离子输运蒙特卡罗模拟的步长选取

介绍带电离子在物质中输运模拟的详细历史法,开发模拟程序ITR(ions transport and reaction),同时实现抽取离子飞行步长的基本方法和脉冲近似法,计算结果与CORTEO及TRIM程序的结果比较符合很好.讨论两种步长选取方法,对脉冲近似法的最大步长进行限制,分析CORTEO程序与TRIM程序计算结果差别的主要原因.ITR同时具有TRIM和CORTEO的优点,采用脉冲近似法减少需要计算的核碰撞次数,通过索引(Index)方法对散射角的计算进行加速,计算效率大幅提高.     

“气体压强的产生”模拟演示器

司南版教材中"模拟气压的产生"演示实验所需的实验装备在中学尚未普及,为解决这一问题,形象生动地演示该实验,利用日常易得的物品制作了"气体压强的产生"模拟演示器,详细介绍了该演示器的制作与演示方法.     

混合模拟方法模拟电子在固体表面的背散射

将电子输运的直接模拟方法和压缩历史方法相结合,建立能量为50 eV~1 GeV范围的电子在介质中输运的混合模拟蒙特卡罗方法.通过调整散射角参数和损失能量参数控制单次碰撞发生的次数,输运过程中单次碰撞采用直接模拟,在两次直接碰撞之间使用压缩历史方法模拟发生的多次小碰撞过程.利用该方法模拟电子在固体表面的背散射过程,探讨不同计算参数对计算效率和结果的影响,计算不同能量电子在固体表面的背散射系数和出射电子能量分布,计算结果与实验数据符合较好.     

转捩边界层中流向条纹的新特性

基于边界层转捩后阶段的高精度直接数值模拟结果,发现流向条纹结构的低速条纹的演化过程中存在不连续现象,以及随高速条纹的发展会出现称之为"高速斑"的新特性. 通过详细剖析边界层转捩过程中的复杂涡系结构以及上喷下扫流动现象,证实流向高低速条纹新特性与流场涡系结构的演化过程紧密相关. 关键词： 流向条纹 边界层 转捩 直接数值模拟     

甲烷气体在泡沫陶瓷中预混燃烧的数值模拟和实验研究

本文对甲烷气体在泡沫陶瓷内燃烧进行了数值模拟和实验研究.根据预混燃烧理论,建立了基于气固两相局部非热平衡模型,采用 26 种组分,77 步详细化学反应机理来模拟反应过程.边界上的辐射换热采用双通量法求解,为减少计算时间,计算区域内部利用扩散近似法求解.为减少边界条件对模拟结果精度的影响,提出了采用能量平衡方法,建立边界上的对流,导热和辐射的整个换热过程,模拟表明这种边界条件具有二阶离散精度.     

热辐射输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法

惯性约束聚变研究中,热辐射光子在介质中的输运以及热辐射光子与介质的相互作用是重要研究课题,蒙特卡罗方法是该类问题的重要研究手段之一.隐式蒙特卡罗方法虽然能正确地模拟热辐射在介质中的输运过程,但当模拟重介质(材料的吸收系数大)问题时,该方法花费的计算时间将变得很长,导致模拟效率很低.本文以离散扩散蒙特卡罗方法为基础,开发了"离散扩散蒙特卡罗方法辐射输运模拟程序",可以较好地解决重介质区的计算效率问题,但是离散扩散蒙卡罗方法在模拟轻介质区时精度不够高.辐射输运问题中通常既有轻介质也有重介质,为了能同时解决蒙特卡罗方法模拟的效率和精度问题,本文研究了离散扩散蒙特卡罗方法与隐式蒙特卡罗方法相结合的模拟方法,并提出了新的扩散区与输运区界面处理方法,研制了混合蒙特卡罗方法的辐射输运模拟程序.典型辐射输运问题模拟显示:在模拟重介质问题时,该程序能大幅缩短模拟时间,且能取得与隐式蒙特卡罗方法一致的结果;在模拟轻重介质均存在的问题时,与隐式蒙特卡罗方法相比,混合蒙特卡罗方法的模拟精度与其相当且计算效率同样能够得到显著提升.     

