计算物理杂志

计算物理杂志2020年第6期

• 靶丸支撑膜对ICF内爆性能影响的模拟研究

  谷建法, 葛峰峻, 戴振生, 邹士阳

  使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S，模拟研究靶丸支撑膜在惯性约束聚变氘氘（DD）气体靶内爆过程中的扰动演化过程及其对内爆性能的影响.二维模拟表明：靶丸支撑膜显著降低DD气体靶内爆的中子产额，二维模拟产额为一维结果的55.2%.内爆性能下降的主要物理机制是支撑膜使靶壳生成大幅度的尖钉深入DD气体区，使烧蚀层与DD气体之间物质界面处的电子热传导漏失功率显著增大，导致DD核反应速率显著降低，中子反应速率峰值时刻（bang-time时刻）提前.相比一维理想内爆的模拟结果，支撑膜引入的扰动显著降低bang-time时刻DD气体压强与内爆动能转化为DD气体内能的效率，壳层剩余动能相应大幅增加.

• 自适应多分辨率方法在反应多相流数值模拟中的应用

  牛霄, 倪国喜, 马文铧

  将自适应多分辨率方法应用到刚性气体状态方程CJ模型的数值模拟，采用多相流问题的守恒锐利界面格式，通过level-set方法和虚拟流体方法来追踪和处理界面，能够很好地处理时间尺度较大的界面交互问题.利用金字塔型数据结构和多分辨率自适应方法，提高算法的存储效率和计算效率.给出一维和二维的数值算例，证明该算法在反应多相流数值模拟中的稳定性和高效性.

• 精细平衡气体动理学格式

  邹兴, 陈松泽, 郭照立

  流体系统在重力作用下，流体压力可与重力相平衡，达到静力平衡状态.常规的有限差分和有限体积方法无法在离散尺度上保持这种平衡态，常常产生虚假速度等非物理现象.通过将重力源项的体积分改写为网格界面值的加权平均，实现离散条件下压力与重力的精细平衡，得到一种Navier-Stokes（NS）方程的精细平衡气体动理学格式.该格式可以在机器精度上精确地保持等温条件下的静力平衡态以及捕捉平衡态附近的小扰动传播.同时，该格式还能求解自然界中更常见的非等温平衡态.此类平衡态除了要求静力平衡还要求热流平衡.利用提出的格式求解NS方程，可以得到静止（机器精度下的零速度）的非等温平衡态，并且密度和温度分布都具有二阶精度.通过多个算例验证格式的有效性，表明该格式可更好地模拟重力场下的温度、密度的分层流动.

• 圆内开缝圆自然对流的Ruelle-Takens混沌道路

  赵明, 王柯, 余端民

  使用热格子Boltzmann方法针对圆内开缝圆自然对流的流动与换热进行数值模拟，通过相空间、功率谱等进行非线性动力学特性分析，研究其流动与换热的稳定性.结果表明：随着瑞利数Ra的增加，流场的相图从开始稳定的平衡点经历Hopf分岔后转变为极限环，表明流场进入一个倍周期性振荡状态；随着瑞利数进一步增加，稳定的极限环分岔为二维环面，系统相空间结构复杂化；当瑞利数Ra大于某一临界值时，二维环面分岔突变进入混沌状态，系统在相空间中出现非常复杂的轨线结构.总体上，通过系统不同瑞利数所对应的非线性动力学特性的表现形式，表明系统经过Ruelle-Takens道路到达混沌，展现出自然对流从稳定的流动和换热发展到非线性运动特征的混沌历程.

• 微通道内椭球颗粒惯性聚焦行为数值研究

  王坚毅, 潘振海, 吴慧英

  基于浸没边界-格子Boltzmann方法，对方形截面微通道内椭球颗粒的惯性迁移与旋转动力学行为进行数值研究，发现微通道内椭球颗粒的惯性迁移存在两种主要的运动状态：①翻转状态，即椭球颗粒前进过程中长轴始终在中心对称平面内；②滚动状态，即椭球颗粒前进过程中长轴始终垂直于中心对称平面.研究表明：在低Re数（Re=10）下颗粒以两种状态随流体迁移至平衡位置；在较大Re数（50≤Re≤200）下最终均以翻转状态随流体迁移，随Re数增加，平衡位置先逼近壁面后远离壁面.通过对不同运动状态下椭球颗粒周围的微观流场进行分析，提示该微观流动在颗粒惯性聚焦行为特征中有重要影响，并从流体和颗粒的惯性角度对颗粒不同运动状态的转换机理给出解释.

• 基于守恒高阶模型的动态交通分配建模与仿真

  李浩宇, 林志阳, 张鹏, 段雅丽

  针对路网中的动态交通分配问题，采用高阶守恒模型（CHO）进行建模与数值研究，并推广高阶守恒模型二进二出路口的Riemann问题；同时将高阶守恒模型与动态网络加载（DNL）模型相结合，通过变分不等式对动态网络加载模型进行分析.数值模拟采用一阶有限体积法求解高阶守恒模型，同时采用梯度下降方法迭代求解动态网络加载模型的变分不等式问题，最终以动态用户最优条件为目标实现分配均衡.数值结果表明CHO模型与DNL模型结合解决动态交通分配问题是可行的，对传统模型的研究有一定的指导意义.

