检索结果-内蒙古大学图书馆

数学杂志 2022年第5期42卷 377-401页

作者：张继伟赵成超武汉大学数学与统计学院计算科学湖北省重点实验室湖北武汉430072 北京计算科学研究中心应用与计算数学部北京100193

对于没有斜率选择的分子束外延模型,具有可变时间步长的两步向后微分公式(BDF2)的稳定性和收敛性仍未被完全解决。在本文中,我们首先证明了该BDF2格式在新的相邻时间步长比条件下保持修正的能量耗散定律:r_(k)=τ_(k)/τ_(k-1)≤4.8645-... 详细信息

对于没有斜率选择的分子束外延模型,具有可变时间步长的两步向后微分公式(BDF2)的稳定性和收敛性仍未被完全解决。在本文中,我们首先证明了该BDF2格式在新的相邻时间步长比条件下保持修正的能量耗散定律:r_(k)=τ_(k)/τ_(k-1)≤4.8645-δ,其中δ>0是给定的任意小常数。然后,我们介绍了最近发展的离散正交卷积(DOC)和离散互补卷积(DCC)核技巧,并在新的比率条件r_(k)≤4.8645-δ下给出了BDF2格式的鲁棒且最优的二阶收敛性。鲁棒性意味着,除了r_(k)≤4.8645-δ以外,收敛性不需要其他时间步长上的约束条件。此外,我们的分析表明,使用一阶BDF1格式计算第一步数值解足以确保全局最优收敛阶。也就是说,选择BDF1格式计算起始步的数值解不会导致全局二阶收敛的损失。数值算例验证了我们的理论分析。

关键词：变步长BDF2 离散正交卷积(DOC)核离散互补卷积(DCC)核误差卷积结构(ECS) 最优误差估计分子束外延(MBE)模型

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基于Whitham方法求解混合宽度压缩率的理论模型

基于Whitham方法求解混合宽度压缩率的理论模型

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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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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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椭偏光场下锂原子共振激发过程(特邀)

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光学学报 2024年第17期44卷 313-321页

作者：齐昕郭丽易小鹏胡师林陈京上海师范大学数理学院物理系上海200234 中国工程物理研究院北京应用物理与计算数学研究所北京100088 汕头大学理学院物理系先进光学与光子学研究中心广东汕头515063 中国科学技术大学物理学院合肥微尺度物质科学国家研究中心安徽合肥230026 深圳技术大学工程物理学院深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室广东深圳518118

基于散射矩阵理论建立了在强激光场作用下电子从基态直接跃迁到里德伯态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德伯态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现:当光强较低时,激发过程与微扰理论一致;但当... 详细信息

基于散射矩阵理论建立了在强激光场作用下电子从基态直接跃迁到里德伯态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德伯态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现:当光强较低时,激发过程与微扰理论一致;但当光强较高时,激光场不仅使里德伯态的能级发生移动,而且对里德伯态的空间相位分布也产生了影响,进而改变了激发率随光场椭偏率的变化曲线。同时,计算结果也展现出椭偏场多光子激发过程中角动量和磁量子数跃迁选择定则特点:当共振激发过程吸收偶数或者奇数个光子时,初态与里德伯态的轨道角动量量子数(磁量子数)的奇偶性分别一致或者相反。

关键词：超快光学场缀饰的里德伯态多光子共振散射矩阵理论

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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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变加速度RTI动理学：基于DBM方法

变加速度RTI动理学：基于DBM方法

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：贾英琦许爱国王立锋陈大伟北京应用物理与计算数学研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室北京大学工学院高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

常加速度下的Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）已经开展了大量研究并获得了相对成熟的物理认识,但是针对惯性约束聚变（ICF）等情形中出现的变加速度RTI问题的研究相对较少,物理认识不足。与常加速度下的RTI类似（甚至更复杂）,变加速度... 详细信息

