复杂多相流动分子动力学模拟在GPU上的实现

利用CUDA（Compute Unified Device Architecture）技术进行了图形处理器（GPU）上的分子动力学（MD）模拟．在一片TeslaC870上,其速度20～60倍于Intel Xeon 5430 CPU之单核,最高可达150 Gflops．通过方腔流及颗粒一气泡接触等实例初步展示了此方式从微观上模拟介观行为的能力．     

气相色谱法分析不同提取条件的海狸鼠油脂成分

The fat and oil from myocastor coypus have been analysed by gas chromatography. Eight components were identified with a rapid and reliable method. Chromatographic conditions were as follows:column,10% DEGS on Chromosorb W AW DMCS(60 - 80 mesh),1.3m × 3.0mm i.d.;column temp.,195℃;injection temp.,250℃;detector temp,.250℃;carrier gas N2 with flow rate of 35mL/min.     

竖冷设备中烧结矿石偏析行为的GPU高性能模拟

随着钢铁工业流程和技术的不断优化及节能减排要求的不断升级,如何高效回收利用各生产工序中的工业余热成为钢铁工业面临的重要课题.竖冷设备既可以有效回收烧结矿石的显热,大幅提高能源的利用率,又可以有效减少烧结工序中的粉尘,降低烧结工艺的环境污染,因此得到了高度重视.但现有竖冷设备容易出现烧结矿石的偏析问题,严重影响了显热回收的效率和设备运行的稳定性.为此,采用离散元法(discrete element method,DEM)研究竖冷设备中烧结矿石的偏析,重点针对不同结构进料管对烧结矿石偏析的影响.研究发现,虽然缓冲仓内每次加入的烧结矿石皆混合均匀,但由于不同粒径的烧结矿石在进料过程中存在动量差异,导致了竖冷设备内明显的颗粒偏析,在料堆堆尖处呈现小颗粒多大颗粒少的现象,并且料层主体的偏析与进料管的结构密切相关.由于进料管的结构是进料过程的决定性因素,因此提出了通过改变进料管的结构抑制竖冷设备内烧结矿石偏析的可能途径,对提高烧结矿石的显热回收效率具有参考意义.     

多相流动的光滑粒子流体动力学方法研究综述

光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)具有粒子方法的无网格和全拉格朗日特征, 适用于具有界面大变形、不连续性和多物理场的多相流的高精度模拟. SPH方法模拟多相流已有大量报道, 具体的实现方式也大不相同. 本文首先阐述了采用SPH方法模拟流体的基本控制方程, 以及求解过程中需要考虑的流体压力求解、表面张力、固体边界等问题. 整理和总结了基于SPH方法进行多相流模拟的主要实现方式: (1)双流体模型的拉格朗日求解器: 两相离散为两组独立SPH粒子, 并用显式相间作用耦合两相; (2)多相SPH方法: SPH方法对多相流模拟的自然延伸, 相间作用由SPH参数隐式描述; (3) SPH与其他离散方法的耦合: 差异较大的两相各自采用不同离散方法, 发挥不同拉格朗日方法的优点; (4) SPH和基于网格方法的耦合: 网格方法处理简单的单相流动主体, 获得精度和效率间的平衡. 另外, 还在模拟参数物理化等方面论述了与SPH方法模拟多相流相关的一些改进和修正方法, 并在最后讨论和建议了提高多相流SPH模拟效率和精度的措施.      

浓度对表面活性剂胶团形状影响的分子动力学模拟

表面活性剂的很多行为因多种机制的耦合作用至今还未被理解, 而计算机模拟能方便地使用简化的模型对各种机制分别探索, 日渐受到重视. 文中采用重点描述亲水亲油性质的简化的原子模型对油水混合物中不同浓度十二烷基苯磺酸钠(SDBS)胶团的形状、结构和大小进行了分子动力学(MD)模拟研究. 在临界胶团浓度(cmc)以上, 随浓度的增加, 它们依次自发形成从球形胶团、棒状胶团到层状结构的各种聚集体, 并以胶团转动惯量特征值之比(g₁/g₃, g₂/g₃)定性表明了这种转变过程. 模拟结果表明胶团聚集数与表面活性剂浓度成幂函数关系.     

