用边界元法模拟三维地形对MT场的影响

二维地形对大地电磁场(MT)的影响的模拟,已经解决。三维地形影响的模拟,至今未见文献报道。在三维问题中,H_x和E_x波的解法相同,本文只讨论H_x波的边界无法解。 1 边值问题 在均匀介质中,定态波(时间因子e~(-iwt))磁场H应满足矢量的Helmholtz方程     

泥石流动力学模型与数值模拟

泥石流是介于崩塌、滑坡等块体运动和山洪水流之间的一种物理过程,既具有土体的结构性,又具有水体的流动性。从物质组成上看,泥石流是一种由水、岩土体和气体组成的多相介质,具有多种内部结构。其中的固相组分颗粒形状极其不规则,尺度跨越范围较大。浆体与固相颗粒以及颗粒间的相互作用非常复杂。因此,完全考虑各种因素建立全描述的泥石流动力学模型比较困难。从描述组成物质和运动的观点来看,目前泥石流的动力学模型可划分为连续介质、离散介质和混合介质模型。基于不同动力学模型的泥石流运动数值模拟,可广泛应用于流量过程反演、危险范围预测、风险评估、防治工程评估等方面;但泥石流本身启动和产汇流机理涉及多门学科,是需要进一步研究的重要课题。同时,泥石流形成过程和运动过程的数值模拟存在着时空尺度上的差异,如何实现两者的耦合求解仍需深入探讨。     

分子动力学模拟程序库GROMOS与半经验量化方法AM1的结合

分子动力学模拟已成为研究生物大分子力学、功能的重要手段之一。但经典的分子力学势不适用于研究化学反应,而一般的量化方法也无法处理含有上千个原子的生物大分于体系中或溶液中的化学反应.最近,Karplus 等人提出把半经验量子化学方法AM1 与分子力学势结合,并己将该方法     

构造应力演化的定量模拟方法

构造应力演化研究是盆地模拟的重要环节，各期次构造应力分布情况决定了油气运移的方向．本文提出的构造应力演化的系统模拟方法，首次将运动学研究和构造动力学模拟有机相结合，由运动学研究提供初始模型和边界条件．排除了边界条件的任意性。耦合自重应力场和构造应力场的综合影响，以苏北溱潼凹陷为例，模拟了该区构造应力演化的发展过程，对油气勘探有重要指导意义。     

无碰撞磁场重联中电子动力学的粒子模拟

采用二维全粒子模拟方法研究了存在初始引导场情况下的无碰撞磁场重联中电子的动力学特征, 在计算中采用的质子电子质量比为m_i/m_e=256. 结果表明, 初始强引导场的存在将会改变电子的流向, 在沿着分离线的电子入流区出现了电子密度空洞和平行于磁场的电场, 入流和密度空洞只出现在二、四象限内. 另外与采用较小的质子电子质量比的计算结果不同的是, 在X线附近的扩散区出现了新的结构特点: (1) 在此处同时出现了狭窄的电子密度增大区和空洞区; (2) 与X线附近电子密度的变化相对应, 在扩散区沿着一、三象限的方向出现了较强的平行电场, 而这部分电场对电子的加速和加热可能会比空洞区的电场作用更大一些.     

计算模拟研究挥发性有机胺的大气转化机制与动力学

对流层大气包含大量的挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs),种类可高达10万种.研究表明, VOCs的大气转化对于O₃和二次有机气溶胶的形成起着重要作用.因此,获取VOCs的大气转化机制与动力学是量化VOCs区域或全球大气质量影响所需的重要信息.有机胺是一类重要的VOCs,其来源包括天然源和人为源.特别是,随着基于胺溶液的燃烧后CO₂捕捉技术的大规模应用,将会排放大量的挥发性有机胺,进而增加大气中有机胺的种类和浓度.近年来,越来越多的科学家开始关注基于胺溶液的CO₂捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学.本文在早期关于有机胺的大气转化综述的基础上,重点介绍2012年以来,国内外学者采用计算模拟方法研究CO₂捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学的最新进展,展望有机胺大气转化的未来研究方向.     

基于时驱硬球算法与格子玻尔兹曼方法的颗粒流体系统直接数值模拟

实现了一种直接数值模拟颗粒流体系统的耦合算法, 颗粒间相互作用由时驱硬球算法描述, 而流体的控制方程采用格子玻尔兹曼方法求解, 流固耦合用浸入运动边界法实现.该方法使用欧拉网格求解流场, 拉格朗日网格跟踪颗粒, 避免了非结构化贴体网格方法需要重新划分网格的问题. 通过模拟两个圆形颗粒在黏性流体中的沉降过程, 成功地复现了经典的Drafting-Kissing-Tumbling(DKT)过程, 验证了耦合算法的有效性.     

