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第十一届全国流体力学学术会议

作者：林传栋罗开红许爱国中山大学中法核工程与技术学院伦敦大学学院机械工程系北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室

Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性广泛存在于自然界和各类科学工程领域。在KH不稳定性演化过程,往往伴随着复杂的非线性、非平衡和时空多尺度效应。如何有效模拟和准确预测复杂的流体动力学行为,一直是国内外的开放课题。本文基于先进的动... 详细信息

Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性广泛存在于自然界和各类科学工程领域。在KH不稳定性演化过程,往往伴随着复杂的非线性、非平衡和时空多尺度效应。如何有效模拟和准确预测复杂的流体动力学行为,一直是国内外的开放课题。本文基于先进的动理学方法——多组分离散玻尔兹曼方法,模拟研究KH不稳定演化过程的前期和后期行为,重点探索非平衡效应和温度差效应对流体不稳定性的影响机制。本工作的研究有助于从微介观层次深入理解复杂流体的宏观动力学行为,并能够为传统宏观模拟方法和理论分析方法提供可靠的数值参考。

关键词：流体不稳定性离散玻尔兹曼方法介观非平衡效应

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适用于等熵流动的拉氏交错网格方法

适用于等熵流动的拉氏交错网格方法

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第十届全国青年计算物理学术会议

作者：孙晨沈智军北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室

为消除传统单元中心型拉氏方法在求解稀疏波问题时的"过热"现象,本文发展了一种基于单元中心Riemann求解器的拉氏交错网格方法。以交错数据分布的形式避免在一个单元内进行速度平均,从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散... 详细信息

为消除传统单元中心型拉氏方法在求解稀疏波问题时的"过热"现象,本文发展了一种基于单元中心Riemann求解器的拉氏交错网格方法。以交错数据分布的形式避免在一个单元内进行速度平均,从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散。此外,Riemann求解器得到的人工粘性部分在求解激波问题时予以保留,而在求解稀疏流动时予以去除,从而保证热力学关系式的满足。数值实验结果表明,对于稀疏波的过热现象,该方法几乎能完全消除;同时在求解

关键词：交错网格拉氏方法 Riemann 等熵流动

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深度学习:材料微结构与物性研究中的新动力

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现代物理 2019年第6期9卷 263-276页

作者：卢果段素青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

材料的微结构决定了其宏观性质。传统的自下而上的多尺度方法提供了研究微结构和物性关联的整体思路,但针对材料的微观、介观和宏观建模都存在诸多困难,其中不同尺度描述的衔接就极具挑战。随着计算能力以摩尔定律式的提升,和人工智能... 详细信息

材料的微结构决定了其宏观性质。传统的自下而上的多尺度方法提供了研究微结构和物性关联的整体思路,但针对材料的微观、介观和宏观建模都存在诸多困难,其中不同尺度描述的衔接就极具挑战。随着计算能力以摩尔定律式的提升,和人工智能特别是深度学习的爆炸式进展,基于数据驱动的材料研究成当今世界的研究热点,并在晶体结构预测、稳定性分析、状态方程、光学性质、化学合成等领域都取得了很好的应用效果。深度学习的快速计算和可靠的预测能力能够极大的提升材料模拟效率。其广泛适用性为材料微结构与多尺度模拟中的一些传统难题提供了新的研究思路,有望促进材料微结构与物性的研究,为基于微介观机理的宏观物性建模、满足工程应用要求的材料性质预测提供了新的研究方向。本文将简要介绍深度学习的原理及常用的神经网络类型,概述材料微结构与多尺度建模中的主要方法,随后介绍深度学习在材料微结构与物性研究中的进展,并展望该方法在材料多尺度模拟领域中的发展。

关键词：深度学习材料微结构与物性多尺度模拟

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非平衡放热流体的离散玻耳兹曼方法研究

非平衡放热流体的离散玻耳兹曼方法研究

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中国核学会2019年学术年会

作者：林传栋许爱国马宇中山大学中法核工程与技术学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

放热流体广泛存在于自然界和工程应用之中,尤其是在核能工程中,是一种非常重要的常见物理现象。放热流体系统大都涉及从微观尺度的分子碰撞到宏观流动尺度的大窝结构,并且包含复杂的流动力学和热力学非平衡行为,这往往使得传统模拟方法... 详细信息

