从机械能守恒的角度推导单摆简谐振动的周期

本文给出了利用基本的物理原理结合高等数学公式的方法推导单摆做简谐运动的周期公式,可以简明扼要地理解单摆简谐运动的过程.     

金属管(杆)横驻波演示实验

对两端自由金属管(杆)弯曲振动实验进行了分析,对观察到的现象给出了相应的解释.     

一种可扩展的三维半导体器件并行数值模拟算法

在基于漂移-扩散模型的三维半导体器件数值模拟中,通过有限体积法进行数值离散,采用完全耦合的牛顿迭代求解非线性代数方程组,并使用基于代数多重网格预条件子的GMRES方法求解牛顿迭代中的线性方程组,构造一种稳健且高度可扩展的非结构四面体网格上求解半导体方程的并行算法.基于PHG平台实现该算法的并行计算程序,并对PN结和MOS场效应晶体管等问题进行了最大网格规模达到5亿单元、最大并行规模达到1 024进程的大规模数值模拟实验,结果表明,该算法计算效率高,可扩展性好.     

Lagrange方法基于保正性的时间步长

对交错网格上Lagrange预估-校正显示格式的时间步长选取提出新的方法.与经典CFL稳定性理论时间步长选取方法不同,新方法考虑了原始微分方程组的非线性效应,并基于物理量保正性给出了自适应的时间步长选取方法.数值实验验证了该方法有效.     

超临界流体Rayleigh-Bénard对流的数值模拟研究

物质气液临界点附近热物理性质发生剧烈变化,会出现一种对热力学平衡有显著加速作用的热声活塞效应。而在长时间尺度上,因重力作用而产生的Rayleigh-Bénard对流在活塞效应的影响下,其表现出来的物理特性与普通流体相比存在较大的差异。我们通过SIMPLE方法对超临界氮在不同临界距离下的自然对流发生过程进行数值模拟,结果显示当流体热力学状态接近临界点时,对流作用的发生取决于边界层内热羽流的形成,并且具有明显的湍流特征,而随着离开临界点的距离加大,流场的形成逐渐过渡到一般可压缩流体的情形。     

大气湍流光学参数分析

利用两种不同大气湍流结构常数模型,讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出:相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定,而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30 km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例,在给定的不同强度湍流下,对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25％,而低层大气湍流的贡献比例都小于3%。     

磁绝缘传输线阻抗变化对空间电子流的影响

介绍了磁绝缘传输线的阻抗大小、传输电压及电流大小对其产生的空间电子流大小及阴极电子鞘层厚度的影响。运用CHIPIC软件建立四层圆盘锥形磁绝缘传输线A层的近似化三维模型进行模拟,对比理论计算值与模拟值,并与相关文献的二维模拟结果进行对照,验证三维模拟的正确性。最后,模拟研究了圆盘锥形磁绝缘传输线阴阳极之间的间距变化对传输效率的影响。     

Minimum SNR and acquisition for bias-free estimation of fractional anisotropy in diffusion tensor imaging - a comparison of two analytical techniques and field strengths

Although it is known that low signal-to-noise ratio (SNR) can affect tensor metrics, few studies reporting disease or treatment effects on fractional anisotropy (FA) report SNR; the implicit assumption is that SNR is adequate. However, the level at which low SNR causes bias in FA may vary with tissue FA, field strength and analytical methodology. We determined the SNR thresholds at 1.5 T vs. 3 T in regions of white matter (WM) with different FA and compared FA derived using manual region-of-interest (ROI) analysis to tract-based spatial statistics (TBSS), an operator-independent whole-brain analysis tool. Using ROI analysis, SNR thresholds on our hardware-software magnetic resonance platforms were 25 at 1.5 T and 20 at 3 T in the callosal genu (CG), 40 at 1.5 and 3 T in the anterior corona radiata (ACR), and 50 at 1.5 T and 70 at 3 T in the putamen (PUT). Using TBSS, SNR thresholds were 20 at 1.5 T and 3 T in the CG, and 35 at 1.5 T and 40 at 3 T in the ACR. Below these thresholds, the mean FA increased logarithmically, and the standard deviations widened. Achieving bias-free SNR in the PUT required at least nine acquisitions at 1.5 T and six acquisitions at 3 T. In the CG and ACR, bias-free SNR was achieved with at least three acquisitions at 1.5 T and one acquisition at 3 T. Using diffusion tensor imaging (DTI) to study regions of low FA, e.g., basal ganglia, cerebral cortex, and WM in the abnormal brain, SNR should be documented. SNR thresholds below which FA is biased varied with the analytical technique, inherent tissue FA and field strength. Studies using DTI to study WM injury should document that bias-free SNR has been achieved in the region of the brain being studied as part of quality control.     

三角形网格上多介质流动问题界面处理方法

多介质流动问题的求解一般是在结构网格上实现,而三角形网格对于复杂计算区域具有更好的适应性,本文结合rGFM方法,给出三角形网格上多介质流动问题界面处理方法.利用level-set方法跟踪界面,在界面处构造Riemann问题,得到界面处流体准确的流动状态.通过定义界面边界条件,将多介质流动问题转化为单介质流动问题,利用高精度RKDG方法求解.采用多个算例验证该方法的稳健性和有效性,结果表明该方法能准确捕捉界面和激波的位置,保持界面清晰.     

超燃冲压发动机等截面隔离段中流动的LBM模拟

采用耦合的双分布函数格子Boltzmann方法模拟超燃冲压发动机中隔离段的流动.计算结果反映了隔离段内流场的基本结构,表明LBM在隔离段的模拟中是-种具有潜力的数值计算方法.