水平集方程在四边形网格上的数值离散方法

在多介质大变形数值计算中，正交的笛卡儿网格很难满足计算要求，经常要在一般四边形网格上进行数值计算，因此需要在一般四边形网格上实现波阵面的捕捉算法。水平集方法不需显式地构造界面，容易处理界面拓扑结构的变化，因此选用水平集方法来捕捉波阵面。无曲率的水平集方程、重新初始化方程是齐次Hamilton-Jacobi方程，可以直接运用正格式进行离散。文中只考虑曲率项是曲率的线性函数的情况，与曲率相关的水平集方程含有水平集函数的二阶导数，不能采用正格式离散，采用伽辽金有限元方法进行离散。     

气相爆轰高阶中心差分-WENO组合格式自适应网格方法

研究一种高阶中心差分-WENO组合格式,并采用自适应网格方法进行二维和三维气相爆轰波的数值模拟.采用ZND爆轰模型的控制方程为包含化学反应源项的Euler方程组.组合格式在大梯度区采用WENO格式捕捉间断,在光滑区采用高阶中心差分格式提高计算效率.采用一种基于流场结构特征的自适应网格.计算结果,表明这种方法同时具有高精度、高分辨率和高效率的特点.     

一种基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的单元中心型Lagrange方法

提出一种数值模拟凝聚炸药爆轰问题的单元中心型Lagrange方法.利用有限体积离散爆轰反应流动方程组,基于双曲型偏微分方程组的特征理论获得离散网格节点的速度与压力,获得的网格节点速度与压力用于更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量.以这种方式获得的网格节点解是一种"真正多维"的理论解,是一维Godunov格式在二维Riemann问题的推广.有限体积离散得到的爆轰反应流动的半离散系统使用一种显-隐Runge-Kutta格式来离散求解：显式格式处理对流项,隐式格式处理化学反应刚性源项.算例表明,提出的单元中心型Lagrange方法能够较好地模拟凝聚炸药的爆轰反应流动.     

基于CFD/CSD的舵面控制气动弹性数值模拟方法

在动态网格上通过耦合求解流动控制方程和结构动力学方程, 发展了一种舵面控制下飞行器运动响应过程中气动弹性数值模拟研究方法.流动控制方程采用N-S方程, 结构动力学采用线性模态叠加方法, 其中流动控制方程空间离散采用基于非结构网格的有限体积方法, 对流通量采用计算HLLC格式, 非定常时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法.模拟中, 气动运动和结构变形在双时间步长方法推进过程中采用改进松耦合方法, 气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法实现, 飞行器的运动和变形采用基于重叠网格和Delaunay图映射变形网格相结合的方法进行处理.采用多个考核算例对发展的数值方法进行考核验证, 结果表明该方法可以高效精确模拟舵面开环控制下飞行器运动响应过程中的气动弹性特性.      

频散可控格式的一种推广形式及其在爆轰波马赫反射中应用

频散可控格式是高精度捕捉激波的新格式.对原有频散可控格式(DCD)进行了推广,给出了适用于网格点排列不规则情况下的DCD格式,使其具有更广泛的适应性,在此基础上构造了在非结构三角形网格下的DCD格式.用一些典型算例对推广后的DCD格式进行检验,结果表明该格式是合理和可靠的,并能够较好地保留原有DCD格式的二阶精度.把推广后的DCD格式和具有8种组分和20个化学反应的基元反应模型相结合,对氢氧爆轰波在直管道中的传播问题及楔面上马赫反射问题进行计算,计算结果和实验结果比较表明,在非结构三角形网格下的DCD格式能够有效地捕捉爆轰波,在爆轰波阵面上不会产生振荡或是抹平间断现象.     

