检索结果-内蒙古大学图书馆

计算物理 2022年第2期39卷 143-152页

作者：蔡颖张存波刘旭范征锋刘元元徐小文张爱清北京应用物理与计算数学研究所北京100094 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 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

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法,提出基于(单元,方向)二元组的有向图模型,在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上,设计粒度可控多级并行SN算法。其中,采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘空间-角度方向的并行度,提... 详细信息

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法,提出基于(单元,方向)二元组的有向图模型,在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上,设计粒度可控多级并行SN算法。其中,采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘空间-角度方向的并行度,提出能群流水并行方法,并通过设置合适的流水线粒度来平衡有向图调度、通信和空闲等待开销。实验结果表明:该算法可以有效地求解二维球坐标系下的中子输运方程。在某国产并行机1920核上,对于96万网格、60个方向、24能群、数十亿自由度的典型中子输运问题,获得了71%的并行效率。

关键词：中子输运方程源迭代SN算法有向图并行算法

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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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计算流体力学的时空观:模型的时空关联性及算法的时空耦合性

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空气动力学学报 2021年第1期39卷 92-110页

作者：李杰权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 北京大学应用物理与技术中心北京100871

流体力学中波的有限传播、粒子的碰撞、各种力之间相互作用,无不体现时空关联效应。本文从计算方法的视角探讨计算流体力学的时空观,即流体力学模型的时空关联性和计算方法的时空耦合性。从流体力学微团法建模出发,明确模型时空关联性... 详细信息

流体力学中波的有限传播、粒子的碰撞、各种力之间相互作用,无不体现时空关联效应。本文从计算方法的视角探讨计算流体力学的时空观,即流体力学模型的时空关联性和计算方法的时空耦合性。从流体力学微团法建模出发,明确模型时空关联性的涵义,建立有限体积格式的基本原理,阐述算法时空耦合的必要性,实现流体力学基本控制方程物理建模与有限体积格式数学原理的统一。在实践中,给出时空耦合高精度数值方法设计思路,利用算例比较它与时空解耦方法的差别。期望通过时空观的建立,对未来计算流体力学的算法研究提供帮助。

关键词：计算流体力学时空关联模型时空耦合算法积分平衡律有限体积方法时间区间通量广义黎曼问题解法器

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机器学习原子间相互作用建模

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计算数学 2021年第3期43卷 261-278页

作者：王涵北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100094 北京大学工学院应用物理与技术中心北京100871

原子间相互作用建模是分子动力学模拟的核心问题之一.基于第一性原理的建模准而不快,经验势模型快而不准.因此人们长期面临精度和效率只得其一的两难困境.基于机器学习的原子间相互作用建模在达到第一性原理精度的同时,计算开销大大降低... 详细信息

原子间相互作用建模是分子动力学模拟的核心问题之一.基于第一性原理的建模准而不快,经验势模型快而不准.因此人们长期面临精度和效率只得其一的两难困境.基于机器学习的原子间相互作用建模在达到第一性原理精度的同时,计算开销大大降低,因而有希望解决这两难困境.本文将介绍构造基于机器学习的原子间相互作用模型的一般框架,归纳近年来的主要建模工作,并探讨这些工作的优势和劣势.

关键词：机器学习原子间作用势分子动力学模拟

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一种预测湍流混合宽度的浮阻力模型

一种预测湍流混合宽度的浮阻力模型

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北京力学会第30届学术年会

作者：李玘祥张又升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计算物理全国整点实验室

界面不稳定性诱导的湍流混合广泛存在于自然科学问题与工程实际问题中,特别是重流体以常加速度加速轻流体产生的Rayleigh-Taylor （RT）混合,与冲击加速度驱动不同密度流体产生的Richtmyer-Meshkov （RM）混合。在描述湍流混合的物理量... 详细信息

