郝渊源[1]（2021）在《基于Boltzmann法的微结构表面液滴浸润性研究》文中进行了进一步梳理近年来,微结构表面润湿性受到了广泛关注。通过构筑表面微观结构可增强表面润湿性,形成超疏水、超亲水表面,因此,在生活、医药、微生物研究以及微机电系统等领域都有着广泛应用。但微结构表面的流固相互作用十分复杂,对表面制备的精度及其微结构间的浸润观测手段要求十分严苛,实验条件往往难以准确观测其表面的浸润效应,因此,借助数值计算方法对流体浸润行为的研究有着重要的理论指导意义。格子Boltzmann方法是通过离散化的流体分布函数来进行介观下流体的流动、碰撞过程的流体数值模拟方法,兼具宏观流体力学和微观分子学两者的优点的同时,有着边界条件易于实施、并行性优良和编程简易的特点,已经被广泛的应用与流体运动和处理工程问题中。本文借助格子Boltzmann伪势模型研究了液滴在微结构表面的浸润过程。研究主要内容为:1.采用格子Boltzmann伪势模型构建了单组分多相流LBGK模型液滴模型,在势函数中引入热力学P-R状态方程以扩大两相流体密度比以满足实际要求,修正流-流相互作用力,将Zeng和S-C相互作用力相结合的形式拟合热力学曲线,对不同流-固作用力对高密度比流体的影响进行了分析,采用新的流-固作用力防止初始振荡速度过大。2.进行模型的验证,通过不同β值的流-流相互作用力与热力学状态方程Maxwell构造下的理论解对比,确定当β=1.238时对应的模拟曲线在气相部分与理论解误差仅为2%左右,与理论值更为一致,模型满足质量守恒,经过足够时间的松弛过程后,模型的表面张力与常温（23°）下的表面张力一致,虚假速度也得到了很好的控制。计算的液滴在光滑壁面上的接触角,与实验对比一致。3.重新构造底部的边界形状,控制固体表面的本征接触角,模拟聚二甲基硅氧烷（PDMS）、钝化和非钝化硅表面在不同微结构的间距下液滴运动与接触角变化;将实验在相应表面测量的不同微结构下的液滴接触角与模拟结果进行对比,模拟与实验接触角相差小于5°,模拟结果与实验测量相符,并分析了微结构的结构参数对液滴表面浸润性的影响及微结构内液体浸润过程。
唐庆峰[2]（2021）在《基于格子玻尔兹曼和尺度提升的多孔介质渗流数值模拟》文中研究表明多孔介质内渗流是环境、能源等多学科领域广泛涉及的一类复杂流动过程,并且具有典型的多尺度特性。孔隙尺度数值模拟研究可以获得多孔介质内部流体流动的详细信息,但孔隙模拟待求未知量“自由度”巨大,计算异常耗时,难以应用到实际工程中。尺度提升过程通过分析孔隙流动规律,获得宏观的等效参数,进而实现相对快速的计算。基于此,本文针对多孔介质渗流的物理问题,分别开展基于格子玻尔兹曼的孔隙尺度模拟和基于参数传递的尺度提升研究,实现了“孔隙-达西-低阶”尺度相结合的多孔介质渗流的尺度提升过程,具体内容如下:首先,本文基于格子玻尔兹曼方法依次研究了孔隙、裂缝、裂隙多孔介质内部的流动规律。研究表明多孔介质孔隙率及其固体骨架的结构对其内部流动具有重要的影响,且裂缝内流体渗透性明显大于孔隙渗透性能。在本文测试算例中裂隙介质流量较原孔隙介质最高可提高2个数量级;对于不同类型的多孔介质,在研究的压差范围内,其内部的流动满足达西定律所描述的规律。其次,通过孔隙模拟获得了典型多孔介质结构的等效渗透率,实现“孔隙-达西”尺度提升过程。测试算例的计算结果反映了孔隙流动的宏观规律,是孔隙流动的粗化表达;对比研究了随机取样和划分子区域取样求解渗透率的方案,其中子区域取样方案可以降低随机因素的影响,使得尺度提升较孔隙模拟的偏差降低到10%以下。上述研究基础上,通过POD低阶模型,并以POD基函数为媒介,实现了“孔隙-达西-低阶空间”的尺度提升。本文算例表明,其计算结果与孔隙尺度模拟的平均流量最大相对偏差为9.23%,但尺度提升具有明显的加速效果,加速比达到195倍,在实际应用中具有良好前景。