常加速度下的Rayleigh-Taylor不稳定性（RTI）已经开展了大量研究并获得了相对成熟的物理认识,但是针对惯性约束聚变（ICF）等情形中出现的变加速度RTI问题的研究相对较少,物理认识不足。与常加速度下的RTI类似（甚至更复杂）,变加速度RTI系统内部会出现大量中间尺度（介尺度）的空间结构和动理学模式。这些结构和模式的存在与演化,极大影响着系统的性能和物理功能。介尺度行为,离散性更强,非平衡程度更高,如何描述,实际把控能力才不下降?这个问题不仅挑战模拟前的物理建模,而且挑战模拟后的复杂物理场分析。因为传统流体建模,基于（准）连续和近平衡假设;同时,复杂物理场分析技术的不足,经常导致面对数据,给不出足够的有效信息,造成数据资源的极大浪费。另外,非平衡强度是描述、掌握、理解非平衡复杂流动的最基础参量之一。任何非平衡强度的定义都依赖于研究视角。基于单一视角给出的认知,往往是片面的甚至是错误的。离散Boltzmann方法（DBM）,就是针对上述需求而提出和发展的动理学建模与分析方法。基于DBM,不仅可以更加有效地模拟出离散程度更高、非平衡程度更高情形的流动行为,而且可以更加方便地研究:（1）不同视角的非平衡行为与由此引发的各种效应,（2）引发熵增的主要机制及其相对的重要性,（3）一系列介尺度结构的形态特征与物质、能量混合程度,等等。在本研究中使用DBM研究变加速度下的RTI动理学:加速度在特定时间经历两次方向反转。除分析密度、流速、温度、压强等宏观量以外,利用DBM提供的新视角检测手段（Δ、Δ, 1、Δ等特征量）研究了系统的非平衡状态、程度与由此引发的一系列非平衡效应。研究发现:加速度两次方向反转的期间和加速度停止变化后的一段时间内,界面中心会发生运动,且此时RTI的尖钉气泡结构的发展受到抑制;加速度反转对非平衡强度D和D的影响较大,全场非平衡强度和界面非平衡强度的演化规律在前期不同而后期相似;加速度反转引起的界面中心位移会随可压缩性的增加而增大,且界面最大位移随可压缩性规律性变化;可压缩性越大,非平衡强度D越大,加速度反转对非平衡强度D的影响越强。

关键词：离散Boltzmann方法 Rayleigh-Taylor不稳定性变加速度非平衡动理学

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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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椭偏光场下锂原子共振激发过程的研究

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光学学报 2024年

作者：齐昕郭丽易小鹏胡师林陈京上海师范大学数理学院中国工程物理研究院北京应用物理与计算数学研究所汕头大学理学院物理系中国科学技术大学物理学院合肥维尺度物质科学国家研究中心深圳技术大学工程物理学院深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室

本文基于散射矩阵理论建立了在强激光场的作用下电子从基态直接跃迁到里德堡态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德堡态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现：当光强较低时，激发过程与微扰理论一... 详细信息

本文基于散射矩阵理论建立了在强激光场的作用下电子从基态直接跃迁到里德堡态的量子理论模型。利用该模型计算研究了椭偏光场下锂原子被激发到不同里德堡态的概率随激光场椭偏率的变化。研究发现：当光强较低时，激发过程与微扰理论一致；但当光强较高时，激光场不仅使里德堡态的能级发生移动，而且对里德堡态的空间相位分布也产生了影响，进而改变了激发率随光场椭偏率的变化曲线。同时，计算也展现出椭偏场多光子激发过程中角动量和磁量子数跃迁选择定则特点：当共振激发过程吸收偶数或者奇数个光子时，初态与里德堡态的轨道角动量量子数（磁量子数）的奇偶性分别一致或者相反。

关键词：场缀饰的里德堡态多光子共振散射矩阵理论

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高性能宽谱上转换成像发光二极管性能优化

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太赫兹科学与电子信息学报 2024年第10期22卷 1094-1103页

作者：韩尚杰王屹王汉斌杨宁楚卫东白鹏北京应用物理与计算数学研究所北京100088 北京邮电大学理学院北京102206 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 计算物理全国重点实验室北京100088

高性能宽谱上转换成像器件在医疗、食品安全、无损检测和国家安全等领域中发挥着重要作用,但现有半导体上转换器件因探测范围窄、上转换效率低而受到限制。为实现更宽谱和高效的上转换,本文通过优化LED结构,显著提升了棘轮上转换器件的... 详细信息

高性能宽谱上转换成像器件在医疗、食品安全、无损检测和国家安全等领域中发挥着重要作用,但现有半导体上转换器件因探测范围窄、上转换效率低而受到限制。为实现更宽谱和高效的上转换,本文通过优化LED结构,显著提升了棘轮上转换器件的性能。改进后的LED发光效率提升了2个数量级,μA量级的驱动电流下即可开启发光,发光光谱更接近规则洛伦兹线型,器件整体面发光均匀性也显著提升。研究明确了性能优化原则,并为未来上转换器件的改进提供了参考方向。

关键词：上转换成像 THz探测宽谱探测 LED发光棘轮探测器上转换效率

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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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