界面不稳定性诱导的湍流混合广泛存在于自然科学问题与工程实际问题中,特别是重流体以常加速度加速轻流体产生的Rayleigh-Taylor （RT）混合,与冲击加速度驱动不同密度流体产生的Richtmyer-Meshkov （RM）混合。在描述湍流混合的物理量中,混合宽度是最重要的为物理量之一,因此对于混合宽度的预测尤为重要。总混合宽度h可以分为尖钉区混合宽度h与气泡区混合宽度h,实验数据表明RM混合总宽度的演化呈幂次率关系:h（t）～t,而尖钉与气泡区混合宽度会随不同的幂律演化:h（t）～t~(θ)。首先,我们利用自相似流动的统计剖面在自相似变换下不变的特点,以体积分数/质量分数/密度剖面中任一固定值所对应的位置来定义参考界面,从理论上推导出尖钉与气泡增长的幂次指数相等,并等于总混合宽度的幂次指数（θ=θ=θ）。在此基础之上,我们找到了可以同时适用于RT与RM混合的密度比无关的组分剖面,该剖面可以准确预测任意密度比下混合区平均体积分数的自相似剖面。最后,我们将密度比无关的组分剖面引入到浮阻力模型中,使得该模型不但可以精准预测经典的RT、RM混合宽度演化,还可以预测各种复杂加速度历史下的混合宽度演化。该研究加深了对RT和RM湍流混合机制的理解,进一步的提升了浮阻力模型的适用范围,使模型可用于工程实际问题中混合宽度演化的初步计算。

关键词： Rayleigh-Taylor Richtmyer-Meshkov 湍流混合幂次指数浮阻力模型

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低固溶镁-铝和铝-镁合金高压熔点的第一性原理模拟

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铸造技术 2023年第2期44卷 153-160页

作者：李丽婷高兴誉杨真咸家伟宋海峰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 北京科技大学应用物理研究所北京100083

以往虽然针对镁(Mg)、铝(Al)单质的高压熔化曲线开展了较多研究,但是对于Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔化却鲜有报道。本工作结合固溶无序结构建模的相似原子环境(SAE)方法,以及熔点模拟的固液共存法,实现了低固溶合金高压熔点的第一性原理... 详细信息

以往虽然针对镁(Mg)、铝(Al)单质的高压熔化曲线开展了较多研究,但是对于Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔化却鲜有报道。本工作结合固溶无序结构建模的相似原子环境(SAE)方法,以及熔点模拟的固液共存法,实现了低固溶合金高压熔点的第一性原理分子动力学模拟。在此基础上初步研究了2种低固溶Mg-Al和Al-Mg合金的高压熔点,这2种合金分别是AZ31B和LF6Al。计算发现,高压下LF6Al的熔化温度略低于Al的熔化温度,而AZ31B的熔化温度非常接近Mg的熔化温度。为后续深入研究组分变化对Mg-Al和Al-Mg合金高压熔点的影响规律奠定了基础。

关键词：低固溶合金高压熔点第一性原理分子动力学镁-铝合金铝-镁合金相似原子环境方法固液共存法

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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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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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宽谱红外/太赫兹量子棘轮探测器研究进展(内封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2025年第1期54卷 12-25页

作者：楚卫东白鹏杨宁王屹韩尚杰王迎新赵自然北京应用物理与计算数学研究所北京100088 计算物理全国重点实验室北京100088 北京师范大学物理与天文学院北京100875 北京邮电大学理学院北京102206 清华大学工程物理系北京100084

近年来,红外/太赫兹探测技术取得了卓越的进步,聚焦于当前主流的红外及太赫兹探测器就其优点和缺点进行相应评述。为满足现在科技水平所需的高速探测光子型红外/太赫兹探测器取得了广泛地关注和研究,但其工作温度低、响应光谱范围窄等... 详细信息

近年来,红外/太赫兹探测技术取得了卓越的进步,聚焦于当前主流的红外及太赫兹探测器就其优点和缺点进行相应评述。为满足现在科技水平所需的高速探测光子型红外/太赫兹探测器取得了广泛地关注和研究,但其工作温度低、响应光谱范围窄等缺点限制了其应用的场景。就工作原理、工作模式、研究进展、能带工程等方面介绍GaAs基经典红外/太赫兹光子型探测器并进行评述。在此基础上,详细介绍文中提出的量子棘轮红外探测器(QRIP)的研究进展,从QRIP器件的工作原理、器件结构等方面阐述了其优势及可行性。通过研究QRIP不同的杂质类型、掺杂浓度、生长工艺、能带结构等条件以研究其工作机理及量子特性,列出了不同结构QRIP器件实验结果并进行了分析。棘轮结构在无外加电场下能够对红外能量进行探测,同时在特定的偏压下能够实现光谱可调的性质以实现宽谱的探测。进一步地,将QRIP集成LED制备出量子棘轮上转换器件,其能够实现4~200 THz的超宽谱探测,同时量子棘轮上转换探测器在25 K时响应率可以达到0.4 A/W。该研究表明了量子棘轮探测器能够有效提升器件的工作温度、响应光谱范围,为高工作温度红外/太赫兹光子型探测器实现提供了新思路。

关键词：红外/太赫兹探测器宽谱探测器高温太赫兹探测量子棘轮

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