吕孟[3]（2021）在《稀土基关联材料中的奇异量子物态探索》文中研究指明由于电子间库仑相互作用的存在,关联材料含有十分丰富的多体物理效应和量子物态,如高温超导、莫特绝缘体、重费米子和非费米液体等,是凝聚态物理学重要的研究对象。此外,一些关联电子材料还表现出拓扑物态。多体效应和拓扑物态的结合演生出了一些有趣的量子材料体系,比如近藤拓扑绝缘体等。稀土基金属间化合物由于其4f电子与传导电子之间的杂化作用而表现出强关联效应,展现出上述诸多奇异物性,是一类传统的关联量子材料。以探索新型稀土基关联量子材料为目标,着眼于晶格维度、载流子浓度以及能带拓扑性对关联量子物态的影响,本论文主要针对以下三类材料体系进行了探索和研究:（一）准一维近藤格子化合物CeAu2In4;（二）重费米子半金属CeCuAs2;以及（三）潜在的铁磁拓扑半金属PrAlSi。所取得的主要研究结果如下:一、通过前期调研,我们发现CeAu2In4是一个新的准一维近藤格子化合物的备选材料。我们用In作助熔剂合成了该化合物的针状单晶样品。通过结构、磁性、电输运以及比热的极低温测量,发现该材料在0.9 K发生反铁磁相变,电子比热系数γ高达369 mJ mol-1 K-2,且比热相变峰明显偏离平均场理论预测的λ形状。CeAu2In4的近藤温度为1.1 K,和磁有序温度相当。虽然该材料在磁有序相内表现出费米液体行为,但是它的Kadowaki-Woods 比值仅为常规重费米子材料的十分之一左右。类似现象在典型的准一维材料YbNi4P2和CeRh6Ge4中也被观察到。综合考虑以上物性,以及沿着针状方向的最近邻Ce-Ce原子间距,我们推测CeAu2In4是一个具有强量子涨落效应的新型准一维近藤格子化合物,适合于深入开展量子临界行为研究。二、探索具有低载流子浓度的近藤化合物对研究近藤半金属行为,以及理解欠近藤屏蔽效应下的异常物性都具有重要意义。以往对于CeCuAs2多晶数据的报道显示该材料可能是一个低载流子浓度近藤体系。我们用Bi作助熔剂法以及固态反应法合成了 CeCuAs2的单晶样品。详细的电阻率、霍尔效应、磁化率和比热测量表明用Bi助熔剂法合成的CeCuAs2是一个重费米子半金属,在7.9 K发生反铁磁相变。而用固态反应法合成的样品具有类似半导体的行为,在低温磁化率和比热曲线上表现出奇异的短程磁关联特征。单晶X射线衍射结构解析表明金属行为的样品具有符合化学计量比的HfCuSi2结构,而类似半导体行为的样品则是Cu稍微过量,填充在HfCuSi2结构的“2c”对称位置上。以上结果表明CeCuAs2是一个敏感的低载流子浓度近藤体系,适合于研究载流子浓度对近藤效应的影响。我们正在摸索如何精确调控Cu含量并生长高质量的CeCuAs2单晶,期待实现从近藤半金属到半导体的连续精确调控。三、理论研究显示PrAlSi是一个潜在的铁磁外尔半金属,是研究f电子磁性和拓扑能带相关性的理想体系。我们用Al作助熔剂合成了 PrAlSi单晶样品并全面研究了它的结构、磁性、电输运以及热力学性质。测量结果显示PrAlSi在T=17.8 K发生铁磁相变,但在更低的温度下连续发生两次微弱的再入型相变,表现出自旋玻璃行为。