分布源边界点法及其在振动体声辐射计算中的应用

讨论了一种新型的计算振动体声辐射的方法──分布源边界点法.通过诸多算例,对分布源边界点法的计算精度、计算稳定性、适用范围和克服外部声辐射在特征频率处解的非唯一问题的可行性等进行了评价。     

体积速度匹配分布源边界点法的特解源位置优化方法研究

在分布源边界点法中,选择特解源及特解源位置对声场计算的精度具有很大的影响。为减小声场计算的误差,提出了一种确定特解源位置的优化方法。在该方法中,采用三极子作为特解源,以1%体积速度相对误差对结构声辐射计算的上限频率进行预测,然后在计算上限频率范围内通过体积速度匹配搜索,得到体积速度相对误差最小意义下的特解源优化位置,在该优化位置处构造声压与表面体积速度之间的传递矩阵来计算声场,以减小计算误差。数值仿真结果表明:在求取的计算上限频率范围内,特解源处于优化位置时,计算误差得以显著减小。当振速测量存在一定误差时,采用该方法仍可将计算误差控制在5%以内。     

体积速度匹配分布源边界点法的特解源位置优化方法研究

在分布源边界点法中,选择特解源及特解源位置对声场计算的精度具有很大的影响。为减小声场计算的误差,提出了一种确定特解源位置的优化方法。在该方法中,采用三极子作为特解源,以1%体积速度相对误差对结构声辐射计算的上限频率进行预测,然后在计算上限频率范围内通过体积速度匹配搜索,得到体积速度相对误差最小意义下的特解源优化位置,在该优化位置处构造声压与表面体积速度之间的传递矩阵来计算声场,以减小计算误差。数值仿真结果表明:在求取的计算上限频率范围内,特解源处于优化位置时,计算误差得以显著减小。当振速测量存在一定误差时,采用该方法仍可将计算误差控制在5%以内。     

新型快速多极杂交边界点法在复合材料热传导中的应用

将杂交边界点法应用于复合材料的热传导模拟,推导一种求解复合材料的方程,该方程减少计算自由度,效率更高.将新型快速多极算法与杂交边界点法结合进行大规模计算,数值算例中对包含大量粒子的复合材料进行模拟,结果表明快速多极杂交边界点法可行,具有一定的应用前景.     

DRESOR法对二维辐射传递问题研究

高方向辐射强度信息对一些逆问题非常有帮助,例如,在工业炉中用辐射成像技术重建二维/三维温度场.DRESOR法被发展用来在二维矩形各向同性/异性散射介质中求解辐射传递方程.用DRESOR法可以在矩形区域边界处可以计算得到辐射强度在半球立体角空间内6658个方向上的分布.用DRESOR法计算得到的无维辐射热流和有关文献用中离散坐标法、近似法及有限体积法计算得到的结果吻合得很好.从计算结果中可以观察边界上,特别是靠近发射源区域的辐射强度随方位角的变化情况.     

内部体积源作用下的圆柱壳内外声场特性

圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响,本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程,研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明,体积源构造的准确性与其等效源位置有关,等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4—0.6时,可以提高声场计算结果的准确性;大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变,内声场声腔共振峰发生偏移,并且在部分频段引起较强的声透射现象;此外,体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小,其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.     

金属氧化物半导体场效应管长期辐射效应的数值模拟

将粒子输运的蒙特卡罗方法与器件数值模拟的有限体积法相耦合来模拟典型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的长期辐射效应。二氧化硅中的陷阱电荷及硅中的自由电子和空穴均使用漂移扩散模型来描述,入射粒子的能量沉积可作为源项耦合至漂移扩散模型方程,并根据有限体积法得到控制方程的离散格式,方程的数值解即为MOSFET的长期辐射响应结果。使用该方法模拟了MOSFET受射线粒子辐照后的阈值电压漂移与关态漏电流现象。结果表明,耦合方法适用于典型半导体器件长期辐射效应模拟,其阈值电压漂移及漏电流计算结果与文献符合较好。     

