含时磁共振系统的精确解和绝热近似解

在瞬时本征态完备基矢下,把一个经典含时磁共振系统的薛定谔方程转化为二阶常系数微分方程,实现了该量子系统的精确求解.利用该系统的精确解,讨论了绝热近似的精确程度,非常清晰地刻画了绝热近似解和精确解在量子态分布概率上的差异.结果表明,若系统初态制备于某个瞬时本征态上,系统保持在该瞬时本征态的概率介于0.888 9～1之间,...     

基于伴随方法的叶片冷却通道导热优化研究

本文基于网格节点位置坐标变分技术,针对固体导热问题推导了导热伴随方程及其对应的边界条件,并应用有限体积法求解了导热与伴随方程。给出了固体域表面温度分布反设计问题和固体域平均温度正设计问题对应的目标泛函变分的具体表达式,应用拟牛顿算法构建了优化设计系统。针对空心圆环导热问题,计算了目标函数关于内径的梯度,并将计算结果与有限差分方法和理论值进行对比,验证了导热伴随系统的有效性。最后给出了空心圆柱内壁面形状反设计、空心叶片壁面厚度反设计的计算结果以及叶片型线保持不变,以降低叶片固体域平均温度为目标,对冷却通道隔板位置与厚度进行的优化设计结果。优化结构平均温度与初始结构相比降低了 11.1 K。     

单色平面波从各向同性介质入射到晶体界面上折射波的求解方法

从麦克斯韦方程组出发,结合旋光晶体的物质方程以及单色平面波从各向同性介质入射到晶体界面时电场的连续性边界条件,通过晶体主轴坐标系和界面坐标系的坐标变换,推导了任意入射方向的单色平面波在晶体界面上的折射方向的求解公式,进而利用所得的折射方向求解晶体中折射波的电场本征模、电位移矢量本征模和光线方向。该方法以波动光学和晶体的物理性质为理论基础,推导过程没做近似,对双轴、单轴和各向同性晶体以及晶体是否具有旋光性都适用,并可通过计算机编程求出精确的数值解。     

激波和单列水柱、气水固多界面相互作用的数值模拟

研究可压缩多介质流场的激波和多介质界面相互作用问题.在Descartes固定网格采用level-set方法追踪界面,气/气界面边界条件处理采用OGFM方法,采用修正的rGFM方法提高气/水和气/固界面处构造Riemann问题精度,将Riemann近似解得到的界面参数外推到两侧真实和虚拟流体,采用五阶WENO方法求解流场Euler方程和界面level-set方程,给出不同时刻流场数值纹影图像.结果表明：在可压缩流场嵌入固体和水、气体等目标,本文方法可较精确地分辨平面运动激波和单列水柱及包含气/气、气/水和气/固等界面作用后产生的复杂激波结构.和传统的分区与贴体变换方法不同,为Descartes网格包含多介质界面复杂流场计算提供新途径.     

金属包覆聚合物平板波导的微扰分析

用理想波导耦合是论为基础的微扰方法分析金属包覆聚合物平板波导,推理波导传播常数的近似解。经数值计算,分别求得传播常数的正确解与近似解,二者相比较,证明近似解具有较高的精确度。从而将求解金属包覆聚合物波导本征值方程的复杂复数运算简化成实数运算。     

具有Eckart势的Schrödinger方程的任意l波解析解

使用完全量子化规则计算了具有离心项的Eckart势,根据动量积分 和Greene-Aldrich近似化条件,得到了系统的任意l波Schrödinger方程的解析解．讨论了：(1) 基态和激发态下,势能范围参数λ和势阱深度η对具有不同角动量量子数的能量本征值的影响;(2) 径向量子数n和角动量量子数l与能量本征值的关系．     

具有Eckart势的Schrödinger方程的任意l波解析解

使用完全量子化规则计算了具有离心项的Eckart势,根据动量积分 和Greene-Aldrich近似化条件,得到了系统的任意l波Schrödinger方程的解析解．讨论了：(1) 基态和激发态下,势能范围参数λ和势阱深度η对具有不同角动量量子数的能量本征值的影响;(2) 径向量子数n和角动量量子数l与能量本征值的关系．     