放热流体广泛存在于自然界和工程应用之中,尤其是在核能工程中,是一种非常重要的常见物理现象。放热流体系统大都涉及从微观尺度的分子碰撞到宏观流动尺度的大窝结构,并且包含复杂的流动力学和热力学非平衡行为,这往往使得传统模拟方法的适用性面临挑战。传统宏观方法对非平衡效应显著的区域经常存在物理描述能力不足的问题,而微观粒子方法往往由于计算资源的限制难于模拟足够时空尺度的系统。本文构建并使用的离散玻耳兹曼方法(DBM)主要就是针对这一中间尺度(非平衡程度、连续程度)的流体行为。DBM自然继承了玻耳兹曼方程描述和测量非平衡物理系统的部分功能,不仅能够在连续性极限条件下得到与宏观控制方程一致的结果,还能够有效延伸至传统宏观控制方程失效时的更强非平衡区域。同时,该方法具有演化方程形式简单、易于编程处理、稳定性好、适用于并行化处理等优势特点。DBM在非平衡放热流体的应用研究,将有助于从微介观尺度深入理解非平衡物理系统的本质机制和特征规律,并且能够为传统计算方法的改进提供可靠的数值参考和理论支撑。

关键词：放热流体爆轰非平衡效应离散玻耳兹曼方法介观模拟

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非结构多面体二阶局部保界全局重映算法

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计算物理 2018年第1期35卷 22-28页

作者：徐喜华刘娜陈艺冰北京应用物理与计算数学研究所北京100088 计算物理实验室北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

提出一种三维非结构多面体二阶保界全局重映算法.在旧网格上选取模板利用最小二乘构造插值多项式,采用凸包算法计算多面体相交部分,最后使用局部保界修正技术修补重映后的越界量.多项数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率和高... 详细信息

提出一种三维非结构多面体二阶保界全局重映算法.在旧网格上选取模板利用最小二乘构造插值多项式,采用凸包算法计算多面体相交部分,最后使用局部保界修正技术修补重映后的越界量.多项数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率和高效率的特点.

关键词：全局重映局部保界算法多面体求交贡献网格方法

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可压缩RT不稳定性的DBM建模与模拟

可压缩RT不稳定性的DBM建模与模拟

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：赖惠林李德梅叶海燕陈璐林传栋甘延标许爱国福建师范大学数学与信息学院中山大学中法核工程与技术学院北华航天工业学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室

当轻流体支撑或者加速重流体时,界面处的扰动会随时间增长的物理现象称之为瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,RT)不稳定性。除了惯性约束聚变会出现RT不稳定性现象,在自然界和工业领域中也会出现该现象,如燃烧和化学反应过程、污染物扩散过程... 详细信息

当轻流体支撑或者加速重流体时,界面处的扰动会随时间增长的物理现象称之为瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,RT)不稳定性。除了惯性约束聚变会出现RT不稳定性现象,在自然界和工业领域中也会出现该现象,如燃烧和化学反应过程、污染物扩散过程、地质运动过程、洋流流动过程和超新星爆发过程等。人们在生产生活中对RT不稳定性的处理原则自然是:有利强之,有害抑之。精准、有效地强化或者抑制的前提是对其发生、发展各个阶段的特征、机制和规律有个清晰的认识。对于RT不稳定性的研究,以往大多采用宏观连续流体模型,侧重考查宏观层次的流动非平衡行为和效应,更底层的介观层次的热力学非平衡相关的动理学模式和行为特征尚未得到充分研究。然而,复杂问题往往需要多层次、多视角研究,一些中间(介观)尺度行为的研究也需要微观、介观和宏观建模相结合。本报告基于上述背景简要介绍离散玻尔兹曼建模(Discrete Boltzmann Modeling,DBM)方法在RT不稳定性的研究进展,重点关注不易用传统宏观流体模型描述的流体力学和热力学非平衡效应,理解流动和热动非平衡过程及其相互关联和响应,为宏观流体模型的改进和惯性约束聚变等相关工程的应用提供理论参考。

关键词：流体不稳定性非平衡效应多尺度离散玻尔兹曼方法

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耦合Rayleigh-Taylor-Kelvin-Helmholtz不稳定性的形态学与非平衡分析

耦合Rayleigh-Taylor-Kelvin-Helmholtz不稳定性的形态学与非平衡...

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：陈锋许爱国张玉东曾庆凯山东交通学院航空学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室郑州大学力学与安全工程学院

本文使用多松弛时间离散玻尔兹曼模型研究耦合瑞利-泰勒-开尔文-亥姆霍兹不稳定性(RTI,KHI和RTKHI)系统，引入形态学边界长度和热力学非平衡(TNE)强度，以探究其复杂动力学过程。模拟发现，在耦合系统后期RTI始终发挥主要作用，而早期... 详细信息

本文使用多松弛时间离散玻尔兹曼模型研究耦合瑞利-泰勒-开尔文-亥姆霍兹不稳定性(RTI,KHI和RTKHI)系统，引入形态学边界长度和热力学非平衡(TNE)强度，以探究其复杂动力学过程。模拟发现，在耦合系统后期RTI始终发挥主要作用，而早期的主要机制取决于浮力和剪切强度的对比。温度场的形态学边界长度L和平均热流强度D均可用于测量系统浮力与剪切强度之比，并定量地判断RTKHI系统早期的主要机制。具体来说，当KH(IRTI)占主导地位时，L> L(LD(D物理判据。