基于分裂格式有限点集法对孤立波二维非线性问题的模拟

在提出一种基于时间分裂格式的纯无网格有限点集(split-step finite pointset method, SS-FPM)法的基础上,数值模拟了含孤立波的二维非线性薛定谔(nonlinear Schr?dinger, NLS)/(Gross-Pitaevskii, GP)方程.SS-FPM的构造过程为:1)基于时间分裂的思想将非线性薛定谔方程分成线性导数项和非线性项; 2)采用基于Taylor展开和加权最小二乘法的有限点集法,借助Wendland权函数,对线性导数项进行数值离散.随后,模拟了带有Dirichlet和周期性边界条件的NLS方程,将所得结果与解析解做对比.数值结果表明:给出的SS-FPM粒子法的优点是在粒子分布非均匀情况下仍具有近似二阶精度,且较网格类有限差分算法实施容易,较已有改进的光滑粒子动力学方法计算误差小.最后,运用SS-FPM对无解析解的二维周期性边界NLS方程和Dirichlet边界玻色-爱因斯坦凝聚二分量GP方程进行了数值预测,并与其他数值结果进行对比,准确展现了非线性孤立波奇异性现象和量子化涡旋过程.     

基于Voronoi网格的扩散方程差分格式

在Voronoi网格上利用一种基于回路积分法的有限体积法构造扩散方程的的差分格式.在这种特殊的网格上离散扩散方程比通常在四边形网格上离散的格式要简单,不会引进角点未知量,提高了对网格边上的流的离散精度,及差分格式整体精度.这种Voronoi网格上的扩散计算也可以与单元中心流体力学计算耦合.数值算例表明这种格式比四边形网格上的格式精度高,且能更好的应对网格扭曲情形.     

黏性激波管的有限体积WENO格式数值模拟

本文采用OpenFOAM软件下实现的一种可实现任意阶数,可应用于非结构网格的有限体积WENO格式对黏性激波管问题进行模拟。模拟中对流项离散采用3阶精度、4阶精度该类WENO格式,网格形式采用结构网格和三角形非结构网格。结果表明,采用该类格式,三角形非结构网格的算精度、效率优于结构网格,3阶精度格式计算效率优于4阶精度。该工作表明OpenFOAM下采用3阶精度该类格式及非结构网格对叶轮机械内部流动等复杂流场的模拟更具优势与应用潜力.     

基于基元反应模型的H2-O2-N2爆轰数值模拟

 采用12组分、23个化学反应的基元化学反应模型,用5阶加权本质无震荡格式（WENO）、3阶TVD Runge-Kutta格式,对H₂-O₂-N₂混合气体胞格爆轰进行了数值模拟。研究了一维ZND爆轰、自维持爆轰的详细结构以及三波点附近的流动结构。计算结果表明：由横波的压力可以显著促进二维爆轰波波阵面的形成;横波的运动生成三波点,三波点造成了爆轰的自维持传播。     

液舱横荡非结构网格高阶格式数值模拟

提出一种液舱横荡数值模拟的方法,将气液两相交界面视为物理间断,通过高阶精度离散格式捕捉间断.根据NVD(Normalized Variable Diagram)实现非结构化网格上高精度离散格式,建立固定网格上自由表面运动模拟方法.在开发的非结构网格有限体积法求解器GTEA(General Transport Equation Analyzer)基础上,实现上述方法.首先对经典的溃坝过程进行模拟,并与文献结果对比验证方法和程序的可信度.对二维矩形液舱在不同激振频率时的横荡进行数值计算,并与实验以及商业软件CFX计算结果进行比较.结果表明方法和软件可以模拟自由面的翻卷、破碎运动现象,对距自由面较深点处流体载荷的计算结果与实验值符合较好,与商业软件CFX相比,在相同计算网格下,算法可以更好的计算次峰值,验证方法正确可行.     

KLL and LMM Auger peak intensity ratio dependence on bond ionicity

A study of the influence of element bond ionicity on ratios shows that a decrease of the ratios of the KL₂₃L₂₃ to KL₁L₂₃, L₂₃M₂₃M₂₃ to L₂₃M₁M₂₃, and L₂₃M₂₃M₂₃ to L₃M₂₃M₄₅ peak intensities occurs with an increase in the effective negative charge of the atom. These dependences are explained by decreasing spatial separation of the 2s and 2p, 3s and 3p, and 3p and 3d electrons. The decreasing spatial separation of the 2s and 2p and the 3p and 3d electrons with increase of the atom effective negative charge becomes less abrupt with increasing element atomic number.     

