等离子体磁流体不稳定性的高精度数值模拟研究

基于有限体积法的通量差分分裂法,通过联合高阶多态黎曼求解器(HLLD)、高精度重构格式(MUSCL)和三阶总变差递减龙格-库塔格式,数值研究了平板位形下等离子体电阻磁流体不稳定性.对托卡马克等离子体双撕裂模不稳定性和等离子体磁岛合并不稳定性的研究结果表明,该算法具有精度高、数值稳定性好和运行速度快等特点.研究结果为磁流体动力学方程组的求解提供了一种新的高精度数值计算方法.     

行星际日冕物质抛射中的磁流体波动观测

日冕物质抛射（CME）是最大尺度的太阳活动现象,灾害性空间天气的主要驱动源．行星际日冕物质抛射（ICME）中的等离子体波动性质与ICME的演化密切相关．由于ICME中的平均磁场较大,其中的Alfven低频扰动研究较少．前人的研究只分析了0．3AU和0．68AU处的个别ICME中的Alfven波动．ICME在1AU处的Alfven波观测较少．本文对第23太阳周1995—2006年期间所有引起大磁暴（Dst≤－100nT）的单个ICME事件进行统计分析,结果表明：（1）大约30％的ICME中长时间存在Alfven波（超过ICME持续时间的30％）;（2）约一半的ICME的鞘层中存在快磁声波;（3）所有ICME中都存在短时间段的慢磁声波．这些观测结果为研究CME在行星际传播过程时其中的Alfven波演化机制及其动力学演化提供了观测基础．     

能量旁路组合发动机磁流体发电通道数值模拟

利用简化的一维低磁雷诺数下磁流体动力学方程组,对理想分段法拉第型MHD发电通道开展了数值模拟研究,分析了电磁参数和通道几何参数的变化对MHD发电通道性能的影响。结果表明:MHD发电通道能够有效减小出口气流速度,降低总温,并提取出能量,但由于电磁作用的不可逆效应以及焦耳热的产生总压有所损失。磁场强度B、电导率σ的大小,反映了通道内电磁作用强度。适度扩张型通道能够抑制出口气流速度、静温和总温,并增强电磁作用效果。要使通道出口速度减小,总温和总压降低,能量提取率增加,可以增大磁场强度B或电导率σ;反之则反向调节。     

永磁体在磁流体中悬浮平衡动态数值模拟

永磁体在磁流体中达到临界平衡状态时可以自悬浮.而以解析方法求解圆柱形永磁体浸入磁流体中受到的磁性力难度很大.基于磁流体中磁场分布模型及力学公式,利用有限元分析方法,采用新型移动边界控制方式,建立虚拟环境和模型并进行磁场变化动态仿真.描绘永磁体位移与作用力关系曲线,精确求解获得悬浮高度.试验结果表明,φ10×20永磁体存在唯一悬浮平衡高度9.6mm,数值计算数据与试验数据吻合,证明悬浮平衡位置的存在性和唯一性,同时验证了动态数值分析结果真实有效性.     

波群的数值模拟和物理模拟

基于现场实测资料,给出了一个波包谱的经验公式,在此基础上建议了波群的数值模拟和物理模拟方法,可按指定的波谱和波群特征参数,数值模拟和在实验水槽中制造出所要求的波群,得到了满意的结果。     

黄海辐射沙脊群海域水环境数值模拟研究

为了弄清黄海辐射沙脊群这一具有广阔潮间带典型海域的水动力及污染物扩散稀释情况,在该海域找到较为理想的污染物排放位置,采用沿深垂向平均二维数值模式对该海域的潮流场和物质扩散场进行了模拟,模拟过程中采用变网格技术和改进的“干湿法”处理动边界问题．通过海域水体余流场和几个典型位置Lagrange水质点运动轨迹的计算,分析了余流场对污染物运移的影响,并得到了该海域较为理想的污染物排放位置．     

多介质辐射流体力学数值模拟中的并行计算研究

多介质辐射流体力学是传统的计算挑战性应用问题，对大规模并行计算机有强烈需求.近年来，在万亿次并行机的512个处理器上，对该类应用中的多介质Euler流体力学方程、辐射扩散方程、粒子输运方程、以及这些方程之间的耦合连接，开展了有效的并行数值模拟.作为连接数值模拟和并行计算机的桥梁，并行计算也得到了快速发展.文中综述了并行计算，尤其是并行算法和并行实现关键技术方面的重要进展.通过这些算法和技术，可以看出作者是如何组织和完成这些万亿次并行数值模拟应用的.     

