同轴线-矩形波导结散射特性的数值分析

 提出了一种数值分析同轴线-矩形波导结散射特性的模式匹配方法。采用同轴线和矩形波导的本征模函数表示电磁场分量，通过同轴线-矩形波导结截面横向场分量匹配获得波导结的散射参数，引入电场模式匹配矩阵的解析形式提高了计算效率。给出了基于模式匹配法数值仿真的各种同轴线-矩形波导结散射特性及仿真结果分析，并与3维全电磁波分析软件HFSS的仿真结果进行了比较，二者非常吻合。模式匹配法计算效率高，能广泛应用于微波毫米波元器件及系统结构的设计与优化。     

复杂几何边界三维粘性内流问题的计算方法及算例

一、引言 本文企图发展一种能够计算具有复杂几何边界三维粘性内流问题的通用方法,为深入研究叶轮机械内部流动损失机理打下一定的理论基础。为此,本文首先对求解三维粘性流动问题的数值方法进行了探讨,发展了以速度逆变分量为求解变量,在任意非正交曲线坐标系下求解三维定常不可压缩时均N-S方程以及K-ε双方程紊流模型方程的有效数值方法。然后利用本文作者提出的计算三维内流问题的通用附体坐标系,完成了一套计算三维粘性内流问题的通用方法和计算机程序。为检验本文发展的数值分析方法的通用性和精度,对几种不同的流动问题进行了计算,结果令人满意。     

Dirac方程的数值解法及其在原子总能量计算中的应用

中心势近似下径向Dirac方程的求解是相对论性原子(离子)结构计算的基础.本文通过相对论性方程中径向波函数大分量与非相对论方程径向波函数的类比,提出了径向Dirac方程的一种数值解法.为了验证数值解法的精度和可靠性,首先将数值结果与类氢势作用下的解析解进行比较.然后,将这种算法扩展到基于解析势的相对论性原子结构计算中,并将计算出的总能量与实验结果和其他方法得到的结果进行对比.     

瞬变电磁场模拟中的CPML吸收边界条件

提出用于瞬变电磁法(TEM)模拟的时域有限差分(FDTD)算法中的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件.首先,在磁场散度方程显式处理条件下,计算磁场z分量时,构造出一种计算时域卷积项的方法,并详细推导计算磁场z分量的表达式.而后,对均匀半空间模型进行数值计算.结果表明,提出的CPML吸收边界条件在保证计算精度的前提下,实现了瞬变电磁法时域有限差分高效正演计算.     

任意体目标激光波束的散射场量统计矩及非相干分量比

推导了任意体目标高斯波束的散射场量本征统计矩.以椭球体目标为例,通过数值方法研究体目标在激光波束入射下,三种不同材料的单站散射场量互相关函数、协方差及其非相干散射分量比.数值计算椭球类目标非相干散射分量比随散射角的变化情况,结果表明:目标非相干分量在总散射分量中的比重较小,目标姿态、表面材料及其粗糙度对其散射场量非相干分量比有影响,粗糙面越光滑,非相干分量比越小;金属类材料比非金属镀漆材料的非相干分量比小;具有缩比关系的目标散射场量的非相干分量比的分布趋势基本相同,仅其数值略微有些差别.     

虚阴极振荡激励高功率微波的数值模拟

模拟了轴对称虚阴极振荡器产生微波的过程。根据实验装置的特点,建立了理想的物理模型。从物理学的基本规律出发,用CIC方法编制了二维空间、三个动量分量的2 1/2维、全电磁、相对论性的数值模拟程序。选择柱状电子束进行模拟,获得了正确的计算结果和清晰的物理图象,并对计算结果作了分析。     

导心轨道模拟中对磁场计算方法的改进

在导心轨道的计算中,用离散傅立叶变换对二维磁场信息沿角向进行变换,得到各阶谐波分量随极向磁通变化的拟合公式,用此生成磁场。数值模拟结果表明,该方法在精度上和传统的样条插值一致,可以在角向和极向上求任意阶导数,为磁岛和撕裂膜的计算提供了便利.     

纵向带状裂隙形貌的逆时偏移超声成像

传统的工业超声成像方法通常只能确定缺陷的位置与横向尺寸,无法获得缺陷的形貌信息.一些特殊的缺陷,如纵向裂纹,是典型的例子.基于多阵元技术,开展了固体介质缺陷逆时偏移超声成像方法的数值与实验研究.针对铝块平底纵裂纹及内部纵裂纹两种传统方法无法有效成像的缺陷,首先开展了单分量逆时偏移成像方法研究,给出了基于数值仿真的逆时偏移成像结果以及基于多阵元超声成像实验系统实验测试的逆时偏移成像结果.进一步开展了基于多分量位移检测与转换横波分离的逆时偏移成像方法研究,并提出了基于新型多分量激光干涉仪进行检测的思路.数值仿真结果证实了多分量逆时偏移图像重建结果可以克服单分量方式的缺点,得到明显优于单分量检测时的图像.     

激光等离子体细丝的场分布和共振吸收

本文对激光等离子体细丝的场分布和共振吸收进行了理论研究.在冷等离子体的条件下,首先求得场方程以及电场的径向分量和轴向分量的解析表示式;然后,通过数值计算发现:在等离子体细丝的径向场存在一个隧道效应,即在径向共振点r_o附近,场出现极大值.     

