保持对称性的新积分梯度格式

针对柱坐标系下拉氏流体力学的动量方程,提出一种积分梯度格式IGTSP(Integral Gradient Total Symmetry-Preserving),它具备现有积分梯度格式IGA(Integral Gradient Average)和IGT(Integral Gradient Total)的优点,不仅克服了IGT格式不能保持柱坐标系下的一维球对称性的缺点,而且系统的总动量守恒误差为O(h),比IGA格式更好地保持系统的总动量守恒.数值试验进一步显示了该格式理论分析的优点.     

保持对称性的二维Lagrange流体力学有限差分方法

广泛应用的二维直角坐标系下的Wilkins有限差分格式在计算一维柱面问题时,通过等角度划分周向网格能够获得严格的对称性,非等角度划分周向网格会产生较严重的不对称性.通过分析Wilkins有限差分格式在处理非等角度划分周向网格的一维柱面问题时破坏对称性的原因,指出周向网格的非等角度划分产生了周向压力分量,从而产生了周向加速度分量和周向运动速度,以此为基础提出一种对该有限差分格式进行修正的方法,将节点处的周向压力分量做算术平均运算,以消除周向压力分量,只剩径向压力分量起作用.因而该修正方法在以任意角度划分周向网格的条件下都能够保持严格的对称性.通过几个典型算例验证该结论,对对称流动,修正方法与原始方法所获得的结果一致,对非对称流动,二者有微小差异.     

RKDG有限元法求解一维拉格朗日形式的Euler方程

描述一种新的求解Euler方程的拉格朗日格式,该格式用Runge-Kutta Discontinuous Galerkin(RKDG)方法在拉格朗日坐标系求解Euler方程,剖分网格随流体运动.新格式不仅保证流体的质量、动量和能量守恒,而且能够在时间和空间上同时达到二阶精度.数值算例表明在一维情况,随着拉氏网格的移动和改变,格式在时间和空间上仍保持二阶精度,并且没有数值震荡.     

反应流体的移动网格动理学格式

在移动网格上构造一种反应流的动理学格式.首先利用BGK模型推导含化学反应的流体力学方程组,并利用其积分形式构造移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法得到网格速度,最后利用时间精确的动理学数值方法构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.一维与二维的数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率的特点.     

避免人工干预的流体力学Riemann解法器

为克服体平均多流管格式（MFCAV）实施中存在人工干预的不足,基于移动网格设计适用于若干实际流场计算的HLLCM格式,该格式可以较好地抑制网格非物理变形,可避免人为调整网格.简化模型算例表明,HLLCM格式保持球对称性,计算结果优于MFCAV格式;应用模型算例表明,在复杂流场、实用状态方程、无人为干预措施的情形,与MFCAV格式相比,HLLCM格式可有效模拟的物理过程时间大幅延长,流场网格品质与能量守恒误差均有较大的改善.     

一维非线性对流占优扩散方程的变网格特征差分方法

针对一维非线性对流占优扩散方程,提出了一类变网格特征差分格式,该格式能够根据解的梯度变化及时对计算网格进行调整.与均匀网格格式相比,给出的变网格特征差分格式对于对流占优扩散问题有着更好的计算效果.     

双曲型守恒律的一种五阶半离散中心迎风格式

给出一种求解双曲型守恒律的五阶半离散中心迎风格式.对一维问题,该格式以五阶中心WENO重构为基础;对二维问题,用逐维计算的方法将五阶中心WENO重构进行推广.时间方向的离散采用Runge-Kutta方法.格式保持了中心差分格式简单的优点,即不用求解Riemann问题,避免进行特征分解.用该格式对一维和二维Euler方程进行数值试验,结果表明该格式是高精度、高分辨率的.     

一类自适应运动网格的ALE方法

从积分形式的二维Lagrange流体力学方程组出发,使用ENO高阶插值多项式,推广了四边形结构网格下的一阶有限体积格式,构造一类结构网格下的高精度有限体积格式.结合有效的守恒重映方法,发展一类高精度的ALE方法,并结合自适应运动网格技术,进行ALE方法的数值模拟,得到预期的效果.     

基于特征理论的二维无粘Lagrange流体力学有限体积法

提出一个求解二维无粘Lagrange流体力学方程的中心型有限体积方法.采用特征理论求解网格节点处的速度及压力,并利用这些物理量更新节点位置及计算网格界面通量.方法适用于结构网格与非结构网格.典型数值实验的结果表明,格式具有较好的收敛性、对称性、能量守恒性及鲁棒性,且能自然地求解多物质流动问题.     

解三维扩散方程的积分内插法格式

研究三维扩散方程的数值模拟.在非正规六面体网格上,使用积分内插法建立扩散方程差分格式,涉及到27个相邻网格,适用于大变形网格上带间断系数的拟线性扩散方程的计算.叙述差分格式的建立,推导通量流和网格顶点温度的计算公式,给出了数值试验结果.     

基于瑞利-索墨菲积分的大角度激光分束器设计

针对目前激光分束器只能产生小发散角的问题,基于严格的非傍轴近似的衍射积分公式,提出了一种大发散角分束器的设计方法.先对目标光场分布进行坐标和光强修整,再利用改进的GerchbergSaxton迭代算法得到所需分束器的相位分布.分别采用本文设计方法和原有方法设计了发散全角为40°×40°的5×5分束器,仿真和实验结果表明:原有方法设计得到的5×5子光束存在着显著的枕形畸变,并且光强分布不均匀.而本文方法设计得到的子光束呈均匀等间隔排列,并且强度分布更为均匀.     

