四阶紧致差分格式对静力模式中垂直网格计算频散性的影响

为了说明四阶紧致差分格式在大气和海洋数值模式中的潜在价值,提出一种通用方法,推导静力线性斜压适应方程组在微分和差分情况下的频散关系,水平尺度分100 km,10 km和1 km三种情况,从频率、水平群速和垂直群速方面,对采用二阶中央差和四阶紧致差分格式情况下,非跳点网格(N网格)、Lorenz网格(L网格)、Charney-Phillips网格(CP网格)、Lorenz时间跳点网格(LTS网格)和Charney-Phillips时间跳点网格(CPTS网格)的计算特性进行比较,发现采用高精度的四阶紧致差分格式总体上可以明显减少上述三种水平尺度波动在N网格、CP网格、L网格和CPTS网格上的频率、水平群速和垂直群速误差,但对LTS网格,采用四阶紧致差分格式,会使得计算水平群速和垂直群速误差变大.     

三维复杂外形的非结构网格自动生成技术与应用

给出了一套三菜的非结构网络自动生成方法。任意外形由几种代表性的曲线和曲面来描述,将曲面变换为平面,在平面内由二维阵面推进法生成三角形网格,然后反变换为物形表面网格。空间的四面体网格由三维阵面推进法生成。四面体网格的优化采用了附加“关联质量”约束的节点松驰的局部的Ｄｅｌａｕｎａｙ变换技术。另外还发展了非结构风格的自适应技术。数值算例表明了方法的灵活性和通用性     

BGK方法在三维非结构网格上的初步应用

将BGK计算方法从二维拓展到三维并且应用于三维非结构网格,具有重要的理论价值和实用价值.采用旋转局部座标的方法,发展了一种针对三维非结构网格的BGK计算方法.在计算过程中,将最小二乘法应用于三维非结构网格的导数计算.对三维激波管和三维欠膨胀垂直冲击射流等两个算例进行了细致分析.这两个算例的计算结果表明,该方法在三维非结构网格上的初步应用是成功的 关键词： 气动BGK方法 三维 非结构网格     

三维非结构网格自动生成

采用各向异性平面非结构网格生成技术对曲面的参数平面进行三角剖分,从而得到曲面的非结构网格,作为三维非结构网格的边界网格.应用推进面法生成网格内点,增量法将生成的内点逐点插入现有网格进行网格细化,得到三维计算域的Delaunay非结构网格.讨论了非结构网格质量优化方法.给出几个算例说明方法的应用.     

三维对流扩散方程非等距网格上的四阶紧致格式及其多重网格方法

提出了数值求解三维变系数对流扩散方程非等距网格上的四阶精度19点紧致差分格式,为了提高求解效率,采用多重网格方法求解高精度格式所形成的大型代数方程组。数值实验结果表明本文方法对于不同的网格雷诺数问题,在精确性、稳定性和减少计算工作量方面均明显优于7点中心差分格式。     

使用混合网格计算非达西渗流

针对垂直裂缝井的特殊流动模式,从非达西定律出发,建立二维平面的非达西渗流方程.通过建立一组无量纲量,最终得到无量纲的渗流方程及其定解条件.假定外边界为圆形,用PEBI网格及混合网格对求解区域进行网格划分,用有限差分法对无量纲的方程进行离散,最终得到垂直裂缝井的井底压力数值解.根据此数值解并考虑井筒存储和表皮因子的影响,得到真实垂直裂缝井的井底压力.对计算结果的分析表明,使用混合网格求解非达西渗流井底压力相当准确,该方法也适用于水平井等更复杂井型及复杂边界的问题求解.     

水斗曲面三维非正交贴体网格数值生成

为实现冲击式水轮机水斗内非定常流动的数值解析,需要高密度匀布非正交贴体坐标网格来拟合水斗曲面.本文开发了一种用于水斗曲面三维非正交贴体坐标匀布网格的数值生成程序,其主要算法是基于曲线与曲面的微分几何性质提出的四点投影法.程序可根据需要计算出不同密度的匀布贴体网格点.通过对两不同水斗的算例结果显示数值生成的网格很好地拟合了水斗不规则曲面,同时计算出各网格点的切向矢量和单位法向矢量.     

三维非结构粘性网格生成方法

描述了一套适合粘性流动计算的三维非结构网格自动生成方法.在物面附近的粘性作用区域,采用推进层方法生成各向异性的"扁平"四面体网格,并通过一定的网格伸长控制参数,实现整个流场区域网格高度的平滑过渡.当粘性网格的推进高度达到预定要求时,推进层方法自动停止,转而采用阵面推进方法生成常规意义的尽量接近正四面体的各向同性网格.同时给出了利用该方法生成的M6机翼非结构粘性网格来求解机翼粘性绕流的简单算例.     