介观动力学模拟和结合等温线研究十二烷基氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵与黄原胶相互作用

将介观动力学模拟方法应用在表面活性剂/黄原胶(XC)体系中, 对阳离子表面活性剂十二烷基氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵(C₁₂NBr)与XC相互作用的微观动力学及形成的聚集体构型进行了理论模拟研究, 并与具有相同亲水基团不同疏水结构的壬基苯氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵(C₉phNBr)与XC之间的相互作用进行了比较. 结果表明, 两种表面活性剂和XC形成的聚集体构型均为具有螺旋特征的长棒状结构; C₉phNBr在XC上的缔合比C₁₂NBr更难, 需要更长的扩散时间. 此外, 还对两种表面活性剂在XC上缔合的动力学演变过程进行了详细的探讨, 并通过结合等温线的实验结果对模拟结果进行了验证.     

生物油燃烧与污染物排放特性的数值模拟

应用CFD(computational fluid dynamics)软件FLUENT对实验室自砌小型窑炉装置内生物油的燃烧进行三维数值模拟.获得了炉膛流场、温度场、组分分布、火焰形状及污染物排放的详细信息,揭示了炉膛内部流动、燃烧及传热传质过程的特点.对不同过量空气系数下生物油的燃烧进行数值模拟,结果表明,随着过量空气系数的增加,炉膛内最高温度减小,燃烧区域增大,尾气中CO的浓度减小,但NO的浓度增加.模拟结果与试验数据吻合良好,验证了模型的可靠性,为燃烧工况的优化设计和污染物的控制提供了一定的依据.     

多矿物岩石经验流变规律: 与边界理论无关的能量极小方法

在边界理论的能量极小方法的基础上, 分析了组成矿物的分布对岩石流变性质的影响, 改进约束条件, 提出与边界理论无关的能量极小方法. 将该方法应用于4种多矿物岩石进行计算. 结果表明, 此方法的物理解释合理, 与实验结果也非常吻合.     

水磷耦合胁迫下植物磷吸收的理想根构型: 模拟与应用

在水磷耦合胁迫条件下,植物根构型可能与植物的磷吸收效率密切相关,阐明植物根构型与磷吸收效率的关系,可为提高和改良作物的磷吸收效率提供依据,通过计算机模拟结合控制条件的生物试验,定量描述植物根构型对磷吸收效率的影响,从而确定一个在水磷耦合胁迫情况下磷高效吸收的理想根构型,结果表明,在特定土壤水分条件下,以菜豆为代表的直根系植物磷高效吸收理想根构型为基根变浅,主振加深,形成浅层基根吸磷,深扎主根吸水的“伞状”构型;而以旱种水稻为代表的须根系植物的理想构型为不定根及次生侧根适当分散,均匀分布,形成多数根瘤在表层吸磷,少数根扎到深处吸水 的“须状”构型。     

中国北方土地利用/覆盖变化的情景模拟与预测

以北方13省(市)为研究区, 借助系统动力学(SD: System Dynamics)、人工神经网络(ANN: Artificial Neural Network)和元胞自动机(CA: Cellular Automata)模型建立了 “自上而下“和“自下而上”相结合, 数量变化与空间分布相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化时空演变规律的动态模拟模型, 并对研究区多种土地利用/覆盖类型变化的时空特征进行模拟. 模型充分发挥了各子模型的特点和优势, 综合了土地利用/覆盖变化的宏观驱动因素与微观格局演化特征, 较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子, 并引入CA模型中, 利用BP神经网络简化了CA模型模拟过程中参量权重确定问题, 提高了参量权值确定的精度和模拟结果的可靠性, 模拟精度约74%, 在一定程度上反映了大区域土地利用/覆盖变化的空间格局演变特征, 对脆弱生态区土地利用/覆盖变化的复杂性和生态环境响应研究具有一定参考价值. 模拟结果表明, 未来30 a中城建用地、林地、水体将明显增加, 耕地和未利用地将不断减少, 草地的数量则在波动变化中相对保持稳定; 空间上, 农牧交错带和东-南部地区变化最为显著.     

耗散粒子动力学方法在生物学领域的应用与研究进展:从蛋白质结构到细胞力学

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)是近年发展起来的一种介观尺度的数值模拟方法,是研究软物质和复杂流体动力学行为的一种重要手段.这种新型介观模拟方法采用粗粒化粒子模型描述具有关联性的原子团或物质团,并通过简单的软排斥作用力描述粗粒化粒子间的相互作用,从而实现更大时间和空间尺度的复杂系统模拟计算,如油/水/表面活性剂体系、聚合物和胶体溶液的化学形态、微观形貌、相分离以及复杂流体流变特性的模拟等.本文首先介绍了DPD方法的理论框架,继而详细综述了DPD方法在生物系统中的应用.具体地,在分子尺度,我们重点介绍了该方法在蛋白质结构及其相互作用、两亲性脂质分子膜的结构与动力学、脂质膜与蛋白分子相互作用、纳米颗粒与脂质膜相互作用等方面的研究现状和研究热点.在细胞尺度,我们归纳了DPD方法在模拟血液微循环系统中血细胞的流动和血液流变学行为等方面的应用进展,包括红细胞的变形及流动,白细胞边聚及黏附行为,血小板边聚、黏附及聚集行为,健康与疾病状态下血液流变学特征,循环肿瘤细胞迁移、黏附及分选富集等.此外,我们总结了用于模拟血细胞变形及血液流动的其他数值模...