并行FDTD和IBM BlueGene/L巨型计算机结合求解电大尺寸的电磁问题

高性能巨型计算机的快速发展正在改变着人们在计算电磁学方面的一些传统观念,特别是IBM BlueGene/L巨型计算机的出现使计算电磁学所解决的问题尺寸和时间发生了巨大的变化.IBM BlueGene/L巨型计算机可以包括多达65,536处理器和 32 TB 内存,更重要的是由于它所使用的特殊体系结构使它在4000个处理器时时域有限差分程序的并行效率仍然在百分之九十左右.测试显示,在单个CPU速度接近的情况下,一台奔腾4计算机上运行五十二天的工作量在一个包含有4000个处理器的BlueGene/L巨型计算机上仅需10min左右.虽然普通的PC机群与单个处理器相比也能快速地求解相对大的问题,但是无论是使用千兆 Ethernet、Foundry、Myrinet或者Infiniband,普通PC机群的效率都会在处理其数量超过几十个的时候快速下降.为了验证并行时有预先差分程序的正确性,我们使用并行时域有限差分程序在巨型计算机IBM BlueGene/L上模拟一个144单元的对偶极化Vivaldi阵列的抛物面天线馈源.     

加热电离层生成不均匀体的理论及模拟研究

针对均匀和平面分层电离层背景,分别建立了描述大功率高频(HF)泵波加热电离层产生不均匀体的物理模型,从理论上解释了加热过程中不均匀体的生成主要是有质动力和热压力共同作用的结果.基于均匀电离层背景下加热电离层生成不均匀体的理论,通过数值模拟得到了加热导致电子密度不均匀体的空间分布.模拟结果表明,电子密度扰动在泵场方向上的特征长度为1km量级,在垂直于泵波电场方向上的特征长度为10～20m;这与电离层加热实验观测到的不均匀体纵向特征长度一般为千米量级、横向特征长度一般为10m量级的结论是相符的.另外,数值模拟得到的电子密度"空洞"和"稠团"的交替分布,可以解释加热过程产生的无线电波自聚焦效应.     

地空路径水凝物交叉极化特性研究

水凝物的交叉极化预报模式对10GHz以上频段使用正交极化频率复用的卫星通信系统设计具有重要意义.基于ITU-R与OPEX数据库的地空雨致交叉极化数据和二阶小变量近似的预报模式,给出了一种改进的雨致交叉极化预报模式.与其它模式比较表明,这一模式的预测精度有明显提高.     

有机相中脂肪酶催化合成乳酸乙酯

 考察了在双底物抑制下脂肪酶催化合成乳酸乙酯,最佳溶剂为叔丁醇,在所选的几种脂肪酶中,固定化于大孔丙烯酸树脂的南极假丝酵母脂肪酶B (Novozym 435)的催化活性最好. 对反应条件进行了优化,当酸醇摩尔比为1∶8, 反应温度60 ℃, 酸浓度0.3 mol/L, 酶浓度45 g/mol, 摇床转速200 r/min时产率达到77%, 脂肪酶Novozym 435重复使用6次后产率仍然可达到60%.     

液相苯与稀乙烯变相催化分离生成乙苯的化学平衡、物料平衡和热量平衡计算

 提出了液相苯和稀乙烯变相催化分离制乙苯的反应示意图,对该烷基化反应部分的化学平衡、物料平衡和热量平衡进行了计算. 在温度185 ℃, 压力2.0 MPa, 乙烯1 mol/h, 氮4 mol/h, 新鲜苯3 mol/h的条件下, 烷基化反应后的绝热温升为175.6 ℃. 计算的温升、乙烯转化率和乙苯选择性结果与实验结果基本相符. 从反应段上部补充的35 ℃的新鲜苯与反应段流出的202.6 ℃气体进行热交换后,体系温度达到185.9 ℃, 稍高于反应温度(185 ℃). 但从反应段下部进入的35 ℃的稀乙烯与反应段流出的202.6 ℃的液体混合进行热交换时,由于稀乙烯使液体产物汽化,导致体系温度大幅度降低,平衡时体系温度仅为153.5 ℃, 远低于所要求的反应温度. 计算结果表明,需给体系提供91.5 kJ的热,或者将稀乙烯加热至523 ℃, 混合后体系平衡温度才能达到185 ℃.     

光催化-膜分离集成反应器及其应用

 设计了一种新型光催化-陶瓷膜分离集成反应器,在反冲条件下利用此集成反应器进行了甲基橙光催化氧化反应,分别考察了陶瓷膜对光催化剂TiO2微粉的截留率、膜的渗透通量、光催化氧化脱色率以及不同膜分离压力下的光催化反应速率常数. 结果表明,TiO2-甲基橙悬浆液体系中TiO2微粉的截留率可达到99.9%, 经集成反应器完成一个反应周期后甲基橙氧化脱色率达到10%, 光催化氧化脱色效果高于圆柱式反应器.     

MODELLING OF WAVE PROPAGATION IN THE NEARSHORE REGION USING THE MILD SLOPE EQUATION WITH GMRES-BASED ITERATIVE SOLVERS

The mild slope equation in its linear and non-linear forms is used for the modelling of nearshore wave propagation. The finite difference method is used to descretize the governing elliptic equations and the resulting system of equations is solved using GMRES-based iterative method. The original GMRES solution technique of Saad and Schultz is not directly applicable to the present case owing to the complex coefficient matrix. The simpler GMRES algorithm of Walker and Zhou is used as the core solver, making the upper Hessenberg factorization unneccessary when solving the least squares problem. Several preconditioning-based acceleration strategies are tested and the results show that the GMRES-based iteration scheme performs very well and leads to monotonic convergence for all the test-cases considered.     

一类非线性不确定时滞系统的记忆与无记忆复合H∞状态反馈控制

针对一类具有状态非线性不确定性的线性时滞系统,基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式（LMI）方法,讨论了该类时滞系统的记忆与无记忆复合H∞状态反馈控制器的设计问题。在非线性不确定性满足增益有界条件下,得到了该类时滞系统的满足鲁棒H∞性能的一个充分条件。通过求解一个线性矩阵不等式-LMI,即可获得鲁棒H∞控制器。     

利用自适应逆模拟提高大气光通信性能

大气信道的随机变化导致光通信系统误码率的增大,这里提出了一种利用自适应逆模拟补偿大气信道的自适应方法,并给出了算法设计,这有利于提高大气光通信系统的性能。     

苯甲醛在离子液体中的电化学行为

应用线性扫描循环伏安法、方波循环伏安法和计时电量法测定苯甲醛在3种离子液体C4M IMBF4、C6M IMBF4和C8M IMBF4中的电化学行为.实验表明,在C4M IIVIBF4离子液体中苯甲醛于GC电极上的还原包含两个连续、不可逆单电子过程,对应的方波I~E曲线峰电位Ep为-1.39 V和-1.69 V,估算的扩散系数分别为D1=1.5×10-8cm2/s和D2=1.3×10-8cm2/s.而在C6M IMBF4和C8M IMBF4离子液体中,则苯甲醛于GC电极仅显示一个电流峰,这可能是因为C4M IMBF4的碱性较C6M IMBF4和C8M IMBF4弱的缘故;而电流的衰减时间亦依C4M IMBF4,C6M IMBF4,C8M IMBF4,次序增长,并会导致更慢的异相动力学过程.