三维非匹配网格上的扩散方程数值求解

将子网格剖分的支撑算子方法,拓展应用于三维非匹配网格上的扩散方程求解.算例表明该方法在正交非匹配网格上能够精确获得线性解;在一般非匹配网格上可以达到二阶精度;在求解曲面网格和节点不共面网格时,精度比平面近似的方法要高,也可以达到2阶精度,同时也适合求解含有物质界面的混合介质网格.     

八叉树网格到非结构混合网格的转换

在数值模拟中, 非结构网格的优势是可以采用相同的数值格式统一处理任意复杂的计算区域, 但在网格生成过程中难度大, 并且不容易控制网格质量。树结构网格可以认为是介于结构网格和非结构网格之间的一种网格, 目前已经有相对成熟的方法快速在复杂区域内生成二维四叉树网格和三维八叉树网格。在实际应用中, 数值方法往往需要在连接协调的非结构网格上做离散, 树结构网格中不同尺寸的网格之间连接不是协调的, 在应用上会受到很多限制。文章实现了树结构网格到非结构混合网格的转换, 这种转换在二维情况下就是将四叉树网格转换为非结构三角形和四边形的混合网格, 三维情况下则将八叉树网格转换为非结构混合网格。这一转换过程的难点在于需要考虑数千种不同的八叉树单元, 并给出能实现连接协调的非结构混合网格划分。可以出现的网格单元包括六面体、三棱柱、金字塔和四面体这4种不同情况。通过特别的分类, 实现了程序的自动生成, 这种程序自动生成技术一方面可以避免人工编写大量程序时的失误, 另一方面也使得对数以千计的不同情况的处理成为可能。通过对几个简单网格的测试, 对网格数据转换方法做了初步的验证。      

Validity and Accuracy of Equivalent Circuit Models of Passive Inductive Meshes. Definition of a Novel Model for 2D Grids

Accuracy of equivalent circuit models of periodic grids is investigated in amplitude and phase in the visible region. The grids studied here are one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) inductive thin metal meshes. They are located in free space and are illuminated by a plane wave under normal incidence. The range of validity and the accuracy of conventional circuit models are defined by comparison with rigorous results obtained with the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method. In particular, it is shown that electrical models of 1D grids are accurate, whereas equivalent circuits of 2D grids should be used very cautiously. Then, a new formulation is proposed to overcome this major drawback. In the non-diffraction region, the agreement between our model and the FDTD results is within 2% for the power reflectivity and 1° for the phase over a very wide range of strip widths.     

High—Temperature Cutoff Approximation of the 3D kinetic Ising Model

A single-spin transition critical dynamics is used to investigate the three-dimensional kinetic Ising model on an anisotropic cubic lattice,We first derive the fundamental dynamical equations.and then linearize them by a cutoff approximation.We obtain the approximate solutions of the local magnetization and equal-time pair correlation function approximation.We obtain the approximate solutions of the local magnetization and equal-time pair correlation function in zero field.In which the axial-decoupling terms γ1γ2,γ2γ3and γ1γ3as higher infinitesimal quantity are ignored,where γα=tanh(2k0633)=tanh(2Jα/kβT）（α=1,2,3,)We think that it is reasonable as the temperature of the system is very high.The result of what we obtain in this paper can go back to the one-dimensional Glauber‘s theory as long as k2=k3=0.     

基于单帧变形条纹的物体三维位移和速度测量

用隔行扫描摄像机采集到的运动物体单帧变形条纹测量三维位移和速度.该方法将一帧变形条纹分成两个单场,利用傅里叶变换轮廓术重建三维面形,从单场条纹的调制度中提取二值化模板,计算质心获得亚像素匹配定位点,通过双三次插值和标定,实现了一个场周期时间内三个维度上的位移和平均速度的测量.匀速运动物体实验结果表明:被测速度的最大绝对误差为0.6 mm/s,相对误差为0.57%.该方法仅用一帧变形条纹即可测量运动物体的三维位移和速度,提高了时间分辨率和测量准确度.     

