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北京力学会第30届学术年会

作者：孙方平宋玉王宇辉张又升北京化工大学机电工程学院计算物理全国重点实验室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

流体力学Richtmyer–Meshkov(RM)不稳定性及其诱导的湍流混合广泛存在于各类自然现象和工程应用中,如超新星爆发和惯性约束核聚变等。其中,混合宽度作为最重要的全局量,已被广泛用来刻画多模RM不稳定性流动。当激波穿过混合区时,特别是... 详细信息

流体力学Richtmyer–Meshkov(RM)不稳定性及其诱导的湍流混合广泛存在于各类自然现象和工程应用中,如超新星爆发和惯性约束核聚变等。其中,混合宽度作为最重要的全局量,已被广泛用来刻画多模RM不稳定性流动。当激波穿过混合区时,特别是再冲击时,会发生显著的压缩效应,其最突出地表现:混合宽度瞬间降低。然而,目前关于这方面的研究非常匮乏。本文我们通过构建混合区的密度剖面,并基于Whitham方法发展定量计算变密度混合区宽度压缩率的理论模型。此外,我们系统研究了不同入射激波马赫数、密度比、混合区密度剖面对混合区宽度压缩率的影响。结果表明,理论模型和数值模拟之间取得了良好的一致性。该结果对阐明激波穿过变密度混合区造成的压缩效应具有重要意义,为建立再冲击前后混合宽度演化的一体化模型奠定基础。

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性湍流混合再冲击

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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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大规模科学数据体绘制技术综述

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国防科技大学学报 2020年第2期42卷 1-12页

作者：王华维何柳曹轶肖丽北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100088 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

体绘制是刻画大规模科学数据中复杂物理特征的有效途径,然而,数据量极大、特征难以捕捉等问题依然是目前体绘制研究的主要挑战。为此,研究者们从三个方面对体绘制算法进行了深入研究,以提高大规模数据体绘制的效率和效果。一方面,依托... 详细信息

体绘制是刻画大规模科学数据中复杂物理特征的有效途径,然而,数据量极大、特征难以捕捉等问题依然是目前体绘制研究的主要挑战。为此,研究者们从三个方面对体绘制算法进行了深入研究,以提高大规模数据体绘制的效率和效果。一方面,依托硬件通过多处理器核来分担计算,降低单处理器核所要完成的计算量,是提高体绘制效率的一个有效途径。另一方面,充分发掘数据场内在特性对三维数据场进行约简,大幅减少绘制处理数据量从而降低算法开销,也是提高体绘制效率的一个有效途径。同时,在体绘制算法中融入特征分析和特征增强方法,让复杂物理特征从数据场中突显出来,以实现对科学数据的高质量绘制。本文对国内外体绘制技术相关研究进展进行了调研、综述,并分析了不同的研究方法,最后展望了未来体绘制技术研究的可能发展方向,包括应用驱动的特征体绘制、基于特征的约简体绘制、适应硬件的体绘制听语音聊科研与作者互动多级加速以及原位智能化体绘制等。

关键词：体绘制并行加速数据约简效果增强特征可视化

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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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非一维应变冲击加载下高纯铜初始层裂行为

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物理学报 2020年第3期69卷 179-187页

作者：谢普初汪小松胡昌明胡建波张凤国王永刚宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室宁波315211 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

提出了一种锥形靶层裂实验新方法,开展非一维应变冲击条件下高纯铜初始层裂行为实验研究,讨论了锥形靶内部损伤分布特征及其与自由面速度典型特征之间的内禀关系.结果显示:1)初始层裂的锥形靶内部出现了连续损伤区,损伤区扩展方向与锥... 详细信息

提出了一种锥形靶层裂实验新方法,开展非一维应变冲击条件下高纯铜初始层裂行为实验研究,讨论了锥形靶内部损伤分布特征及其与自由面速度典型特征之间的内禀关系.结果显示:1)初始层裂的锥形靶内部出现了连续损伤区,损伤区扩展方向与锥面平行,从锥底到锥顶呈现了不同的损伤状态,从微孔洞独立长大到局部聚集,最后形成宏观裂纹,这种损伤状态分布特征归因于锥形靶内部拉伸应力幅值和持续时间的空间演化;2)通过锥形靶横截面损伤度定量统计分析,揭示损伤演化早期的微孔洞成核与早期长大过程是随机的,而损伤演化后期的微孔洞聚集过程具有显著的局域化特征;3)不同位置处实测的自由面法向粒子速度剖面呈现出典型的层裂Pull-back信号,但是通过与内部损伤分布特征对比,揭示基于Pull-back速度获得高纯铜层裂强度本质是微孔洞成核阈值应力,Pull-back回跳速度斜率反映了损伤演化速率,Pull-back回跳幅值与损伤度引起的应力松弛密切相关.