颗粒物质混合行为的离散单元法研究

颗粒物质的混合是化学工业生产的重要单元操作,由于颗粒物质运动行为的复杂性,工业混合器中的颗粒运动规律及物理机制至今仍未被全面认识。作为一种精细的数值方法,离散单元法(discrete element method,DEM)在单颗粒尺度上描述颗粒物质的受力与运动行为,因此在研究混合机理方面具有独特优势。随着DEM模型与计算技术的快速发展,DEM已被广泛应用于各种混合过程的研究。通过DEM可以全面考察不同的颗粒性质、混合器类型以及操作条件等因素对混合机理的影响,从而对于指导粉体工业的生产操作及设备优化改进具有重要意义。本文重点阐述了DEM在无黏颗粒、黏结性颗粒、非球形颗粒混合过程模拟以及大规模计算等方面的最新进展,并对未来发展进行了展望。     

颗粒流体系统宏观拟颗粒模拟的并行算法

基于宏观拟颗粒模型(MaPPM), 提出了一种适合不同粒径复杂粒子系统和多相流体系统的并行算法. 利用多重网格技术, 对每个计算处理器(PE)上不同粒径级别的粒子根据其所在位置进行分区管理. 应用所设计的算法, 模拟了一个二维气-固两相流系统并测算了系统中颗粒相所受的曳力和气-固相间滑移速度随时间的变化, 以及不同时刻流场中空隙率的波动情况. 计算分析结果表明该算法具有较高的并行效率和良好的可扩展性, 也体现了MaPPM模拟复杂流体系统所具有的独特优势.     

竖冷设备中烧结矿石偏析行为的GPU高性能模拟

随着钢铁工业流程和技术的不断优化及节能减排要求的不断升级,如何高效回收利用各生产工序中的工业余热成为钢铁工业面临的重要课题.竖冷设备既可以有效回收烧结矿石的显热,大幅提高能源的利用率,又可以有效减少烧结工序中的粉尘,降低烧结工艺的环境污染,因此得到了高度重视.但现有竖冷设备容易出现烧结矿石的偏析问题,严重影响了显热回收的效率和设备运行的稳定性.为此,采用离散元法(discrete elementmethod,DEM)研究竖冷设备中烧结矿石的偏析,重点针对不同结构进料管对烧结矿石偏析的影响.研究发现,虽然缓冲仓内每次加入的烧结矿石皆混合均匀,但由于不同粒径的烧结矿石在进料过程中存在动量差异,导致了竖冷设备内明显的颗粒偏析,在料堆堆尖处呈现小颗粒多大颗粒少的现象,并且料层主体的偏析与进料管的结构密切相关.由于进料管的结构是进料过程的决定性因素,因此提出了通过改变进料管的结构抑制竖冷设备内烧结矿石偏析的可能途径,对提高烧结矿石的显热回收效率具有参考意义.      

Particle-Mesh Ewald(PME)算法的GPU加速

讨论在NVIDIACUDA开发环境下,用GPU加速分子动力学模拟中静电作用的长程受力计算部分.采用Particle-Mesh Ewald(PME)方法,将其分解为参数确定、点电荷网格离散、离散网格的傅立叶变换、静电热能求解与静电力求解5个部分,并分别分析各部分的GPU实现.此方法已成功用于7个不同大小的生物分子体系的模拟计算,达到了7倍左右的加速.该程序可耦合到现有分子动力学模拟软件中,或作为进一步开发的GPU分子动力学程序的一部分,显著加速传统分子动力学程序.     

颗粒流体系统的非线性行为

该文讨论颖粒流体系统的研究现状和可能的发展方向。认为非线性行为是实现颖粒流体系统定量化的难点所在,它可分为来源于颖粒流体相互作用的内在非线性和来源于外界影响和非理想物性的次生非线性。内在非线性引起系统内的自组织现象、分支现象和混沌运动,次生非线性则使得内在非线性的分析更加复杂。提出了认识非线性行为的两种可能途径:(1)把系统进行多方面的分解,即运动分解为极值和动态,能耗分解为可逆和耗散,过程分解为有序和无序,结构分解为不同尺度;(2)将该系统处理为尺度差别很大的两种介质的相互作用并进行计算机图形仿真。