该材料中的自旋玻璃行为可以被0.4 T左右的小磁场抑制,在更高磁场下,表现出巨大的反常霍尔电导率（2000Ω-1cm-1）以及随温度强烈变化的SdH量子振荡,振荡频率从25K时的18T上升至2 K时的33 T。有趣的是,在同样的温区和磁场范围内,非磁性参考化合物LaAlSi并没有观察到量子振荡。以上结果说明PrAlSi中产生量子振荡的小费米口袋与其磁有序状态密切相关。此外,由于PrAlSi在低温下具有复杂的磁性相以及和磁有序温度相当的晶体场劈裂,该化合物在居里温度附近表现出被晶体场效应增强的巨大磁热效应,磁场沿c轴时的最大磁熵变-ΔSM达到22.6J/kg K（5T）,具有一定的应用研究意义。
冯泽宇[4]（2021）在《微细矿物滤饼微观孔隙结构特征及渗流机理研究》文中提出在全球绿色低碳可持续的发展大势和我国碳达峰、碳中和政策的号召下,煤炭行业必须加快解决煤炭低碳化利用和碳去除技术问题,而固液分离技术又是实现煤炭清洁低碳化利用的前提和保障。目前面向矿物脱水已有技术、方法及设备运用于生产,然而,针对滤饼结构及渗流机理的研究却依旧欠缺,严重制约了固液分离理论和工艺的进一步完善和发展。针对上述问题,论文以真空过滤试验、滤饼结构表征、渗流数值模拟、渗透率模型推导为主线,从滤饼孔隙结构特性、流体运移规律、滤饼孔-渗关系模型等方面开展了系统研究,以期深入理解滤饼三维结构特征和滤液在滤饼孔隙内部的流动规律,以此为基础,建立一种适用于描述煤泥滤饼孔-渗关系的数学模型,为完善固液分离理论与和优化脱水操作等提供一定的理论支持,得到以下研究成果:论文以真空过滤试验为基础,首先考察了高岭石、蒙脱石、石英、精煤、煤泥五种不同矿物的过滤性能差异,研究表明蒙脱石和高岭石的过滤速度最慢,滤饼比阻和水分最高,煤泥的过滤速度较慢,滤饼比阻和水分较高,而精煤和石英的过滤速度最快,滤饼比阻和水分最低。以不同物理性质的石英颗粒为研究对象,重点研究了颗粒形状、粒度、粒度级配制度对固液分离效果的影响,结果表明球形颗粒的过滤效果明显优于不规则形状颗粒。随着颗粒粒度的增大,特别是入料平均粒度达到50μm之后,过滤效果得到了显着改善。在细粒级物料中加入一定量的粗粒级物料可以改善过滤效果,当粗粒与细粒的粒度之比达到5倍之后,过滤效果会有明显改善;三粒级级配时,当细粒级占比减小至60%时,过滤效果才会明显提高;使用四粒级级配时,当细粒级含量达到80%时,过滤效果已经有明显的改善。借助计算机断层扫描（CT）技术实现了滤饼结构的三维可视化及精细定量表征分析,进一步探明了五种不同矿物的滤饼孔隙结构特征,结果表明:煤泥滤饼中矿物成分非常复杂,各个矿物所形成的滤饼具有明显的特征差异,精煤滤饼当中的孔径分布以大孔为主,但是内部存在一定量的孤立小孔,孔隙均匀性和连通性一般,但是迂曲度最小;石英滤饼孔隙率最大,连通性最佳,孔隙均质性好,但是孔径较小,迂曲度较大;煤泥滤饼孔隙发育不均匀,以狭窄条状分布为主,孔径较小,总体孔隙率较低,连通性较差,迂曲度最高;而蒙脱石和高岭石类粘土矿物所形成的滤饼,孔隙数量较少,而且多以10μm以下的细孔所组成,迂曲度较大,含有大量的盲孔和末端孔隙,连通性极差。颗粒物性参数对滤饼孔隙结构的影响机制如下:不规则颗粒过滤形成的滤饼孔隙率明显大于球形颗粒的滤饼。入料颗粒粒度越大,形成的滤饼孔隙率越高,孔径越大。当入料颗粒的尺寸分布相近时,颗粒形状几乎不会影响滤饼的孔径分布。不规则形状颗粒所形成的滤饼的连通孔隙率较低,迂曲度较高。