气泡在液态金属搅拌流场中运动与变形的影响因素分析

用"准三维"数值模拟方法研究吹气发泡法制备泡沫铝的过程中,单个气泡在铝熔液搅拌流场中的运动与变形.液体流场采用多重参考系法进行三维模拟,对气泡运动的二维模拟则在三维流场中的一个通过搅拌轴的特征平面上进行.这样既能捕获气泡在搅拌流场中运动的基本特征,又能大大降低计算成本.应用VOF方法对气液两相之间的界面进行追踪.通过改变过程中的转速,气泡初始速度、位置和尺寸.以及表面张力和液体粘度,分析了这些因素对于气泡运动与变形的影响.     

仿真环境下“摩擦振子”运动规律探究

通过仿真软件Algodoo来探究两轮轴内转时"摩擦振子"的运动规律,并运用控制变量法进行理论分析和模拟验证,得出其所依赖的运动参数与轮轴间距、摩擦系数及初始位置有关.通过融合仿真技术手段进行模拟探究,不仅使师生的仿真技术应用能力得到锻炼,而且提升学生科学思维的高阶能力.     

基于MATLAB在玻璃杯上凸显唯一清晰指纹的动态模拟

将MATLAB的数值计算及图形功能,用于模拟装满水的玻璃杯上凸显唯一明亮清晰指纹的现象,通过模拟图像分析了指纹成像的"明亮清晰性"和"唯一性"问题.分别讨论了指纹到水面的距离,玻璃杯的厚度等因素对该现象的影响,并且运用MATLAB进行最小二乘法拟合,建立了指纹到水面距离与出射光线到玻璃杯外壁距离的线性函数关系.     

稀薄流热化学非平衡DSMC方法模拟中两种位阻因子算法的比较研究

对化学反应进行模拟的关键是找到准确的化学反应抽样几率及位阻因子．本文对国内外应用较普遍的两种计算复合反应位阻因子的方法，即正、逆反应速率法进行了详细的比较，并用不同的分子对这两种方法分别进行了模拟．最后将模拟结果与理论计算结果进行了比较，发现随着稀薄程度的增加；正反应速率法的模拟结果与理论吻合较好．     

HDMR方法模拟包含详细化学反应机理的均质着火过程

基于详细化学反应机理的燃烧数值模拟是当今燃烧领域的重要研究方向.由于燃烧问题涉及众多的化学反应和广泛的特征时间范围,如何实现燃烧问题的高效精确数值模拟一直是目前研究难点.本文将HDMR方法应用于模拟零维均质着火过程中,通过与完全求解刚性微分方程组的结果相比较,验证了HDMR方法在处理详细化学反应机理方面的计算精度与效率...     

测电池电动势与内阻的方法与误差分析

归纳了"测定电池的电动势和内阻"几种常见的实验方法,分别采用"图像法"和"计算法"进行数据处理及误差分析.还针对每种实验方法详细列举了近年的高考真题,读者可自行查阅.     

圆柱坐标系下任意方向辐射强度的源项六流法模拟

基于传统热流法,提出一种圆柱坐标系下的源项六流模型(Source Six Flux,SSF),可快速准确地计算参与性介质内任意方向的出射辐射强度.详细介绍SSF模型的基本原理和求解步骤,以圆柱形吸收、散射、发射性介质为例,模拟其沿任意方向的出射辐射强度,并与反向蒙特卡罗法(Backward Monte Carlo,BMC)和二流法(Two Flux Method,TFM)的计算结果进行比较.结果表明,SSF法与BMC法的计算结果吻合较好,计算精度均高于TFM法,但SSF法的计算效率明显优于BMC法.因此,SSF模型是一种适用于计算任意方向辐射强度问题的高效数值模型.     

涡轮动叶冷却结构设计方法I:参数化设计

基于冷却结构参数化设计、传统的管网计算方法与新兴的气热耦合数值模拟技术,提出了一套涡轮冷却结构设计方法,并编写了相关的设计程序与计算程序.利用参数化设计方法可以快速而精确地设计冷却结构,管网计算用于指导方案设计,气热耦合数值模拟用于指导详细设计.参数化设计中利用"单元设计法"程序实现动叶冷却通道快速设计;借助管网计算模...     