金属氧化物半导体场效应管长期辐射效应的数值模拟

将粒子输运的蒙特卡罗方法与器件数值模拟的有限体积法相耦合来模拟典型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的长期辐射效应。二氧化硅中的陷阱电荷及硅中的自由电子和空穴均使用漂移扩散模型来描述,入射粒子的能量沉积可作为源项耦合至漂移扩散模型方程,并根据有限体积法得到控制方程的离散格式,方程的数值解即为MOSFET的长期辐射响应结果。使用该方法模拟了MOSFET受射线粒子辐照后的阈值电压漂移与关态漏电流现象。结果表明,耦合方法适用于典型半导体器件长期辐射效应模拟,其阈值电压漂移及漏电流计算结果与文献符合较好。     

耦合辐射的三维热化学非平衡流数值模拟

发展耦合辐射的三维热化学非平衡流场计算方法,可用于非结构网格.采用Jameson有限体积法求解耦合辐射源项的三维N-S方程.辐射源项通过求解辐射输运方程(Radiative Transport Equation RTE)获得.在空间方向上离散后,采用有限体积法求解辐射输运方程.化学模型包含11个组元,20个化学反应.采用该数值方法计算MUSES-C模型在速度为11.6 km·s^-1时的绕流流场及前驻点处的辐射热流密度.并通过对比,分析热辐射对流场的影响.     

有限体积法求解圆柱形散射介质内辐射与导热耦合换热

将谱带模型与有限体积解法相结合;求吸收、发射、散射性非灰介质圆柱体内辐射传递方程。考虑辐射强度场与热扩散温度场的耦合,将控制容积法与有限体积法结合,求解辐射与导热耦合换热。经与光线踪迹法、离散传递法的计算结果比较表明,谱带模型与有限体积解法相结合能处理多场耦合下非灰介质内的辐射换热。     

改进的半空间频率均方声压法计算结构频带振动声辐射

为计算中高频半空间结构频带振动下声辐射问题,推导了基于能量源的半空间频率均方声压法(Frequency Averaged Quadratic Pressure,FAQP),并提出了改进的半空间FAQP法,克服了半空间FAQP法在失效频率下解不唯一的问题。频率带宽为4 Hz的刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球的声辐射数值计算,验证了改进的半空间FAQP法对解决失效频率下解不唯一问题的有效性。同时,刚性壁面作用下的脉动球和与自由表面相接触的脉动半球声辐射数值计算结果均表明,在1/3倍频程下,改进的半空间FAQP法与常规边界元方法相比,具有更高的计算精度,更适用于中高频计算。     

进一步改进边界元方法以克服振动声辐射计算中解的非唯一性

章利用基于三次B样条插值的边界元方法，对振动体外部声辐射问题进行了研究，对CHIEF法及其改进方法作了进一步的改进，提出在加权余量意义下，通过把内部Helmholtz积分方程与其对内点坐标取导后的方程式作线性叠加，在域外构作的一个小体积块上进行积分以形成补充方程，经与表面Helmholtz积分方程相结合，来求解任意频率下的声辐射问题，并以脉动球和摆动球作为算例，说明本提出的方法能够有效地克服在特殊频率处解的非唯一性问题。     

基于分布源边界点法的局部近场声全息技术

为了克服基于分布源边界点法的近场声全息技术在小全息孔径条件下造成的重建误差问题,提出了基于分布源边界点法的局部近场声全息技术.该技术运用分布源边界点法,采用测得的较小全息面上的声压数据来外推较大全息面上的声压数据,然后用外推的数据进行全息重建.仿真和实验结果验证了采用该技术在小全息孔径条件下进行声源局部重建的有效性.     

基于线性子链法的压水堆裂变产物源项一体化计算方法

核电厂设计基准源项计算可为核电厂安全评审提供依据,同时也是辐射屏蔽计算的基础。基于压水堆堆芯、一回路和气载源项的研究基础,类比衰变常数引入了迁移常数和核反应常数的概念,进而总结了一体化计算上述源项中裂变产物源项的源项方程。针对源项方程变系数、大型、稀疏和刚性的特点,在时间离散近似的基础上,基于线性子链算法编写程序求解了上述方程。通过与典型压水堆工程文件对比,证明了程序的正确性和必要性。     