武装直升机机体红外辐射数值模拟方法研究

针对武装直升机机体红外辐射的数值计算问题,本文首先在分析蒙皮受热情况的基础上,提出了一种利用区域分解求解机体表面温度分布的方法.该方法将机体分为3个温度区域:一般蒙皮区域,其温度变化通过热网络法求解;发动机热影响蒙皮区域,其温度变化由热源法求解;喷焰加热蒙皮区域,其温度变化由直升机旋翼洗流干扰下的热喷流模拟求解.在此基础上,研究了机体红外辐射的数值模拟方法,包括蒙皮自身辐射的计算和蒙皮反射辐射的计算.最后,应用本文方法,对某型武装直升机的机体红外辐射强度进行了数值模拟,计算结果符合实际分布规律,计算误差在工程精度要求内.该方法已应用于武装直升机红外辐射数值模拟软件中,应用表明该方法稳定、可靠,适于工程分析.     

装配式辐射供冷顶板性能的数值模拟

为提高装配式辐射供冷顶板的性能,建立了一种采用空气层进行热量交换的装配式辐射供冷顶板的数学模型,应用CFD(computational fluid dynamics)技术,数值模拟了耦合冷冻水管辐射顶板空气层的流场和温度场,分析了不同空气层厚度和不同供水温度对辐射顶板热特性的影响.数值模拟结果表明:空气层内由于温度差引起自然对流,辐射板内通过辐射,对流和导热的传热方式,使辐射板表面温度分布更均匀.在保证辐射板表面最低温度高于室内露点温度的条件下,随着空气层厚度和供水温度的增加,辐射板的表面平均温度升高,供冷能力下降.空气层厚度和供水温度的增加或减小会降低辐射板表面温度分布的均匀性.     

与日冕物质抛射相关的太阳高能粒子事件初始时间的数值模拟研究

通过两种不同方法对太阳高能粒子(Solar Energetic Particles,SEP)通量初始时刻进行研究,一种是数值模拟方法,即数值模拟中取第一颗粒子出现的时刻来确定,另一种是观测背景方法,即通过太阳高能粒子通量随时间变化的背景值与上升值的拐点时刻来确定.Kahler(2013)定义的SEP时间尺度TO(the onset time from CME launch to SEP onset,从CME爆发时刻到SEP初始时刻的时间段)、TR(the rise time from onset to half the peak intensity(0.5Ip),从SEP初始时刻的上升时间直到半峰值时刻)、TD(the duration of the SEP intensity above 0.5Ip,SEP强度高于半峰值的持续时间)都与SEP通量初始时刻相关.将CME驱动激波作为源,利用粒子输运方程,对SEP传播进行数值模拟.然后对描述SEP时间尺度的TR、TO的数值模拟值与观测进行对比,发现两者吻合很好,即TR随CME速度和宽度增加而增加.由于TO影响的因素较为复杂,并没有很好的规律性.另外,当源位置经度距离观测者较远的时候,影响时间尺度TR,TO的因素较多.因此,用不同方法确定的SEP通量初始时刻对TR,TO的影响不大;当源位置经度距离观测者较近的时候,观测背景方法下的数值模拟与观测更加符合.     

手机近场辐射及屏蔽的数值模拟

用时域有限差分法(FDTD)的一种外推法研究了单极天线手机近场辐射及屏蔽.通过设置两种不同的屏蔽体,比较加入屏蔽体前后人头模型内的电场和比吸收率(SAR)分布变化,可以看出加入屏蔽体后辐射在人体头部的SAR分布明显减少.通过比较和分析可以得出:在相同的精度下,运用外推法比普通FDTD方法节省了一半以上计算时间和计算机内存资源.     

垂直防渗墙横剖面电阻率数值与物理模拟研究

就防渗墙这一特定结构和所处地球物理环境,进行了电场有限元数值模拟和物理模拟;基于模拟结果,论证了横剖面电阻率法在防渗墙质量检测中应用的可行性、应用特点和应用条件．结果表明：垂直于防渗墙走向的平行测深剖面构成了防渗墙墙体的似电阻率测深数据,该数据能够反映截渗墙的漏点分布情况;与周围土介质有较大电阻率差异的高阻截渗墙可以用电阻率横剖面法进行普查,若有必要,可用弹性波CT等勘探技术进行详查工作．     

冲击波作用下反射面天线辐射特性数值模拟研究

为研究雷达天线在冲击波作用下的结构变形对天线辐射特性的影响规律,采用LS-DYNA软件计算冲击波作用下天线的结构变形,将获得的变形天线模型导入到FEKO软件中,计算了不同变形下天线的远区辐射场. 根据冲击波与天线的交会方式,分别研究了冲击波正面、反面、倾斜作用下天线辐射方向图的变化. 结果表明,相同距离上冲击波正面作用对辐射方向图的影响比反面和倾斜作用下大.     

