基于JASMIN框架的辐射流体与粒子输运耦合计算

基于JASMIN框架的"联邦计算",将两个串行程序辐射流体RH2D与粒子输运Sn2D作为独立"邦元"耦合连接,形成的集成程序RHSn2D可以采用数千处理器并行模拟多物理耦合问题.集成程序RHSn2D中的邦元具有各自独立的网格划分与并行算法,同时借助框架技术,可以屏蔽邦元间的并行数据传递.算例表明,对于应用问题规模(90 720个网格单元,辐射流体100个Patch,粒子输运2 835个Patch,Sn方向48,16群),集成程序RHSn2D采用1 024个处理器可以达到36%的并行效率.     

数值反应堆多物理耦合关键技术

随着计算机的快速发展和超算的应用,开展反应堆多物理、多尺度、多过程耦合成为可能.数值反应堆通过构建一个虚拟堆,在其上开展多物理过程研究,把过去孤立的过程耦合起来,去掉各种简化和近似,向高保真、精密计算逼近.研究手段由实验驱动、工程导向,向科学数值模拟转变.通过调研美国的CASL（The Consortium for Advanced Simulation of Light Water Reactors）计划和欧洲的NURESAFE（Nuclear Reactor Safety Simulation Platform）计划,结合近年核能开发中面临的挑战问题,包括软件自主化中的一些关键技术,提出在国内开展数值反应堆工程的建议设想,供业内专家学者共同探讨.     

测量微细尺度流体温度场的傅立叶变换激光云纹技术

本文研究了一种能测量微细尺度流体温度场的激光云纹技术。激光云纹法利用莫尔条纹的位移量或者位相变化来计算光线穿过位相物体时产生的偏转角,并由此获得流体的温度梯度和温度场分布。激光云纹技术具有灵敏度高,空间分辨率高,稳定性好,实时观测等优点。本文介绍了激光云纹法的测量原理、实验技术,并利用该方法测量了加热细丝自然对流的微细尺度温度场分布。     

与BaF2耦合的低气压多步雪崩室

研究了以纯TMAE饱和蒸汽为工作气体的紫外光敏低气压多步雪崩室的性能.在几种温度下测量了两个不同结构的丝室的气体放大倍数.在40°C时得到丝室的增益为4×10⁵,时间分辨4.1ns.和BaF₂晶体耦合,成功地观测了¹³⁷Cs γ射线(0.661MeV)的信号.     

多物理耦合计算中动态输运问题高效蒙特卡罗模拟方法

多物理耦合计算在众多领域都有重要应用.如果其包含粒子输运过程,用蒙特卡罗方法模拟粒子输运常占据大部分的计算时间,因此多物理耦合计算中动态输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法意义重大,其不可避免地依赖于大规模并行.基于动态输运问题的特点,本文提出了两种新方法:一是针对输运燃耗耦合计算的新型计数规约算法;二是动态输运计算样本数自适应算法.两种算法都能在保持计算结果基本不变的前提下使计算时间大幅减少,从而提高了效率.     

激光与靶非平衡耦合的数值模拟

对激光与高Z靶耦合主要物理过程,其中包括激光吸收,电子热传导,等离子体运动,非平衡原子物理,X光转换和辐射输运等现象的数值模拟作了全面的概括性描述。提出了总体微分方程组,建立了差分计算格式和求解方法,给出了程序数值计算的结果。     

半导体断路开关电路-流体耦合数值模拟

为了研究掺杂结构为p+-p-n-n+的半导体断路开关的ns脉冲截断机理,根据流体力学方程和全电流方程推导出半导体断路开关内部载流子运动满足的电流-电压关系表达式,提出了一种外电路方程和载流子流体力学方程联立求解的1维耦合数值模型。采用该模型对半导体断路开关的ns脉冲截断过程进行了数值模拟,模拟结果表明：在截断过程中,n-n+结处的载流子数密度首先开始明显降低,并出现高电场,随后p+-p结处也出现类似现象,随着载流子的抽取,高电场区域向p-n结处快速移动,最终在p-n结处完成截断,而基区载流子数密度在截断前后无明显变化。     

半导体断路开关电路-流体耦合数值模拟

为了研究掺杂结构为p+-p-n-n+的半导体断路开关的ns脉冲截断机理,根据流体力学方程和全电流方程推导出半导体断路开关内部载流子运动满足的电流-电压关系表达式,提出了一种外电路方程和载流子流体力学方程联立求解的1维耦合数值模型。采用该模型对半导体断路开关的ns脉冲截断过程进行了数值模拟,模拟结果表明:在截断过程中,n-n+结处的载流子数密度首先开始明显降低,并出现高电场,随后p+-p结处也出现类似现象,随着载流子的抽取,高电场区域向p-n结处快速移动,最终在p-n结处完成截断,而基区载流子数密度在截断前后无明显变化。     

孔耦合自由电子激光振荡器的数值模拟方法

针对孔耦合波导自由电子激光振荡器腔内光场横向特性,应用有限元法于慢变光场方程,并对输出腔镜上孔耦合过程加以较准确的描述,而后通过对数值结果的分析比较,说明这一模拟方法较好地描述了孔耦合引起的腔内光场横向结构的变化发展特性,改善了模拟结果。     

自耦合射流冲击冷却的数值计算

本文利用动网格技术对两维自耦合射流冲击冷却恒热流壁面进行了数值模拟,腔体底面具有一定的运动规律,每个时间步网格会重新划分。通过对流场和温度场的分析,得出以下结论:自耦合射流是零质量射流,射流的截面速度分布具有自相似性。涡对的平移和破碎影响了温度场的分布,从而冲击靶面温度最低点不是出现在射流驻点区,而是对应于涡对破碎、紊流度最大的位置。     

激光自聚焦和成丝模拟中的并行计算方法

已编制完成三维非线性流体力学与激光传播耦合并行模拟程序,用以研究高强度激光在稀疏等离子体中的自聚焦和成丝不稳定性形成机制.介绍该三维并行程序中所使用的数值方法和并行算法.     

