rGFM和level-set方法在水柱群和喷管流场计算中的应用

计算平面运动激波和水柱群相互作用以及喷管流场.在Descartes网格中利用level-set方法分别追踪气/水和气/固界面,采用rGFM方法处理气/水和气/固界面边界条件.将喷管内壁简化为气/固界面并施加固壁边界条件,内壁型线数据拟合采用三次样条插值.采用5阶WENO格式分别求解Euler方程、level-set方程和界面重新初始化方程.给出激波和水柱群相互作用流场密度纹影图和指定点p-t曲线以及喷管流场压力、密度云图和速度场.改进界面法线确定方法可提高Riemann问题构造精度.可分辨运动激波和水柱群作用产生的复杂激波波系,表明激波在各水柱界面的透射和反射、在列和行水柱界面的多次反射和透射.水柱群下游区域的激波波后压力下降,表明激波加热水柱群附近气流和反向运动的反射激波造成了激波衰减.喷管流场数值解和理论解相符.     

基于微扰守恒模型的磁流体模拟并行计算

基于微扰形式的守恒磁流体方程,采用基于通量向量分裂(FVS)以及加权本质无振荡格式(WENO)的 有限差分方法,发展了平板位形下的非线性磁流体模拟程序。程序准确地模拟了开尔文-亥姆霍兹不稳定性和单 撕裂模不稳定性。采用 MPI 和 OpenMP 的并行计算框架,使得程序可以在多节点上运行。在并行计算过程中采 用负载均衡化,对各个节点计算量进行动态分配,提高了计算效率。     

单分子定位超分辨显微成像有机荧光探针的研究进展

在生物医学领域,对纳米尺寸级别的微小生物目标进行精确定位研究具有非常重要的意义,而光学显微成像技术为此提供了强有力的工具。 光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制,难以分辨尺寸在衍射极限(<200 nm)以下的生物结构,无法直接获取微小生物结构信息,阻碍了生物医学的进一步发展。 近年来,随着纳米分辨显微成像技术的出现,新型荧光探针的开发、成像系统与设备的不断发展及成像算法不断完善地深入结合,促进了光学衍射极限以下尺寸微观目标的研究。 基于单分子定位的超分辨荧光显微成像(SMLM)包括光激活定位成像(PALM)与随机光学重构超分辨成像(STORM),将有机荧光探针与超分辨光学显微成像技术紧密结合在一起,荧光探针的光物理性质直接决定着超分辨成像结果的好坏。 因此,设计不同性能的荧光探针可以实现超精细结构的不同超分辨成像,为研究其生物学功能提供了有力的工具。 本文着重围绕基于SMLM的原理、有机荧光探针的设计要求、用于SMLM的荧光探针种类及其生物应用等方面进行总结综述,指出了单分子定位成像上存在的不足,并对其发展方向进行了展望,希望为对超分辨成像研究感兴趣或初涉该领域的研究者提供成像理论与探针设计方面的帮助。     

引入应力的锐钛矿TiO_2(001)薄膜的外延生长

锐钛矿TiO_2(001)(anataseTiO_2(001),简记为ATO)表面因其优异的催化活性受到了广泛的关注。理论计算结果表明,ATO表面应力导致的晶格畸变可能会增强该表面的催化活性。因此有必要研究应力对ATO表面结构的影响。本文利用BaTiO_3(001)(简记为BTO)与ATO之间存在较大的晶格失配度,将ATO薄膜外延生长在BTO衬底上从而引入应力,研究了存在应力情况下的ATO薄膜的结构特征。实验中,利用脉冲激光沉积方法在Nb掺杂的SrTi O_3(001)(简记为STO)单晶衬底上制备了ATO/BTO/STO外延薄膜。X射线衍射(XRD)和扫描透射电子显微术(STEM)结果表明,作为应力引入层的BTO薄膜厚度约为4–6nm时,能够部分地将应力引入到ATO薄膜中。X射线光电子能谱(XPS)结果显示,ATO薄膜合适的厚度应大于15 nm,从而降低从衬底反向扩散至表面的Sr和Ba原子的浓度;Ti 2p的高分辨XPS谱仅呈现出Ti~(4+)峰,表明ATO表面Ti原子为完全氧化的价态。ATO外延薄膜表面的扫描隧道显微术(STM)图像仍然呈现为(1×4)重构的结构,但在(1×4)重构的脊上存在明暗交替并具有一定周期性的特征。根据完全氧化的"增氧原子模型"(ad-oxygen model,AOM),脊上观察到的明暗交替特征可归因于表面应力导致的"TiO_2"空位缺陷结构。     