磁流体密封的磁场数值分析

分析了磁性液体密封理论,并应用ANSYS有限元分析软件对一个三槽四齿密封结构进行磁场有限元分析,并对计算结果进行的分析和讨论.结果表明,绝大部分磁力线都在密封装置内部形成磁回路;转轴侧极齿两侧磁场强度差决定密封装置的密封能力;密封间隙不宜超过0.3 mm.     

普通稠油降粘剂驱物理模拟和数值模拟

为实现普通稠油热采转化学驱,通过物理模拟实验和数值模拟方法研究了降粘剂驱提高稠油采收率的驱替机理。首先通过实验评价了降粘剂的性能参数,然后通过岩心驱替实验开展了降粘剂驱注入特征和驱油效果研究,通过微观可视化实验研究了降粘剂驱提高采收率的机理,最后对物理模拟实验结果进行了数值模拟和历史拟合。研究结果表明,稠油降粘剂驱过程中能够形成稳定的水包油乳状液,稠油驱替过程可划分三个阶段：启动压力突破阶段,压力快速下降阶段,压力低位运行阶段;降粘剂驱可以降低稠油启动压力梯度,减小驱替压力,实施降粘剂驱后采收率提高了12.4%,总采收率达到46.6%;降粘剂提高采收率的主要机理是降低原油粘度,减少残余油饱和度;采用非线性混合规则拟合实验结果,表征了原油粘度随降粘剂浓度的变化规律,可以应用于数值模拟计算,模拟结果和实验值拟合得较好;先导试验表明该技术能够降低水井注入压力,降水增油效果显著,试验区内油井全面见效。     

模块带腔地板辐射供暖系统数值模拟

为建立验证并完善模块带腔地板辐射供暖系统的CFD数值计算模型,运用数值计算模型对影响模块带腔地板辐射供暖系统的参数进行分析.建立模块带腔地板辐射供暖系统的计算模型,利用CFD软件进行模拟计算,分析供回水温度变化时地板表面平均温度,并与实验测得的数据进行对比,验证模型的正确性.利用验证后的模型,分析盘管间距对地板表面温度的影响.结果表明:所建立的CFD数值计算模型与计算方法是可行的;在供回水平均温度相同情况下,地板平均温度模拟结果与测试结果均存在1℃左右偏差,但相对偏差可以控制在5%以内.结论:盘管间距越大,模块带腔地板辐射供暖系统地板表面温度相对越低,间距对本系统的影响不可忽视.     

向井外地层中扫描辐射声场的数值模拟

应用实轴积分方法研究了实现由充液井孔中的相控线阵声波辐射器向井外地层中扫描辐射声场的方法. 研究表明, 通过改变井孔中的相控线阵声波辐射器的阵元个数、相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和入射于井壁的入射角. 当辐射器产生的声束以小于第一临界角的偏转角入射到井壁上后, 在井外地层中产生的纵波的偏转角近似满足平面波入射于平面界面时的折射定律. 当井孔中的相控线阵的辐射声束角宽较小, 且声束偏转角小于第一临界角时, 可以假设将相控线阵置于无井孔的均匀固体中, 利用固体中相控线阵的指向性函数直接计算井外声场的空间分布. 向井外地层中扫描辐射声场技术可以用于提高反射声波测井和井间声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

模拟地下磁流体探测原理及其应用研究

常规的物探方法探测地下水体存在多解性问题的根本原因是常规物探方法不能捕捉到地下水体补给、径流、排泄过程中与周围地质体随时发生物质交换并被地磁磁化后形成磁流体的动态信息.本研究假定地下水体是在磁场中均一流动的,在此基础上推导了水体的电阻率是与其速度成负相关的公式.并以此为基础,在室内实验模拟不同溶液以不同速度通过磁场后测电阻率的变化情况.其结果与公式推导一致.地下磁流体对地下水的探测原理就建在此基础上.它打破了物探领域的只有三维信息的捕捉,增加时间维度的地下水体的动态信息捕捉,从而一定程度解决了地下水体探测的多解性问题.     

南黄海辐射沙脊群波浪场数值模拟

为了探明南黄海辐射沙脊群波浪场特征,以指导这一海域的港口建设,采用波浪折射绕射数学模型模拟了该海域的波浪场.不同工况波浪场的模拟结果表明,该海域波浪传播具有如下特征:(a)等波高线环绕辐射沙脊群顶点港呈弧形分布;(b)波浪多次破碎;(c)不同方向入射波所形成的辐聚带,位置不尽相同;(d)入射波周期对波浪场影响显著.