面向结构网格并行应用的一类快速通信算法

通信算法需要在相邻子区域间传输数据.通过求解子区域间的相交问题可以寻找相邻区域.针对子区域的求交问题,基于区间树,结合结构网格应用的特点,构造近似线性时间复杂度的算法.数值实验表明该算法具有较高的计算效率和可扩展性,能够支持百万量级矩形子区域的并行计算.     

介观互感耦合阻尼并联双谐振电路的量子涨落

对介观互感耦合阻尼并联电路作双模耦合阻尼谐振子处理,将其量子化.通过三次幺正变换,将体系的哈密顿量对角化.在此基础上给出了体系的本征能谱,研究了Fock态、真空态下各回路电流和电压的量子涨落.     

三维光滑粒子流体动力学并行计算程序

介绍了基于消息传递并行程序设计平台研制的三维光滑粒子流体动力学并行程序CSPH3D.包括计算格式、并行方案、并行程序逻辑,以及加快邻域粒子搜索的处理方法.对三维微喷射和斜侵彻的计算表明:CSPH3D程序可以较好地计算这类问题.并且程序具有较高的并行效率.对于粒子总数为1527402的微喷射算例和粒子总数为1454225的斜侵彻算例,使用100个处理器时,并行效率可以达到80%.     

流动数值模拟中一种并行自适应有限元算法

给出了一种流动数值模拟中的基于误差估算的并行网格自适应有限元算法.首先,以初网格上获得的当地事后误差估算值为权,应用递归谱对剖分方法划分初网格,使各子域上总体误差近似相等,以解决负载平衡问题.然后以误差值为判据对各子域内网格进行独立的自适应处理.最后应用基于粘接元的区域分裂法在非匹配的网格上求解N-S方程.区域分裂情形下N-S方程有限元解的误差估算则是广义Stokes问题误差估算方法的推广.为验证方法的可靠性,给出了不可压流经典算例的数值结果.     

无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的数值再现分析

在理论分析无透镜傅里叶变换全息图记录的基础上,结合CCD的结构特点,用傅里叶频谱方法具体研究了无透镜傅里叶变换全息图在欠采样条件下的再现问题.指出在无透镜傅里叶变换全息术中,对有限尺寸物体而言,在记录过程不满足申农（Shannon）采样定理的条件下,仍能完整再现出物体的像.同时对再现像的变化特点进行了理论说明.所得的实验结果与理论分析一致.     

荧光分子断层成像正向问题的并行计算

针对荧光分子断层成像中相应于激发光和发射光的两个正向方程必须串行求解的实际情况,提出了一种可同时对两个扩散方程进行求解的并行算法。其思想是通过引入乘子矩阵对耦合方程进行解耦来实现并行计算,并利用有限元方法进行了二维数值模拟,将算法求解所得结果与基于串行方法,以Ralf B．Schulz等提出的并行算法所得到的数值模拟结果进行了综合比较。实验表明,该算法一方面适合于任何大小的斯托克斯频移条件,具有更广泛的适应性;另一方面提高了荧光分子断层成像正向问题的求解速度和精度,从而有利于整个荧光分子断层成像的快速精确求解。     

应用二维窗口傅里叶变换实现全息图数值再现

应用二维高斯窗口傅里叶变换对全息图进行局部分析。首先定义二维窗口傅里叶变换,并从理论上证明通过二维高斯窗口傅里叶变换所获得的叠加频谱与傅里叶变换所获得的频谱是一致的。对菲涅尔全息图进行数值再现时,通过提取窗口区域内局部全息图的＋1级频谱信息,并随着窗口中心在整幅全息图上逐点移动,将窗口傅里叶变换局部分析所获得的＋1级频谱叠加求和,可有效地重构出与＋1级衍射像相对应的完整频谱信息,在一定程度上改善了0级以及±1级衍射像所对应的不同频谱之间的串扰,提高了再现像的质量。     

傅里叶变换干涉仪激光信号处理电路的分析

激光信号处理电路是傅里叶变换干涉仪的重要组成部分,为提高干涉仪控制器的控制精度,在分析干涉仪工作特点的基础上设计了激光信号处理电路,并着重分析了四阶Besell带通滤波器的误差传递路径,及各噪声对信号质量的影响,从而为低噪声电路设计提供一定的理论基础,具有参考作用.最后,半实物仿真结果表明所设计的激光信号处理电路精度达到0.01％,从而验证了所设计电路的合理性.     

傅里叶变换轮廓术中新的相位及高度算法分析

在传统傅里叶变换轮廓术三维面型测量中,为了准确得到被测物体的高度分布,必需保证投影仪出射光瞳和摄像机入射光瞳的连线与参考面平行并且在同一水平面,否则存在较大的误差。着眼于更普通的情况,讨论双瞳连线与参考面成某一夹角时的高度计算,推导出了非平行时的参考面光场及物面变形条纹光场的表达式,并给出了高度映射公式。因而,传统的傅里叶变换轮廓术测量成为角度α=0时的特例。该方法使傅里叶变换轮廓术的测量条件得到了放宽;易于通过移动投影装置或成像装置获取全场条纹;并为在难以实现双瞳与参考面平行的特殊环境下的测量提供了可行的方法。计算机模拟及实验均证实了该方法的有效性。