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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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出版前言

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强激光与粒子束 2021年第1期33卷 F0002-F0002,I0001页

作者：丁永坤北京应用物理与计算数学研究所党委北京大学应用物理与技术研究中心中国物理学会高能量密度物理专业委员会等离子体物理分会

高能量密度物理(HEDP)是研究能量密度大于1011 J/m^3极端状态下物质特性和运动规律的新兴交叉学科,是驱动材料物理、天体物理、原子分子物理、核物理、加速器物理等传统学科向极端参数条件下发展的关键科学与技术支撑,是惯性约束聚变等... 详细信息

高能量密度物理(HEDP)是研究能量密度大于1011 J/m^3极端状态下物质特性和运动规律的新兴交叉学科,是驱动材料物理、天体物理、原子分子物理、核物理、加速器物理等传统学科向极端参数条件下发展的关键科学与技术支撑,是惯性约束聚变等国防重大需求领域的重要科学基础。

关键词：物质特性原子分子物理高能量密度物理能量密度新兴交叉学科需求领域驱动材料传统学科

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基于流线的流场可视化绘制方法综述

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计算机科学 2021年第12期48卷 1-7页

作者：张倩肖丽中国工程物理研究院四川绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100080 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

流场可视化是科学计算可视化中一个重要的分支,主要对计算流体动力学的模拟计算结果进行可视化,给研究人员提供视觉上直观可见的图形图像,方便研究人员进行分析。流场可视化的已知技术包括基于几何的方法(如流线和粒子追踪法)以及基于... 详细信息

流场可视化是科学计算可视化中一个重要的分支,主要对计算流体动力学的模拟计算结果进行可视化,给研究人员提供视觉上直观可见的图形图像,方便研究人员进行分析。流场可视化的已知技术包括基于几何的方法(如流线和粒子追踪法)以及基于纹理的方法(如LIC、噪声点、IBFV等)。流线可视化是流场可视化的一个重要且常用的几何可视化手段。在流线可视化的研究中,流线的放置是整个流线可视化的重点,流线的数目和位置影响了整个可视化效果。当流线放置过多时,会造成视觉的杂乱;而流线放置过少会使流场信息表达不完整,无法传递完整的信息给领域专家。为了实现对科学数据的精确显示,流线可视化产生了两个重要的研究方向:种子点的放置和流线的约减。文中介绍了种子点放置方法和流线的约减方法的相关研究,总结了在2D和3D流场上出现的一些问题和采取的解决方案,并针对日益增长的科学数据,提出流线可视化下一步需要解决的问题。

关键词：流线放置种子点生成策略流线约减流场可视化科学计算可视化

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金属锡4种经典原子间势函数的热力学性质比较

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稀有金属 2025年第05期 704-712页

作者：邹继德王丽芳王越超刘瑜陈欣赵继泽宋海峰兰州大学物理科学与技术学院兰州理论物理中心和甘肃省理论物理重点实验室北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室

本文选取了4种典型锡（Sn）原子间势函数：Pot＿Ravelo1997, Pot＿Vella2017, Pot＿Eteami2018和Pot＿Ko2018，对其在计算α相和β相Sn的晶格常数、平衡体积和能量、弹性常数和模量、等温压缩、等压热膨胀等热力学物性方面的适用性进行... 详细信息

本文选取了4种典型锡（Sn）原子间势函数：Pot＿Ravelo1997, Pot＿Vella2017, Pot＿Eteami2018和Pot＿Ko2018，对其在计算α相和β相Sn的晶格常数、平衡体积和能量、弹性常数和模量、等温压缩、等压热膨胀等热力学物性方面的适用性进行了系统比较评估，结合已有的实验和第一性原理数据比较结果，分别给出这4种势函数的准确性和适用范围：Pot＿Ravelo1997能较好地再现α-, β-Sn的晶格常数、 α-Sn的弹性常数和模量，并能够定性描述较宽温压范围内的Sn的等温压缩和等压热膨胀过程；Pot＿Vella2017能够较好地给出α-Sn的弹性常数和模量，计算的β-Sn平衡体积与实验和密度泛函理论（DFT）计算结果具有一致性，但其计算晶格常数、 β-Sn弹性常数和模量与实验值相比具有一定偏差；Pot＿Eteami2018能较好再现α-, β-Sn的晶格常数、定性描述较宽温压范围的α-, β-Sn等温压缩和等压热膨胀过程；Pot＿Ko2018能较好再现α-, β-Sn的晶格常数、 β-Sn的弹性常数和模量，定量描述β-Sn等温压缩和等压热膨胀过程。本工作为金属锡分子动力学模拟选择合适的势函数提供了参考和依据。