三维虚拟动态测量系统构建方法研究

针对传统二维测量系统存在测量精度较低、稳定性差的不足,提出一种基于数据交互的三维虚拟动态测量方法。该方法采用三维构型与总线技术同步耦合的工作方式,对三维测量系统中模型驱动的关键问题进行了研究,探讨了三维测量系统中数据交互解决方法的可行性,并将该方法应用于煤矿排水系统,完成了三维虚拟动态测量系统的开发。试验结果表明由该方法实现的三维虚拟动态测量系统具有运行稳定、操作简单、直观性强、可靠性高的优点,应用前景广阔。     

基于光传播Monte Carlo模拟的三维模型特征提取方法

在现代工业设计、人工智能、软件设计等领域,三维模型正展现强劲需求与活力,传统三维模型特征提取方法仅能提取模型表面特征,难以满足复杂模型特征提取需求,为提高三维模型的特征提取精度,基于光谱分析以及可见光传播特性,提出一种具有高区分度的三维模型特征提取方法。首先利用光散射系数、吸收系数、各向异性等光学特性参数,量化分析光在不同介质中透射、散射、反射概率,并确定最佳光谱模拟波段;其次采用Monte-Carlo法模拟光子束在三维模型中的传播历程,获得光子束传播轨迹的角度、距离、能量等多种统计量,计算不同统计量权重,经过统计分析后完成特征提取;然后在ESB国际通用三维模型库中,测试不同光子束数量、约束空间形状对特征提取效果影响,从而确定最佳模拟参数;最后使用多种特征提取方法与光传播模拟法进行特征提取效果比较,并采用查准率、查全率以及E测度评价指标对特征提取效果进行定量测试。实验结果表明,三维模型特征提取准确度对光传播约束空间形态较为敏感,光子传播的最佳约束空间为球体;三维特征提取效率随着光子束数量升高而降低,在保证特征提取精度的前提下,10000~25000区间是光子束模拟数量的最佳取值范围;基于光传播模拟的特征提取准确度高于小波变换、距离夹角以及D2分布方法,能够满足三维模型检索需求,更适合复杂三维模型的离线特征提取与应用。结合光谱分析与可见光传播特性的模型特征提取法拓宽了光谱分析的应用范围,能够提取出融合三维模型表面特性与内部形态的有效特征,为高精度特征提取技术研究注入新动力。     

Cloud 3D effects on broadband heating rate profiles: I. Model simulation

Solar broadband heating directly drives the atmospheric and ocean circulations, and is largely determined by cloud spatial 3-diminesional (3D) structures. To study the cloud 3D effects on radiation, a 3D broadband Monte-Carlo radiative transfer model, along with an Independent Pixel/Column Approximation (IPA) method, is used to simulate radiation and heating rate of three typical cloud fields generated by cloud resolving models (CRM). A quantitative and statistical estimation of cloud 3D effects has been developed to investigate the impact of cloud 3D structures on both heating rate strength, STD_Bias, and vertical distribution, CorrCoef. The cloud 3D structures affect some clouds more in heating rate strength and others more in vertical distribution. It is crucial to use the combination of CorrCoef and STD_Bias for better quantitative evaluation of the 3D effects. Furthermore, there is no simple way to define a critical resolution (or average radius), within which the IPA heating rate profiles closely represent the true 3D heating rate profiles. The critical radius (or resolution) strongly depends on solar incident angle as well as cloud vertical distribution. Also, the critical radii for clear-sky columns are larger than for cloudy columns, although the corresponding STD_Bias for clear-sky columns are smaller than for cloudy columns. Analysis based on two different statistical average methods illustrates that the cloud 3D effects due to the dimensionality difference between the 3D clouds (circle average) and 2D clouds (line average) significantly impact on the heating rate profiles.     

全三维35 GHz双阳极磁控注入式电子枪数值模拟研究

基于trade-off平衡方程组得到35GHz双阳极磁控注入式电子枪的初始参数,通过编程对其主要参数进行优化设计,并经由自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC中的电子枪计算模块对其进行全三维的数值模拟研究,最终获得了具有横纵速度比为1.5,最大速度零散约为5.4%的高性能电子枪,能够很好地满足35GHz-100kW回旋振荡管对电子束的要求。     

3D syndiotactic elastic metastructure with single-phase material

The artificially periodic structures with the bandgap (BG) features provide a fantastic way for elastic wave manipulation. However, omnidirectional control of elastic waves at low-frequency remains a challenge, especially in the engineering application, due to the great different material parameters of the structure's components. In this work, we present the design of a three-dimensional syndiotactic metastructure (STM) and isotactic metastructure (ITM) composed of a single material with the same density and stiffness. A low-frequency broad bandgap occurs in the global band structure of STM. Meanwhile, it also retains the same high-frequency ultra-wide BG as that of ITM. The formation of the low-frequency BG of STM is attributed to the simultaneous activation of rotation and translation modes. The static deformation analysis indicates that STM has a unique translational and rotational coupling mechanism. The frequency response results reveal that the coupling mechanism can also enhance the attenuation of high-frequency BG.