关键词：离散Boltzmann方法 Rayleigh-Taylor不稳定性 Kelvin-Helmholtz不稳定性形态学非平衡

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一种中心型间断有限元MMALE方法

一种中心型间断有限元MMALE方法

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第十届全国青年计算物理学术会议

作者：卿芳蔚喜军贾祖朋北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室中国工程物理研究院研究生院

针对含有强剪切变形的多介质可压缩流体动力学问题,提出了一种单元中心型二维MMALE (Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法。在拉氏步,流体力学方程组采用中心型间断有限元方法求解,其中选取谱基函数[1]作为基函数。与文... 详细信息

针对含有强剪切变形的多介质可压缩流体动力学问题,提出了一种单元中心型二维MMALE (Multi-Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法。在拉氏步,流体力学方程组采用中心型间断有限元方法求解,其中选取谱基函数[1]作为基函数。与文[1]不同的是,本文是在变形的拉氏网格上求解流体力学方程组。对于混合网格,采用Tipton压力松弛模型更新物理量,用等参坐标法更新物质中心点坐标。界面重构采用卿芳等人提出的一种鲁棒的MOF(Moment of Fluid)方法[2]。在重映步提出了基于多边形相交的二阶积分守恒重映方法,该方法分为四个

关键词：间断有限元 MMALE 流体力学方程组中心型

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克服HLLE型黎曼解法器的数值激波不稳定性

克服HLLE型黎曼解法器的数值激波不稳定性

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第十九届中国空气动力学物理气体动力学学术交流会

作者：沈智军李肖刘立祺计算物理实验室北京应用物理与计算数学研究所中国工程物理研究院研究生院

本文研究以HLLE方法为基础的一些近似黎曼解法器的数值激波不稳定性,这些黎曼解法器包括HLLC型和HLLEM型通量函数。数值实验表明,所有的数值格式,包括其中被广泛认为是稳定的HLLE格式,在强激波放大作用下也出现了数值不稳定现象。线性... 详细信息

本文研究以HLLE方法为基础的一些近似黎曼解法器的数值激波不稳定性,这些黎曼解法器包括HLLC型和HLLEM型通量函数。数值实验表明,所有的数值格式,包括其中被广泛认为是稳定的HLLE格式,在强激波放大作用下也出现了数值不稳定现象。线性矩阵稳定性分析表明,对于给定的数值格式,存在一个与激波强度无关的阈值。如果数值激波结构中某一特定界面的密度比超过阈值,不稳定机制将会被触发。调整这些数值格式中的非线性波速,可以改变激波层中粘性解的行为,降低特定界面上的密度跃迁程度。从而有效地改善HLLE型近似黎曼解法器的数值激波不稳定。

关键词： HLLE格式黎曼解法器数值激波不稳定性稳定性分析波速估计

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高速可压与多相复杂流体系统非平衡效应的离散Boltzmann建模与模拟

高速可压与多相复杂流体系统非平衡效应的离散Boltzmann建模与模拟

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：甘延标许爱国林传栋赖惠林张玉东北华航天工业学院福建师范大学数学与信息学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室中山大学中法核工程与技术学院郑州大学力学与安全工程学院

物质世界是多尺度、非平衡的。如何实现从微观到宏观的跨尺度关联是多尺度物理力学的核心问题之一。非平衡统计力学是联系微观运动与宏观运动的桥梁;粗粒化建模是非平衡统计力学的基本手段。本报告简要介绍近年来课题组在高速可压与多... 详细信息

物质世界是多尺度、非平衡的。如何实现从微观到宏观的跨尺度关联是多尺度物理力学的核心问题之一。非平衡统计力学是联系微观运动与宏观运动的桥梁;粗粒化建模是非平衡统计力学的基本手段。本报告简要介绍近年来课题组在高速可压与多相复杂流体离散Boltzmann建模(Discrete Boltzmann Modeling,DBM)和模拟研究方面的进展,主要包括:(1)高速可压与多相复杂流体系统不同层级非平衡效应的DBM建模、模拟与分析;(2)非平衡程度的多角度描述(Kn数、粘性、热传导、基于非平衡量相空间中距离定义的非平衡强度等)与细粒化表征-相对非平衡程度;(3)基于非平衡行为与形态分析技术相结合的特征结构或模式的物理甄别与追踪技术设计方法,及其在流体不稳定性系统混合程度和发展速率表征、非平衡相变中失稳分解和相畴增长两个阶段划分,粘性、热传导、Pr数效应、可压效应、不同非平衡行为之间的关联、竞争与协同研究中的应用。

关键词：高速可压流体多相复杂流体多尺度非平衡离散玻尔兹曼方法

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