基于热质理论的Hamilton原理

基于热质理论,类比经典力学,给出了热质运动遵循的Hamilton原理以及相应的导热Lagrange方程.由于考虑了热质动能,热质运动的Hamilton原理有望应用于非Fourier效应的讨论,在忽略热质动能时,回归到Fourier热学.应用Lagrange方程对含内热源一维瞬态导热问题进行了近似求解,计算结果与解析解符合较好.从分析力学的角度对传热理论以及热学与力学的统一做了新的阐释,指出了现有文献中采用分析力学方法讨论导热问题时存在的某些不足,为导热问题的近似求解提供了新的思路,同时也说明了热质和热质能     

轨道角动量算符的本征值和本征函数与阶梯算符

量子力学的一个重要课题是求解力学量算符的本征值方程,以求得其本征值和本征函数.但是,大部分的本征值方程是二阶交系数微分方程.用通常使用的级数解法求解这类方程比较费时,也不好学.如果采用阶梯算符,可以变立阶变系数微分方程为两个一阶微分方程。这样一来,求解就比较简便,物理意义也很的确,通用性也较强,因此,阶梯算符法是值得推广的. 这篇文章中,我们阐述如何利用阶梯算符法求出轨道角动量平方算符的本征值和本征函数一球谐函数;讨论球谐函数与勒让特多项式及缔合勒让特函数间的关系并求出它们的正规性关系.由于有心力场问题哈密顿角…     

聚合物电光波导传播常数和损耗系数的微扰解

对于聚合物电光波导,依据理想光波导耦合理论的微扰理论,推导传播常数和损耗系数的近似表达式,从而将求解本征值的复杂复数运算简化成简单实数运算。数值计算表明,这些近似解与正确解很好相符。给出的近似公式和特征曲线可供聚合物电光波导及其器件的设计和制备作参考。     

An analytical superposition approach to wall heat conduction under arbitrary temperature perturbations for air-conditioning applications

An analytical solution is derived for the transient wall heat conduction problem under arbitrary outdoor air temperature perturbations. This is obtained by expanding the arbitrary perturbation in a Fourier series, consisting of a step function and an infinite sum of cosine and sine functions. The analytical solutions in the cases of step, cosine and sine temperature perturbations are derived separately from each other and are then superimposed to produce the resultant solution. Simple linear expressions are derived, which express the maximum indoor heat flow provoked by the arbitrary temperature perturbation in terms of parameters characterizing the perturbation. Such simple expressions are very useful in air-conditioning calculations for predicting peak loads and sizing heating or cooling equipment.     

Numerical solution of the imprecisely defined inverse heat conduction problem

This paper investigates the numerical solution of the uncertain inverse heat conduction problem. Uncertainties present in the system parameters are modelled through triangular convex normalized fuzzy sets. In the solution process, double parametric forms of fuzzy numbers are used with the variational iteration method(VIM). This problem first computes the uncertain temperature distribution in the domain. Next, when the uncertain temperature measurements in the domain are known, the functions describing the uncertain temperature and heat flux on the boundary are reconstructed. Related example problems are solved using the present procedure. We have also compared the present results with those in [Inf.Sci.(2008) 178 1917] along with homotopy perturbation method(HPM) and [Int. Commun. Heat Mass Transfer(2012) 3930] in the special cases to demonstrate the validity and applicability.     

A Mechanical Model for Fourier’s Law of Heat Conduction

Nonequilibrium statistical mechanics close to equilibrium is a physically satisfactory theory centered on the linear response formula of Green-Kubo. This formula results from a formal first order perturbation calculation without rigorous justification. A rigorous derivation of Fourier’s law for heat conduction from the laws of mechanics remains thus a major unsolved problem. In this note we present a deterministic mechanical model of a heat-conducting chain with nontrivial interactions, where kinetic energy fluctuations at the nodes of the chain are removed. In this model the derivation of Fourier’s law can proceed rigorously.     

Numerical analysis of uncertain temperature field by stochastic finite difference method

Based on the combination of stochastic mathematics and conventional finite difference method,a new numerical computing technique named stochastic finite difference for solving heat conduction problems with random physical parameters,initial and boundary conditions is discussed.Begin with the analysis of steady-state heat conduction problems,difference discrete equations with random parameters are established,and then the computing formulas for the mean value and variance of temperature field are derived by the second-order stochastic parameter perturbation method.Subsequently,the proposed random model and method are extended to the field of transient heat conduction and the new analysis theory of stability applicable to stochastic difference schemes is developed.The layer-by-layer recursive equations for the first two probabilistic moments of the transient temperature field at different time points are quickly obtained and easily solved by programming.Finally,by comparing the results with traditional Monte Carlo simulation,two numerical examples are given to demonstrate the feasibility and effectiveness of the presented method for solving both steady-state and transient heat conduction problems.     