• 柱面波对多层球的轴向声辐射力

  臧雨宸, 高金彪

  在理论和数值上研究柱面波对多层球的声辐射力.基于声波的散射理论，得到声辐射力的解析解，并给出数值仿真.结果表明：在特定的ka和kr0处，柱面行波的辐射力可以是负值（k是波数，a是多层球的半径，r0是多层球到声源的距离）.随着kr0增加到无穷大，仿真结果退化为平面波的情形.对双层球而言，每层的相对厚度影响曲线共振峰的大小和位置，但对三层球而言没有显著影响.当最内层的介质换成空气时，由于声阻抗差异较大，共振峰更加明显.该研究可以为研发新一代单行波声束声学镊子提供理论指导，该技术在生物医学超声和材料科学领域有广泛的应用.

• TTI煤层群、相速度分析

  李勤, 赵斌, 马随波

  以各向异性介质弹性矩阵为理论基础，结合TTI介质群、相速度相关公式，设计含有倾斜对称轴的横向各向同性煤层模型，通过模型试算，得到以下结论：随着各向异性参数ε、δ、γ变化，TTI型煤层相速度变化较为平缓，群速度变化较为剧烈，因此群速度决定着各向异性介质波场形状；在一定范围内，qP波的群、相速度随ε呈正相关变化；qSV波的群、相速度随δ呈负相关变化；qSH波的群、相速度只与各向异性参数γ有关，随γ呈正相关变化.

• 一种适用于对称截面的主动式热斗篷的研究

  刘洋, 段洋, 许国良, 黄晓明, 陈新涛

  直接求解导热方程对具有自适应热源的可控式热隐身技术进行数值研究，探索热流控制方法及隐身效果，推导出均匀背景下二维对称截面热斗篷热隐身区域自适应热源分布的通解.仿真结果表明：对于任意对称截面斗篷，自适应热源都能使得扰动后的温度场很好地恢复到背景温度场，达到热隐身的目的.

• 周期优势结构提炼与搜索路径强化结合提升换热网络结构进化能力

  金艳, 崔国民, 曹美, 沈昊, 陈子禾

  针对强制进化随机游走算法（RWCE）在优化后期会陷入局部最优而使搜索能力下降的问题，提出周期优势结构提炼与搜索路径强化结合策略.首先对系统种群初步优化，每隔一定周期进行一次优势个体提炼，然后采用多重路径复制的方法将这些优势个体给其他个体，最后根据搜索机制遍布整个求解域.以优势个体为中心进行多重路径搜索策略，提高了局部寻优精度，增加了种群多样性，进而增强了全局搜索能力，优化效率和质量得以提高.

• 应用结构摄动策略的有分流换热网络优化

  徐玥, 崔国民

  有分流节点非结构模型（NNM-SS）应用于换热网络优化时，因难以生成合适的分流结构而使优化陷入局部极值.根据NNM-SS的优化特点及网络结构中分流次数对费用的影响，提出结构摄动策略，并将其引入强制进化随机游走算法（RWCE-SS）.策略的主要思想为：在优化过程中，以一定的概率随机抽取一个无分流结构的换热器，并在该位置上生成一组新的分流结构以增加网络中的分流次数，通过对结构的摄动实现对算法搜索能力的提升.算例验证表明应用该策略改进的算法可获得更好的优化结果.

• 基于非广延熵纠缠平方的严格单配性不等式

  苑光明, 王学文, 董明慧, 白志明, 刘恩超

  非广延熵纠缠是一种很好的纠缠度量方式，其本身在参数q∈2, 3范围服从严格单配性关系.我们提出基于非广延熵纠缠平方服从的严格单配性关系，将参数范围扩展至q \in(5-\sqrt13) / 2, (5+\sqrt13) / 2 .该单配性关系更加严格，比非广延熵纠缠的严格单配性不等式成立范围更广.

• 场耦合忆阻神经网络的电活动

  周倩, 韦笃取

  神经元之间除了突触耦合，还存在磁通耦合.因此在传统的神经元模型中引入磁通量，并研究场耦合下神经网络的放电活动具有实际意义.建立一个含场耦合的Hodgkin-Huxley忆阻神经网络，引入神经元节点之间的距离权重，用磁通量描述时变电磁场，采用磁控忆阻器实现膜电位和磁通量之间的耦合.探讨距离权重和系统大小对神经网络放电活动的影响.研究发现，随着权重增大，神经网络放电活动增强，且系统规模越大，诱导神经元兴奋性的权重阈值越大，系统大小不影响神经网络活性随距离权重变化的规律.在不同的权重值下，神经网络活性随系统大小变化的规律明显不同.研究表明，距离权重和系统大小对含场耦合的忆阻神经网络放电活动有重要影响，其中距离权重起主导作用.