Jouguet理论值、Zeldovich-Neumann-Doering(ZND)理论值和DBM结果相互验证;在反应区内DBM结果与ZND结果一致;在冯·纽曼压强峰前的压缩阶段,DBM模拟结果在物理上更合理。在冲击压缩过程中,相对于其他自由度,压缩波所在自由度上的内能先增加,因而这一自由度上的内能总是朝着正向偏离其平衡态值,而横向自由度上的内能总是朝着逆向偏离其平衡态值。在二流体模型视角下,反应物和产物朝着相反的方向偏离热力学平衡态。

关键词：燃烧爆轰非平衡离散效应介尺度建模动理学理论

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Pt-Al-Cr体系的相图集成建模与计算

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铸造技术 2023年第2期44卷 195-202页

作者：黄永兴王镤子愚种晓宇高兴誉宋海峰昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 昆明理工大学金属先进凝固成形及装备国家地方联合工程实验室云南昆明650093 计算物理国防重点实验室北京应用物理与计算数学研究所北京100088

Pt基高温合金是一类力学性能和抗氧化性优异的高温合金,开发相关的热力学数据库是进行该类合金设计的必要前提。本文系统整理和评估了Pt-Al-Cr体系热力学数据、相图的实验数据和第一性原理计算数据,计算了Pt-Al、Pt-Cr和Al-Cr的混合焓... 详细信息

Pt基高温合金是一类力学性能和抗氧化性优异的高温合金,开发相关的热力学数据库是进行该类合金设计的必要前提。本文系统整理和评估了Pt-Al-Cr体系热力学数据、相图的实验数据和第一性原理计算数据,计算了Pt-Al、Pt-Cr和Al-Cr的混合焓和形成焓等热力学性质,计算得到的相图和热力学性质与实验数据和第一性原理计算数据吻合较好。在此基础上,结合相图计算方法(CALPHAD)通过热力学外推优化建立Pt-Al-Cr三元体系的成分-温度相图模型。使用该模型计算Pt-Al-Cr体系液相面投影图和873.15、1073.15、1273.15 K的等温截面图,热力学计算结果与实验数据吻合较好。

关键词：高温合金 Pt-Al-Cr体系 CALPHAD 热力学模型

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基于CALPHAD的高温高压相图建模

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铸造技术 2023年第2期44卷 190-194页

作者：王镤子愚黄永兴高兴誉种晓宇宋海峰昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 北京应用物理与计算数学研究所计算物理国防重点实验室北京100088 昆明理工大学金属先进凝固成形与装备国家地方联合工程实验室云南昆明650000

高温高压相图在物理化学、矿物学、地球科学和极端条件下的材料科学中都具有重要的地位和应用价值,相图计算方法(alculation of phase diagram,CALPHAD)是建立温度-压强热力学相图和热力学数据库的主要方法,可以计算材料体系的相平衡、... 详细信息

高温高压相图在物理化学、矿物学、地球科学和极端条件下的材料科学中都具有重要的地位和应用价值,相图计算方法(alculation of phase diagram,CALPHAD)是建立温度-压强热力学相图和热力学数据库的主要方法,可以计算材料体系的相平衡、组成相的相分数和相成分、热力学性质,一定程度上解决单一实验建立高温高压相图的困难。本文对基于CALPHAD的高温高压相图建模方法进行了详细介绍,并总结其当前面临的问题和下一步研究方向,为极端条件下材料设计和性能评估奠定基础。

关键词：热力学相图计算方法温度-压强相图摩尔体积

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面心立方Ce同构相变的分子动力学模拟

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物理学报 2019年第20期68卷 85-93页

作者：第伍旻杰胡晓棉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计算物理国家重点实验室北京100088

基于嵌入原子法,本文给出了一个金属Ce原子间的相互作用势.利用该势分别计算了γ-Ce和α-Ce的晶格常数、结合能、弹性常数,计算结果与实验或第一性原理研究中得出的数值符合得较好.给出了两相Ce中如点缺陷形成能、表面能、层错能以及孪... 详细信息

基于嵌入原子法,本文给出了一个金属Ce原子间的相互作用势.利用该势分别计算了γ-Ce和α-Ce的晶格常数、结合能、弹性常数,计算结果与实验或第一性原理研究中得出的数值符合得较好.给出了两相Ce中如点缺陷形成能、表面能、层错能以及孪晶能等晶体缺陷形成能.通过分析两相Ce的声子谱,得出了不同温度下两相的晶格振动熵差,其中在室温条件下约为0.67kB/atom.还利用分子动力学模拟得出了该相变的等温线,并且利用径向分布函数分析了相变前后两相的晶体结构,确认了该相变为面心立方同构相变,即Ce的α-γ相变.由此表明,本文的嵌入原子法势,不仅可以分别合理地描述γ-Ce和α-Ce,还可以反映γ-Ce和α-Ce两相之间的相变.

关键词：原子间相互作用势嵌入原子法同构相变铈

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