电磁声换能器的辐射声场研究

分析了一种圆环形螺线圈、垂直偏置磁场结构的电磁声探头在非铁磁性介质铝中的辐射声场特性。首先根据电磁感应原理对探头进行了物理和数学建模,将表面力源近似成水平和竖直分布的两种,且水平分量远大于竖直分量,推导出该种力源产生的声场的理论解析解。分别数值计算出了横波和纵波的切向和法向指向性,并和实验结果进行对比。实验结果和理论计算符合较好,为此种结构的电磁声换能器的实际工程应用提供了理论依据。      

Efficient solver for time-dependent Schr?dinger equation with interaction between atoms and strong laser field

We present a parallel numerical method of simulating the interaction of atoms with a strong laser field by solving the time-depending Schr?dinger equation(TDSE) in spherical coordinates. This method is realized by combining constructing block diagonal matrices through using the real space product formula(RSPF) with splitting out diagonal sub-matrices for short iterative Lanczos(SIL) propagator. The numerical implementation of the solver guarantees efficient parallel computing for the simulation of real physical problems such as high harmonic generation(HHG) in these interaction systems.     

流场/电磁场的数值优化计算

采用矢通量分裂方法计算了绕翼型的时域电磁散射场特性及雷达散射截面积(RCS)。采用VanLeer矢通量分裂格式求解Euler方程方法计算了绕翼型的气动特性。并用一种简单而有效的数值优化方法对流场解和电磁场解进行了综合优化计算     

基于浸入式边界的流固耦合的非定常数值模拟研究

本文针对工程中关心的流固耦合以及复杂边界物体绕流问题,采用算子分裂的方法求解二维不可压N-S方程,采用完全正交的矩形网格,用浸入式边界模拟静止和运动物体的边界.使用这种方法,本文分别对低雷诺数下的光滑平板绕流,圆柱绕流,低KC数下的振荡圆柱进行了数值模拟.计算结果与以往的数值和试验结果吻合得很好,证明了浸入式边界方法和所发展的程序的可靠性.     

Comparison of calculation methods for the tunnel splitting at excited states of biaxial spin models

We present the calculation and comparison of tunnel splitting at excited levels of biaxial spin models by various methods, including the generalized instanton method, the generalized path integral method for coherent spin states, the perturbation method, and the exact method by numerical diagonalization of the Hamiltonian. It is found that, for integer spin with spin number around 10, tunnel splitting predicted by the generalized path integral for coherent spin states is about 10^{-n} times of the exact numerical result for the nth excited level, while the ratio of the results of the perturbation method and the exact numerical method diverges in the large spin limit. We thus conclude that the generalized instanton method is the best approximate way for calculating tunnel splitting in spin models.     

薄膜法布里-珀罗滤光片中反射高斯光束分裂现象

提出了一种模拟薄膜法布里-珀罗滤光片中反射光束分裂现象的方法.根据反射率曲线，简单解释了产生这个现象的原因.实验上制备了薄膜法布里-珀罗滤光片，观察和测量了反射光束分裂的现象，理论计算基本与实验结果符合. 关键词： 薄膜 法布里-珀罗 光束分裂     

二维单原子斐波那契类准晶电子能谱特性研究

利用单电子、紧束缚、最近邻座模型,在重整化群的基础上,用分解-消元法分析了二维单原子斐波那契类准晶FC(n)的电子能谱分裂规律,数值计算了其电子能谱值,发现在一级近似下,该类二维准晶格中全部都只存在n×n,n×(n+1),(n+1)×(n+1)等三种原子簇分子,相应的能谱按Y_m-n-l方式分裂,得出了其电子能谱的能级数目通式,发现描述其能级数目的参量存在所谓的“斐波那契类数集合”,并且确定了该集合的前11个整数的稳定值,找出了有关斐波那契类数集合的经验公式.分析结果与数值计算值相符 关键词： 斐波那契类 准晶 电子能谱 重整化群     

二维Bloch电子在电场和磁场作用下输运的突变现象及非线性理论分析

磁场作用下二维Bloch电子，在非极低温情况下，电子Bloch能带的磁致裂隙对电子运动的影响将不重要，这时在准经典近似下分析霍耳漂移速率．通过数值求解，得到不同磁感应强度下波矢空间的稳定唯一周期解或稳定焦点不动解，并通过大量数值计算找出了参数空间中周期解与不动解的参数划分；进一步给出了霍耳漂移速率随磁感应强度变化过程中的突变现象．数值解的性质与Poincaré-Bendixson定理相一致 关键词：     

基于表面波的新型光子晶体分束器

通过激发光子晶体-光子晶体表面波的方法,设计出了一种由表面修饰光子晶体组成的新型复合结构。利用平面波展开法结合超原胞技术对该结构的耦合表面波色散关系进行了研究,在此基础上利用时域有限差分法对光束在该结构中的传输特性进行了数值模拟,并分析了其物理机制。研究结果表明,所提出的新型结构,对一定频率范围内的传输光,能够实现输出光的分束,此特征可以用来制作光束分束器。     

三维高超声速无粘定常绕流的数值模拟

本文采用一种简单有效的通量分裂结合一种二阶TVD格式的数值通量的方法,提出一种隐式的迎风有限体积格式,并利用这种格式,从气体动力学非定常Euler方程组出发,数值模拟了三维不对称物体的高超声速无粘定常绕流。数值结果表明此格式具有分辨率较高和收敛速度较快的优点。     

双曲型守恒律的一种高精度TVD差分格式

构造了一维双曲型守恒律方程的一个高精度高分辨率的守恒型TVD差分格式.其主要思想是:首先将计算区域划分为互不重叠的小单元,且每个小单元再根据希望的精度阶数分为细小单元;其次,根据流动方向将通量分裂为正、负通量,并通过小单元上的高阶插值逼近得到了细小单元边界上的正、负数值通量,为避免由高阶插值产生的数值振荡,进一步根据流向对其进行TVD校正;再利用高阶Runge KuttaTVD离散方法对时间进行离散,得到了高阶全离散方法.进一步推广到一维方程组情形.最后对一维欧拉方程组计算了几个算例.