三维预处理技术初探

本文应用高阶近似LU分解法对三维椭圆型方程的正规七点差分矩阵给出了预处理阵,并对典型问题给出了预处理共轭梯度法的计算结果。文中所采用的分阶方论以及阶矩阵等概念,适用于一般的非奇异对角优势稀疏矩阵。对不同网格点数的计算结果表明,三维预处理共轭梯度法仍具有超线性的收敛速率,在高阶情形下超线性的特征尤为突出,由于非零对角线数增长过快,高阶的三维预处理方法不宜采用,零阶方法和一阶方法是值得推荐的。     

New inversion methods for the Lorentz Integral Transform

The Lorentz Integral Transform approach allows microscopic calculations of electromagnetic reaction cross-sections without explicit knowledge of final-state wave functions. The necessary inversion of the transform has to be treated with great care, since it constitutes a so-called ill-posed problem. In this work new inversion techniques for the Lorentz Integral Transform are introduced. It is shown that they all contain a regularization scheme, which is necessary to overcome the ill-posed problem. In addition, it is illustrated that the new techniques have a much broader range of application than the present standard inversion method of the Lorentz Integral Transform.     

一种基于AUSM思想的通量分裂方法

根据对流迎风分裂(AUSM)思想提出一种通量分裂方法,称为K-CUSP格式.它与传统H-CUSP和E-CUSP格式的最大差异在于总能量的分裂:K-CUSP格式将无粘守恒通量中所有的运动学量分裂到对流项,所有的热力学量分裂到压力项,即总能量被分裂成动能和静焓.对于压力项的数值通量,采用一种新的界面构造方法.数值测试表明:①K-CUSP格式继承了FVS格式的简单性和稳健性.在激波后不易出现压力过冲,在膨胀区域没有振荡,优于AUSM和WPS格式;②K-CUSP格式继承了FDS格式的分辨率.激波间断的分辨率和H-CUSP、E-CUSP格式基本相同,接触间断的分辨率高于FVS格式,低于Roe、AUSM和WPS格式.AUSM和WPS格式在计算运动接触间断时,速度存在很大振荡,而新格式不存在振荡.     

2阶精度时间后差隐式格式TVD充分条件

非定常流动问题计算中常用到含三个时间层的二阶精度时间后差隐式格式,并且希望构成TVD格式,然而理论上的问题多年一直没有解决。本文找到了解决办法,构造了这种类型的隐式TVD格式,证明了其为TVD的充分条件。理论结果为计算所验证,并表明通常未采取本文对时间差分处理方法的格式尚不具备TVD性质。     

平流扩散差分方程的新正定性重整化方案设计和试验

质量守恒是平流扩散差分方程所必须满足的基本性质,但是由于差分格式不具有正定性(positive-definite),因此在积分过程中负质量的产生会导致总质量不守恒.针对这一问题,本文从负质量产生的物理意义出发,提出了一个简单有效的新正定性重整化方案,通过点源平流扩散试验表明,该方案不但解决了平流扩散差分方程的正定性问题,同时保证了总质量守恒性.与WRF模式中采用的"重整化方案"相比,具有物理含义清楚、并且简单易行的优点.     

Numerical Simulation for thermohaline multiple equilibrant system in non—rectangular domains

In this paper, incompressible, double-diffusive convection is simulated using finite-difference schemes. The Navier--Stokes equations are expressed in terms of stream function and vorticity. Because of the existence of large velocity, temperature and salinity gradients in boundary layers, a boundary-fitted coordinate system is used to concentrate the grid points near the wall and fit complex boundaries. The finite-difference methods used include the high-order accurate upwind difference scheme. It is shown that the scheme is a good candidate for direct simulations of double-diffusive convection flows. The proposed method is first applied to symmetry breaking and overturning states in thermohaline-driven flows in trapezoid basins. The basic phenomena agree well with those by Dijkstra and Molemaker (1997 {\em J. Fluid Mech.} {\bf 331} 169) and Quon and Ghil (1992 {\em J. Fluid Mech.} {\bf 245} 449), but symmetry breaking and overturning states can occur in an asymmetric geometrical region without perturbations. Then the method is applied to double-diffusive convections in a cavity with opposing horizontal temperature and concentration gradients at large thermal ($Rt$), solutal ($Rs$) Rayleigh numbers and Lewis number. There are three straight sides and a sine curve side in the cavity. Basically, numerical results are in agreement with those of Lee and Hyun (1990 {\em Int. J. Heat Mass Transfer} {\bf 33} 1619) qualitatively, but eddies mixing in the top left-hand corner near the curved wall affects the layered structure.     

Path Integral Formulation for Chern-Simons Quantum Mechanics

Chern-Simons quantum mechanics is studied by using the path integral formulation. We find that the model can be decomposed into two independent oscillators when a set of new coordinate is chosen. The propagator is constructed in this new set of coordinate and the spectra is read off directly from it. The spectra will be divergent when the mass of the particle tends to zero. In order to get a physical result, one must regularize the spectra properly. We afford a new scheme of regularization. Interestingly, our scheme shows that the regularization we proposed amounts to erase one of the oscillators in the new set of coordinate. Physical interpretations for the regularization are given and some ambiguities in the literatures are clarified.     

磁共振扩散张量成像中扩散敏感梯度磁场方向分布方案的研究进展

磁共振扩散张量成像可以定量无创研究人体内水分子在三维空间中的各向异性扩散规律,进而获取重要的病理及生理信息.为了得到水分子各向异性扩散信息,需要按照一定的方案依次施加不同方向的扩散敏感梯度磁场,测量水分子在这些方向上的扩散系数用以估算扩散张量.扩散张量成像测量结果的准确程度受梯度磁场方向分布方案的影响,本文对扩散敏感梯度磁场方向分布方案进行综述,包括完全随机方案、启发式方案、规则多面体式方案和数值优化方案等,分析这些方案的优势与局限性,并提出需进一步研究的问题.