微型电子回旋共振离子推力器离子源结构优化实验研究

微型电子回旋共振(ECR)离子推力器可满足微小航天器空间探测的推进需求. 为此, 本文开展直径20 mm的微型ECR离子源结构优化实验研究. 根据放电室内静磁场和ECR谐振区的分布特点, 研究不同微波耦合输入位置对离子源性能的影响, 结果表明环形天线处在高于ECR谐振强度的强磁场区域时, 微波与等离子体实现无损耦合, 电子共振加热效果显著, 引出离子束流较大. 根据放电室电磁截止特性, 结合微波电场计算, 研究放电容积对离子源性能的影响, 实验表明过长或过短的腔体长度会导致引出离子束流下降甚至等离子体熄灭. 经优化后离子源性能测试表明, 在入射微波功率2.1 W、氩气流量14.9 μg/s下, 可引出离子束流5.4 mA, 气体放电损耗和利用率分别为389 W/A和15%.     

Some integrable models in quantized spaces

It is shown that in a quantized space determined by the B₂ (O(5)=Sp(4)) algebra with three-dimensional parameters of the length L², momentum (Mc)², and action S, the spectrum of the Coulomb problem with conserving Runge–Lenz vector coincides with the spectrum found by Schrödinger for the space of constant curvature but with the values of the principal quantum number limited from the side of higher values. The same problem is solved for the spectrum of a harmonic oscillator.     

Gauge fixing in fully gauge-invariant field theory of closed bosonic and Neveu-Schwarz strings

The gauge fixing procedure is reanalyzed in our fully gauge-invariant closed bosonic and Neveu-Schwarz string field theory which does not have any constraint on string functionals and gauge parameters. The relations to other formulations are clarified; in particular, it is shown that our theory recovers other formulation with constraints L₊ − L₋ = 0 after partial gauge fixing but without any truncation. Complete gauge fixing is also made and the expected propagator is obtained. The constraint L₊ − L₋ = 0 appears as a field equation in our formulation.     

A hybrid mode of one- and two-surface multipactor on grooved dielectric surface

A hybrid mode of one- and two-surface multipactor on the grooved dielectric surface is studied in detail using both an analytical approach and two-dimensional particle-in-cell(2D PIC) simulations. When the groove width L eE_0/(4πm_ef~2),there are one-surface multipactor and one-order two-surface multipactor on the grooved dielectric surface, and only one slope of the groove has the multipactor anytime. When L eE0/(4πme f~2), both slopes may have the multipactors. The electron surface density of the multipactor discharge has a sharp increase at the length L = eE_0/(4πm_ef~2).     

Nd L-shell x-ray emission induced by light ions

The L-shell x-ray of Nd has been obtained for 300-600 keV He²⁺ ions impacting, and compared with that produced by H⁺ and H₂⁺ ions. The threshold of projectile kinetic energy for L-shell ionization of Nd is crudely verified in the energy region of about 300-400 keV. It is found that the energy of the distinct L-subshell x-rays has a blue shift. The relative intensity ratios of Lβ_{1, 3, 4} and Lβ_{2, 15} to Lα_{1, 2} x-ray are enlarged compared to the atomic data, and they decrease with the increase of the incident energy, and increase with increasing the effective nuclear charge of the incident ions. That is interpreted by the multiple ionization of outer-shells induced by light ions.     