Transient Diffusion in Triangular Cylinders

A heated triangular cylinder is suddenly cooled in a constant temperature bath. The transient heat conduction problem is transformed to the Helmholtz equation related to the vibration of membranes. Using the membrane analogy, exact analytic solutions for the transient heat conduction problem for three triangular cross sections are found.     

基于拟牛顿法的连铸结晶器热传导反问题求解

在实际的工业过程中,热传导反问题广泛的存在于各个应用领域。由于连铸的生产环境恶劣,给连铸钢坯的测温造成了很大的困难,导致连铸结晶器热传导反问题的求解是很困难的。在研究了热传导反演算法的基础上,基于连铸结晶器的有限的测量点,通过热传导反演算法可以求出结晶器的热流密度,给连铸的优化和控制提供依据。在建立了连铸热传导反问题模型的基础上,提出了基于拟牛顿法的连铸结晶器热传导反问题求解的改进算法,该算法可以有效的利用当前搜索过程中的信息,通过近似目标函数的二阶导数来加快算法的搜索效率,采用了Wolf步长选择规则克服了算法收敛速率慢的缺点,并且该算法无需计算Hessen矩阵,能够有效降低计算的复杂度。实验结果表明该算法能够快速有效的求解该问题。该方法用于连铸结晶器热传导反问题是可行的、有效的。     

变系数瞬态热传导问题边界元格式的特征正交分解降阶方法

提出了一种基于边界元法求解变系数瞬态热传导问题的特征正交分解(POD)降阶方法,重组并推导出变系数瞬态热传导问题适合降阶的边界元离散积分方程,建立了变系数瞬态热传导问题边界元格式的POD降阶模型,并用常数边界条件下建立的瞬态热传导问题的POD降阶模态,对光滑时变边界条件瞬态热传导问题进行降阶分析.首先,对一个变系数瞬态热传导问题,建立其边界域积分方程,并将域积分转换成边界积分;其次,离散并重组积分方程,获得可用于降阶分析的矩阵形式的时间微分方程组;最后,用POD模态矩阵对该时间微分方程组进行降阶处理,建立降阶模型并对其求解.数值算例验证了本文方法的正确性和有效性.研究表明:1)常数边界条件下建立的低阶POD模态矩阵,能够用来准确预测复杂光滑时变边界条件下的温度场结果;2)低阶模型的建立,解决了边界元法中采用时间差分推进技术求解大型时间微分方程组时求解速度慢、算法稳定性差的问题.     

A Modified Kernel Method for Solving Cauchy Problem of Two-Dimensional Heat Conduction Equation

In this paper, a Cauchy problem of two-dimensional heat conduction equation is investigated. This is a severely ill-posed problem. Based on the solution of Cauchy problem of two-dimensional heat conduction equation, we propose to solve this problem by modifying the kernel, which generates a well-posed problem. Error estimates between the exact solution and the regularized solution are given. We provide a numerical experiment to illustrate the main results.     

导热优化:热耗散与最优导热系数场

本文讨论了通过重新布置场内的导热系数分布来强化热传导的导热优化问题。针对边界上传热量一定的任意几何区域的稳态导热,在全场的导热系数积分为定值的条件下,以最小热耗散作为目标,利用变分方法导出了导热优化的基本准则;导热系数与局部热流密度成正比。该准则指导下的导热优化过程可获得热耗散最小的导热系数分布。实例证明了该方法是有效且合理的。     

平板在任意周期表面热扰动作用下的非Fourier热传导的求解与分析

分析了平板前表面遭受任意周期热扰动这类非Fourier传热情形下的温度响应. 采用双曲型热传导方程描述平板表面温度急速变化时的热传导问题. 为求解此类方程, 首先 利用分离变量法和Duhamel积分原理, 得到了平板前表面遭受突变热流和简谐热流两种情况下的解析解.然后, 在此基础上应用Fourier级数展开法和叠加原理, 获得了平板前表面热流任意周期变化时非Fourier热传导下温度场的解析表达式. 利用得到的解析表达式进行数值模拟, 分析了不同热松弛时间、 不同时刻和不同位置对温度响应的影响, 讨论了非Fourier热传导模型所给出的温度响应与Fourier热传导模型的差别. 这种方法能够处理许多在生产实际中具有周期边界条件的非Fourier热传导问题. 关键词： 非Fourier 热传导 周期变化 温度响应 平板