关键词：金属锡分子动力学势函数热力学物性

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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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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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激光聚变黑腔中等离子体的热流研究

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物理学报 2020年第3期69卷 234-240页

作者：张恩浩蔡洪波杜报田建民张文帅康洞国朱少平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 北京大学应用物理与技术研究中心北京100871 中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室绵阳621900

辐射流体采用限流的局域Spitzer-Harm(S-H)电子热流近似,在预估等离子体状态时可能与实验观察存在偏差.利用一维(1D3V)含碰撞的粒子模拟程序,研究了激光聚变黑腔中金等离子体的电子分布函数和电子热流.分析表明,在等离子体的冕区,α=Z(... 详细信息

辐射流体采用限流的局域Spitzer-Harm(S-H)电子热流近似,在预估等离子体状态时可能与实验观察存在偏差.利用一维(1D3V)含碰撞的粒子模拟程序,研究了激光聚变黑腔中金等离子体的电子分布函数和电子热流.分析表明,在等离子体的冕区,α=Z(νos/νte)^2>1,电子分布函数表现为超高斯分布(m=3.34),克努森数λe/Le=0.011大于局域S-H理论的临界值2×10^-3.这导致了局域S-H电子热流远大于实际热流.这种实际热流受限现象将导致辐射流体模拟给出的冕区电子温度高于神光实验测量值.而在等离子体的高密度区域,电子分布函数仍表现为超高斯分布(m=2.93),克努森数λe/Le=7.58×10^-4小于局域S-H理论的临界值,限流的局域S-H电子热流具有一定的适用性.但电子热流严重依赖于限流因子,辐射流体模拟需要根据不同位置的光强和电子温度调整的大小.

关键词：电子分布函数克努森数热流受限限流因子

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围炉对谈:性能优化的个性与共性

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计算物理 2024年第1期41卷 3-8页

作者：莫则尧王龙刘杰谭光明刘伟峰喻之斌翟季冬杨海龙徐小文黄烁刘洁中国工程物理研究院四川绵阳621900 中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京1100095 北京华为数字技术有限公司湖南长沙410073 国防科技大学计算机学院北京100086 中国科学院计算技术研究所北京102249 中国石油大学(北京)信息科学与工程学院超级科学软件实验室广东深圳518055 中国科学院深圳先进技术研究院北京100084 清华大学计算机科学与技术系北京100191 北京航空航天大学计算机学院北京100094 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

2022年12月12日,第八届高性能计算中间件技术研讨会(HPCMid22)成功召开。HPCMid(会议网址:http://***/***)每年举办一次,面向科学与工程计算数值模拟应用在当前及下一代超级计算机上面临的挑战,围绕高性能计算中间件关键技术,邀请相关... 详细信息

2022年12月12日,第八届高性能计算中间件技术研讨会(HPCMid22)成功召开。HPCMid(会议网址:http://***/***)每年举办一次,面向科学与工程计算数值模拟应用在当前及下一代超级计算机上面临的挑战,围绕高性能计算中间件关键技术,邀请相关学者报告最新研究进展并探讨未来发展趋势。第八届研讨会以“适配新型体系结构的性能优化技术”为主题,聚焦后摩尔时代新型体系结构为科学与工程计算带来的机遇与挑战,探讨新型体系结构下可移植性能优化技术的发展趋势。本届研讨会的专家座谈(Panel Session)环节由莫则尧研究员和徐小文研究员共同主持,邀请了王龙、刘杰、谭光明、刘伟峰、喻之斌5位来自高校、科研院所、企业的专家围绕“性能优化:个性vs共性”这一主题开展了深入的讨论与交流,翟季冬、杨海龙等多位专家也参与了讨论。专家们针对性能优化技术的研究现状与发展趋势、面临的问题与挑战以及人才培养等方面发表了许多有启发性的观点。《计算物理》编辑部特将本次讨论整理后发表,以飨读者。限于篇幅,略有删节。