关键词：锥形靶初始层裂损伤演化自由面速度

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一种改进的多介质ALE动量重映算法

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北京理工大学学报 2020年第4期40卷 452-460页

作者：王成栗皓李涛贾祖朋北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

传统多介质任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法在解决强间断、大变形等问题时,采用现有的重分重映算法进行计算会出现耗散现象.在计算过程中,为保证计算结果的可靠性并提高算法的鲁棒性,往往需要多次的重分重映计算,... 详细信息

传统多介质任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法在解决强间断、大变形等问题时,采用现有的重分重映算法进行计算会出现耗散现象.在计算过程中,为保证计算结果的可靠性并提高算法的鲁棒性,往往需要多次的重分重映计算,导致耗散现象更加严重,甚至出现非物理的计算结果.通过对传统重映算法进行测试和分析研究,发现了重映过程中数值耗散的产生机理,并对传统重映算法进行了改进,使得其在满足质量守恒、动量守恒和能量守恒的基础上,更好地还原重分重映前的物理场空间分布,从而提高了重映算法的计算精度和计算结果的可靠性,有效解决流体力学中强间断、高密度比、高压力比和强冲击等问题.

关键词：动量重映 ALE算法多介质计算强间断

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基于集成计算材料工程的新型碳化铀核燃料设计

智能安全

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智能安全 2024年第2期3卷 29-41页

作者：李佳王毅陆永洪高兴誉宋海峰李金山西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学重庆科创中心重庆401135 中国核动力研究设计院成都610213 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

极端条件下的材料物性对于新一代装备关重部件金属材料的优化设计和效能评估至关重要。但是,极端环境实验测量昂贵、复杂,不确定性因素较多,仅仅依靠实验难以系统全面地评估材料的物性参数。因此,迫切需要发展极端条件下高通量、多尺度... 详细信息

极端条件下的材料物性对于新一代装备关重部件金属材料的优化设计和效能评估至关重要。但是,极端环境实验测量昂贵、复杂,不确定性因素较多,仅仅依靠实验难以系统全面地评估材料的物性参数。因此,迫切需要发展极端条件下高通量、多尺度的集成计算材料工程关键技术。多元碳化物作为一类新型核燃料,因其高熔点、高硬度、高温稳定等优异的物理化学性能受到国内外极大的关注。通过高通量第一性原理计算对(UNb)C、(UZr)C和(UTa)C的热力学性质进行了系统研究,基于极端材料集成计算平台(ProME)局域化学环境近似方法(SAE)和平均场势(MFP 2)方法,进行了多组元体系建模和热力学特性的计算。揭示了不同掺杂元素对体积模量、熵、吉布斯自由能、晶格热导率等基础物性的作用规律,为新型核燃料的成分设计提供了重要数据参考。

关键词：核燃料第一性原理计算热力学性质集成计算材料工程

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基于FDTD的时域混合方法及其在天线前门耦合数值模拟中的应用

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强激光与粒子束 2021年第12期33卷 117-122页

作者：鲍献丰陈晓洁李瀚宇刘昌周海京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 中国工程物理研究院复杂电磁环境科学与技术重点实验室四川绵阳621900

强电磁脉冲环境下的平台-机载天线一体化耦合计算属于典型多尺度时域电磁计算问题,采用传统的FDTD方法数值模拟时,由于精细结构的存在导致网格量巨大,计算效率低下。介绍了一种将非均匀FDTD方法与细导线FDTD方法以及多网格集总元件FDTD... 详细信息

强电磁脉冲环境下的平台-机载天线一体化耦合计算属于典型多尺度时域电磁计算问题,采用传统的FDTD方法数值模拟时,由于精细结构的存在导致网格量巨大,计算效率低下。介绍了一种将非均匀FDTD方法与细导线FDTD方法以及多网格集总元件FDTD方法相结合的时域混合方法,能够有效降低计算开销,结合并行计算技术,快速计算得到天线端口上耦合产生的瞬态电压和电流响应,并将该方法成功应用于无人机平台-天线一体化前门耦合数值模拟中。

关键词：强电磁脉冲电磁环境效应平台-机载天线一体化数值模拟细导线集总元件

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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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2021年中国高性能计算机发展现状分析

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计算机工程与科学 2021年第12期43卷 2091-2097页

作者：袁国兴张云泉袁良北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100191

根据2021年11月发布的中国高性能计算机性能TOP100排行榜的数据,对国内高性能计算机的发展现状从总体性能、制造商、行业领域和部署机构等方面进行了讨论分析,同时对未来发展进行了展望。

关键词：高性能计算机性能排行榜测评技术

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