基于蒙特卡洛法的关节臂坐标测量机工作空间分析

传统的求解关节臂式坐标测量机工作空间的方法需要借助繁琐的数学公式、计算量大,针对这一问题选用蒙特卡洛法对工作空间进行分析。首先运用D-H方法建立关节臂式坐标测量机的数学模型得出运动学方程。然后采用蒙特卡洛法分析该测量机的工作空间,得出工作空间点云图。最后,采用局部象限分布的方法对关节臂式坐标测量机工作空间点云图的边界点进行提取。仿真实验结果表明用蒙特卡洛法对工作空间分析更简单易于实现,采用基于局部象限分布法提取到的边界点轮廓也更准确避免了虚假边界点的提取。     

基于线性子链法的压水堆裂变产物源项一体化计算方法

核电厂设计基准源项计算可为核电厂安全评审提供依据,同时也是辐射屏蔽计算的基础。基于压水堆堆芯、一回路和气载源项的研究基础,类比衰变常数引入了迁移常数和核反应常数的概念,进而总结了一体化计算上述源项中裂变产物源项的源项方程。针对源项方程变系数、大型、稀疏和刚性的特点,在时间离散近似的基础上,基于线性子链算法编写程序求解了上述方程。通过与典型压水堆工程文件对比,证明了程序的正确性和必要性。     

海洋水色及水温扫描仪精确瑞利散射计算

瑞利散射计算精度对海洋水色遥感大气校正的精度起着关键作用,为了提高瑞利散射的计算精度,需要求解平行分层大气矢量辐射传输方程。详细地推导了加倍法解大气矢量辐射传输方程的基本关系式,并阐述了利用加倍法解矢量辐射传输方程的原理。通过与海视宽视场遥感器(SeaWiFS)精确瑞利散射查找表计算结果的比较,证明利用加倍法计算瑞利散射的精度优于0．5％,完全能够满足海洋水色遥感大气校正对瑞利散射计算精度的要求,并可以用来生成海洋水色及水温扫描仪精确瑞利散射查找表。最后,利用开发的加倍法解矢量辐射传输方程软件包,生成了海洋水色及水温扫描仪的精确瑞利散射查找表。开发的加倍法解矢量辐射传输方程软件包可直接用于我国第二代高性能海洋水色遥感器精确瑞利散射查找表的生成。     

高超声速飞行器气体辐射噪声计算方法

高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化,伴随强烈的光辐射过程,直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动,考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解气体辐射特性参数,基于有限体积法离散辐射传输方程,在分别验证流场解算、辐射参数求解和辐射传输计算的基础上,进行了飞行器高速飞行的流动和辐射模拟。数值求解得到了飞行器流场特征和粒子数空间分布。计算的选定波长范围内的气体辐射发射系数空间分布显示其与激波形状和波后气体温度分布相似。通过传输得到的飞行器光学窗口视线路径上的气体辐射噪声成轴对称分布,发现辐射噪声和飞行速度、气体成分等密切相关,马赫数增加时气体辐射噪声显著增强。     

高超声速飞行器气体辐射噪声计算方法

高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化,伴随强烈的光辐射过程,直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动,考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解气体辐射特性参数,基于有限体积法离散辐射传输方程,在分别验证流场解算、辐射参数求解和辐射传输计算的基础上,进行了飞行器高速飞行的流动和辐射模拟。数值求解得到了飞行器流场特征和粒子数空间分布。计算的选定波长范围内的气体辐射发射系数空间分布显示其与激波形状和波后气体温度分布相似。通过传输得到的飞行器光学窗口视线路径上的气体辐射噪声成轴对称分布,发现辐射噪声和飞行速度、气体成分等密切相关,马赫数增加时气体辐射噪声显著增强。     

非定常辐射输运问题的蒙特卡罗自适应偏倚抽样

用蒙特卡罗(MC)方法模拟高温、高压、多介质、大变形辐射输运问题时,由于网格体积悬殊,导致各网格通量的统计误差涨落很大,随着时间步的增加,误差积累甚至会导致计算结果失真.为此,发展了针对全局网格计算的源偏倚抽样技巧.用于源偏倚抽样的价值函数基于上个时间步各网格通量及误差,通过加权构造产生,它比传统MC通过解伴随方程获取价值的性价比要高得多.数值试验表明,全局源偏倚抽样通过自适应分配当前时间步各网格的粒子数,有效地降低了当前步重要网格通量误差. 关键词： 非定常 辐射输运 蒙特卡罗 源偏倚抽样