关键词：高性能计算超级计算机体系结构中间件技术性能优化专家座谈人才培养

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NS方程高阶隐式时间积分保正算法研究

NS方程高阶隐式时间积分保正算法研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：黄乾旻任玉新胡文强中物院高性能数值模拟软件中心北京应用物理与计算数学研究所清华大学航天航空学院学院工程力学系北京航天长征飞行器研究所

稳健性不足是制约计算流体力学高阶格式实用化的根本因素之一,主要表现为计算过程中具有正定性的物理量(如密度、压力等)无法保持正值,导致因非物理的演化而造成计算发散。已有的保正算法主要围绕Euler方程开展讨论,基于基准保正格式发... 详细信息

稳健性不足是制约计算流体力学高阶格式实用化的根本因素之一,主要表现为计算过程中具有正定性的物理量(如密度、压力等)无法保持正值,导致因非物理的演化而造成计算发散。已有的保正算法主要围绕Euler方程开展讨论,基于基准保正格式发展了以斜率限制和通量限制为代表的保正算法,实现了保正性、精度、守恒性及相容性的要求。由于难以找到NS方程的基准保正格式,因此将Euler方程的方法推广到NS方程面临挑战。进一步,考虑隐式求解的Euler和NS方程时,验证隐式条件下保正性也变得困难。发展适用于NS方程隐式时间积分的保正算法,其关键是如何建立收敛到密度和内能(压力)正定的弱解。本文发展了空间高阶、时间二阶的NS方程隐式时间积分的保正算法,分析了算法的保正性、精度、守恒性和相容性。相比现有算法,本文所提算法除了具有高阶的特点,还不依赖于低阶基准保正格式的存在性、变量体积积分凸分解的存在性以及对物理时间步长的大幅限制,通用性显著提升。同时,该算法具有良好的可扩展性,易于在以高精度有限体积法、间断伽辽金法等为代表的高精度方法上实现。本文在国内开源软件框架上植入了算法,通过典型算例,验证了算法,在相同分辨率的网格上相比文献得到了分辨率更高的数值解,为高精度方法实用化提供了研究基础。

关键词：保正高精度有限体积法隐式时间积分通量修正残差修正

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基于依赖分析的回归测试工具设计与实现

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微型电脑应用 2023年第10期39卷 216-220页

作者：单雅辉张宝印张庆张璇秦英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京100094 中国工程物理研究院计算机应用研究所四川绵阳621900 四川中锐信息技术有限公司四川成都610041

随着高性能计算共性技术发展,软件架构复杂度随之增加,交付频率不断提高,如何在确保软件测试质量的同时提升测试效率成为亟待解决的问题。面向高性能数值模拟组件的变更评估需求,设计实现基于依赖分析的回归测试工具,该工具支持自动解... 详细信息

随着高性能计算共性技术发展,软件架构复杂度随之增加,交付频率不断提高,如何在确保软件测试质量的同时提升测试效率成为亟待解决的问题。面向高性能数值模拟组件的变更评估需求,设计实现基于依赖分析的回归测试工具,该工具支持自动解析组件之间复杂的逻辑关系,生成可视可感知的依赖关系树,快速评估组件变更的影响范围。针对多组件批量回归测试需求,提出基于偏序的关联任务调度算法,支持自动编排任务的先后顺序,一键式执行全部组件测试任务,大幅提高了任务并行度与测试效率。此外,提供全面的回归测试报表,展示组件整体依赖关系、执行情况及单组件详细测试报告,帮助用户快速定位缺陷,保证测试数据可回溯。

关键词：组件依赖分析回归测试作业调度变更影响分析

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