Low frequency impedance of a round superconducting wire

We calculated the electric field E on the surface of a straight superconducting wire with circular cross-section carrying AC transport current I=I_acosωt. Performing the Fourier analysis of E, we found that both components of the first harmonic have the same form: the critical current I_c in prefactor and the rest depending on the ratio F=I_a/I_c. The in-phase component leads to the classical result of loss calculation, while the out-of-phase component was derived for the first time. Thus the wire can be symbolized by a complex self-inductance L₁(I)=L₁′(I)−jL₁″(I) where L₁′ represents the reactive power while L₁″ the losses. When the lock-in amplifier, used to sort out the components of the first harmonic, is utilized in the wide-band mode, it allows one to determine the magnetic flux penetrated in the wire volume at two significant moments of the AC cycle: at zero current (remanent flux) and at the amplitude value of current.     

煤系针状焦原料在成焦过程中的XRD结构分析

低QI(原生喹啉不溶物)含量的软沥青（SCTP）是制备煤系针状焦的优选原料,研究其在成焦过程中的结构变化有助于高品质针状焦的研制。基于样品的X射线衍射（XRD）数据,利用Smarsly团队开发的CarbX软件对其全谱拟合,定量出SCTP在不同炭化温度（400,500,600,800,1 000,1 200和1 400 ℃）下的微晶结构参数,进而在纳米尺度下研究SCTP的热致结构变化情况。结果表明,随炭化温度升高,微晶堆垛的石墨烯层大小L_a从初始沥青的10.3 Å逐步增大到1 400 ℃的47.9 Å,但在500 ℃前L_a增加缓慢,只有当温度超过800 ℃后,L_a才显著增大,这表明需要800 ℃以上的高温才能使交联石墨烯层内的原子重组,进而导致微晶长大。然而,石墨烯碳网的C—C键长l_cc受温度的影响很小,在1.41~1.42 Å范围内变化。由于SCTP在液相炭化成半焦过程中存在中间相转化,导致微晶堆垛高度L_c在500 ℃前逐步增大,在500 ℃时达到最大（L_c=31.1 Å）,随后由于半焦进一步热解缩聚,使L_c逐步减小,在1 000 ℃时达到最低点（L_c=15.4 Å）,超过1 000 ℃后又开始增大。与L_c的变化趋势相同,堆垛的石墨烯层数N从原始沥青的2.66层增加到500 ℃的约9.05层,随后减小到1 000 ℃的4.55层,超过1 000 ℃后又开始增大。由于500 ℃前样品仍处于沥青态,所以此阶段微晶的石墨烯层间距a₃都较大,约为3.50 Å。当在500 ℃变为半焦后,a₃迅速减小至3.44 Å。随后温度升高,a₃在1 000 ℃达到最小（a₃=3.39 Å）,1 000 ℃后又开始增大,这表明焦炭经历了收缩再膨胀过程。通过CarbX软件拟合样品的XRD数据,除了可得到样品炭微晶的主要尺寸（L_a,L_c,N,a₃）信息外,还可获得这些参数的分散性（k_a,k_c,σ₃,ε₃）以及堆垛的取向性（q）、均匀性（η）和无序碳含量（c_un）等信息,有利于深入了解样品的微观结构,有助于优质针状焦的生产。     

部分道路关闭引起的交通激波特性研究

本文根据实际交通中经常遇到的交通事故或部分道路施工等情况, 建立了部分道路关闭的交通流模型. 采用平均场理论分析和确定性NS元胞自动机规则分别对模型进行解析和数值模拟, 结果表明, 系统存在三种稳定的物理状态:低密度相、激波相和高密度相, 并找到了系统发生相变的临界密度. 理论分析和数值模拟能很好地符合.     

Mean power transmission for one-dimensional random wave propagation using a cumulant expansion

In this paper the problem of the mean power transmission for one-dimensional wave propagation in a random medium is studied. We use a cumulant technique valid for small k₀L_c where measures the size of the fluctuations, L_c is the correlation length of the random wave number, and k₀ is the undisturbed wave number. We obtain an integral expression for the mean transmitted power. It shows exponential decay for large width, and linear decay for small width. The relevant scale to measure the width of the slab is ²k²₀∫^∞₀C(x)cos(2k₀x)dx where C(x) is the autocorrelation of the random wave number.