基于GoogLeNet和空间谱变换的高光谱图像超分辨率方法

为了提高高光谱图像的空间分辨率,提出了一种基于GoogLeNet和空间谱变换的高光谱图像超分辨率(SR)方法.设计出遥感图像的光谱SR框架,对图像中不同反射光谱进行提取;采用GoogLeNet的稀疏编码对粗像素光谱进行放大,并投影到高分辨率字典上,将潜在SR表示进行反转,以获得超分辨光谱;为了提高图像重构的保真度,利用...     

弹性力学的重构核粒子边界无单元法与有限元的耦合法

将重构核粒子边界无单元法(RKP-BEFM)与有限元法(FEM)耦合,形成求解具有区域特征的弹性力学问题的重构核粒子边界无单元与有限元的耦合方法RKP-BEF/FE.推导了重构核粒子边界无单元与有限元耦合方法的离散化公式,建立了节点未知量的耦合方程.重构核粒子边界无单元法和有限单元法的较高精度保证了这一直接耦合方法的成功实现与求解精度.最后给出了平面问题的数值算例,验证了提出的耦合方法RKP-BEF/FE的有效性.     

二维溃坝绕流的WENO格式数值模拟

WENO(Weighted essentially non-oscillatory scheme)格式是一类新的高精度无振荡差分格式.本文将WENO格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于二维浅水方程组的求解,数值模拟矩形河道中大坝瞬间局部溃倒,下游有障碍物的洪水演进过程,并对模拟结果进行了分析,表明采用WENO格式所建立的高分辨率模型能够有效地模拟溃坝波的演进过程.     

水中矿物油三维荧光谱的特征提取与光谱重构

基于荧光激发-发射矩阵的奇异值分解方法,提取矿物油三维荧光谱的特征序列并进行光谱重构研究。对数十个水中污染油的三维荧光谱进行了奇异值分解和参数计算,表明奇异值参数具有明显的能量聚拢特性; 在适当截取奇异值特征参数后,将奇异值与相应的伴随特征向量组合构成三维荧光谱泛基因序列,实现了三维光谱反演重构。作为比较典型的示例,给出了水中柴油的原始三维荧光谱和重构三维荧光谱的对照图。重构的三维荧光谱与原始三维荧光谱基本相同。研究表明,矿物油三维荧光谱的奇异值特征谱能够代表三维荧光谱主能量的分布特征,有限的奇异值泛基因序列具有三维光谱反演重构能力。该结论对于水环境中的污染油模式识别以及矿物油荧光信息文库的建设有重要意义。     

矩形网格上VOF运动界面重构的流体体积分数保持法

针对处理运动界面问题的流体体积函数(VOF)法,提出一种新的流体体积分数保持界面重构算法.该方法在单个网格内用斜线段近似运动界面,并要求相邻网格内的斜线段在公共边上的交点重合,通过保持网格内的流体体积分数不变,在边界网格上建立非线性方程组,通过求解非线性方程组,确定运动界面边界线与网格线的交点位置,最终重构出运动界面的形状.应用算例模拟结果表明,该方法能够高精度,较少尖点地重构运动界面,证实了该方法的有效性和可行性.     

多变量时间序列最大李雅普诺夫指数的计算

根据单变量时间序列计算最大Lyapunov指数的算法思想，本文提出了一种于多变量时间序列最大Lyapunov指数计算的方法.针对原有算法需要使用重构相空间的特点，推广算法给出了多变量时间序列相空间重构参数的选择方法，并采用多变量重构相空间进行最大Lyapunov指数计算.经耦合Rssler系统产生多变量时间序列的仿真计算，验证了该算法的有效性，推广算法的计算结果表明多变量时间序列的计算结果优于单变量的结果，且更加接近理论计算结果. 关键词： 多变量时间序列 相空间重构 Lyapunov指数