Schardin问题的数值研究

激波绕过三角楔(Schardin问题)时会产生激波马赫反射与绕射、 三角楔尾涡与涡串等复杂物理现象. 本文利用三阶精度加权基本无振荡(WENO)格式、 结构化矩形网格的自适应加密方法与沉浸边界法对Schardin问题进行了数值模拟. 数值结果清晰地显示了激波与三角楔相互作用, 在楔面发生马赫反射以及在楔角绕射诱导主涡的过程, 并与Schardin等的实验结果及相关数值结果完全符合. 另外, 数值结果还详细反映了先前实验与数值结果没有详细讨论的主涡滑移层上的涡串生成机理, 以及激波与涡串相互作用和产生声波的过程.     

非单调条纹图的相位恢复新方法

在连续小波变换和展开相位拐点识别的基础上,提出一种非单调条纹图的相位恢复新方法.包裹相位通过连续小波变换的方法提取,提出小波变换尺度步长的选择准则及对粗糙尺度作迭代均值滤波的技术.基于展开相位拐点与符号歧义点的单应性,可通过检测并修正展开相化拐点的方法恢复非单调条纹图的真实相位.给出了详细的理论推导、数值模拟及实验验证过程.数值模拟包括一维及二维的含噪声信号,实验为基于显微干涉法的微桥的静动态形貌和变形测试.模拟及实验结果表明,该法只需一幅条纹图即可准确解调非单调条纹的相位,最大误差小于4%,且具有极强的抗噪能力.这为显微干涉测量提供了有效的相位恢复新手段.     

DSMC方法的压力边界条件实现

提出了一种实现DSMC压力边界条件的新方法,新方法不仅可以避免传统"通量法"造成的计算发散问题,又较之"入口平均法"有更快的收敛速度.使用这种方法,对不同压差驱动下等壁温微通道内的气体流动进行了模拟,并与传统的基于连续介质假设的滑移理论所得结果进行了比较.     

辐射传递蒙特卡洛法精度分析及数值试验

本文建立了蒙特卡洛法模拟散射参与性介质内辐射传递计算模型。对蒙特卡洛法的计算精度及运行时间进行了较为详细的分析,提出了几种判断计算精度的方法。同时,借助蒙特卡洛法模拟辐射传递过程,进行数值“辐射实验”。利用该“实验结果”进行了物性反问题研究。在已知光学厚度的前提下,得到散射反照率与后半球辐射热流之间的单值函数关系。     

硝基甲烷振动能量弛豫的集体模型

用分子动力学方法结合Dlott等人提出的"门槛模"理论研究集体相互作用下硝基甲烷振动能量弛豫过程.其中振动冷却过程与实验符合的很好.在振动激发过程的分子动力学模拟中观测到与实验一致的基频频移现象.用分子动力学方法从微观上详细地描述出分子"门槛模"振动激发过程.研究表明,在高温高压作用下,集体作用效应对多原子振动激发具有不可忽视的作用,能量传递过程中除了基频的作用外,强烈的非线性相互作用引起的振动模泛频也携带有大量的振动能,这些泛频也对分子振动能量传递产生重要影响.     

基于修正大气谱的湍流相位屏高精度生成方法

为了更准确地反映湍流的实际特征,在光波的大气传输模拟中应采用修正大气折射率谱模型.本文针对该谱模型提出了一种高精度湍流相位屏生成方法.通过改变模型在低频区的采样设置,实现了基于修正大气谱的湍流相位屏高精度生成.通过与原始FFT法、次谐波法以及改进前的优化方法相比发现,本文提出的改进后的优化方法能将相位屏低频区域的最大相对误差从改进前的6.75%减小到1%,作为比较,原始FFT法在低频区的最大相对误差为22.99%,次谐波法为16.81%.利用该方法所生成的相位屏对高斯光束在湍流中的传输进行了模拟并对光束扩展和光束漂移等二阶统计特性进行了估计.结果表明,在弱扰动条件下,模拟结果和理论预测的结果是一致的;在强扰动条件下,随着距离的增加,模拟结果与理论结果偏差越来越大,其中光束扩展与理论预测的偏差最大可达6cm,而光束漂移可达1cm,这是由于理论模型无法预测漂移饱和现象而导致的.在与Von-Karman谱的模拟结果比较时发现,修正大气谱估计的光束扩展大于Von-Karman谱的估计且在光束漂移的预测中比Von-Karman谱更快的达到饱和,这正是修正大气谱高波数处存在"凸起"的结果.本文提出的方法生成的相位屏能够有效的表征实际大气的折射率扰动特性.