随着颗粒粒度的增加,滤饼孔隙的连通性逐渐变高,迂曲度也显着降低。此外,颗粒的粒度和形状也会影响滤饼孔隙配位数和孔吼比,粗粒度球形颗粒形成的滤饼,其孔隙配位数均值最高,且高配位数孔隙数目相对较多,孔喉比也最小,孔隙空间发育最均匀,而细粒度不规则颗粒的滤饼孔隙配位数均值最低,含有大量的盲孔和末端孔隙,同时孔喉比最大,孔隙空间具有较强的非均质性。基于格子Boltzmann方法在二维人工孔道和三维真实滤饼孔道内中开展了单相微流动数值计算,考察了矿物种类及颗粒物性参数对渗流规律的影响,结果表明,格子Boltzmann方法在复杂通道内的单相微流动计算方面具备可行性和优越性,能够准确反应微观尺度下单相流体流动规律及流道内速度分布特征。当形成多孔介质的球形颗粒粒径固定时,渗透率随着孔隙率增加而增大;当形成多孔介质的孔隙率固定时,多孔介质渗透率随着颗粒粒径的增大呈现出指数上升的趋势;当形成多孔介质的粒径和孔隙率都固定,不规则形状颗粒的渗透率明显低于球形颗粒构成的多孔介质;不同颗粒级配的渗透率结果表明,改变多孔介质的粒度组成可以显着提高其渗透率,粒度组成越复杂时,细粒级对整个体系的流动速度和渗透率影响越大。五种不同矿物过滤形成的滤饼的渗流速度差异很大,精煤滤饼和石英滤饼孔隙发育较为均匀,连通性较好,滤饼当中存在一定量的渗流主通道,主通道里的渗流速度较大,渗透率最高。煤泥滤饼孔隙均质性较差,以狭窄长孔道为主,而且迂曲度较大,渗流主通道变小,渗流速度也明显低于精煤滤饼和石英滤饼。而蒙脱石和高岭石滤饼孔隙发育极不均匀,连通性差,几乎不存在连通的孔隙通道,因而渗透率极低。经典K-C方程和双重渗透率分形模型这两种目前主流的渗透率预测模型对滤饼渗透率的预测误差都较大,误差来源于未考虑滤饼孔隙截面形状以及束缚水饱和度对渗透率的影响。通过引入孔隙截面形状分形维数对现有双重分形渗透率模型进行修正后,推导的三重分形渗透率模型对石英和精煤滤饼渗透率的预测误差控制在2.55%和2.05%,然而对于蒙脱石、高岭石及煤泥滤饼的渗透率预测结果却明显偏大。通过低场核磁共振技术对不同矿物滤饼的束缚水饱和度进行了检测,对现有三重分形渗透率模型再次修正,建立了滤饼微观渗透率预测模型,结果表明该模型不仅能够很好地胜任纯矿物滤饼渗透率的预测,而且对于复杂组分的煤泥滤饼,其渗透率预测误差也可以控制在5%之内,对于精煤滤饼的适用性最好,预测误差仅为0.96%,而且蒙脱石渗透率的计算误差也从40.27%降低至13.42%。
胡涛[5]（2021）在《基于格子Boltzmann方法的大型光伏系统多物理场建模与高性能计算》文中提出太阳能作为可再生清洁能源,在能源供应体系中占据重要的地位。在光伏组件发电过程中,除了太阳辐射强度之外,环境温度、风速和湿度等因素也会影响光伏组件的发电效率。传统光伏电站设计和发电量预估软件,采用的气象卫星数据的空间分辨率通常是公里级,而光伏组件组成的光伏阵列区域的空间分辨率是米级,通过公里级的气象数据设计光伏电站和预估光伏系统发电量存在较大偏差。借助具有内在并行性的格子Boltzmann方法（lattice Boltzmann method,LBM）实现温度、风速和湿度耦合多物理场建模及其三维多GPU（graphic processing unit）并行计算,获得大规模光伏阵列区域环境温度、风速和湿度的米级数据,将能大幅提高光伏软件的精度。论文主要研究内容和结论如下:（1）实现了三维速度场LBM多GPU并行算法,通过三维顶盖驱动方腔流算例验证了该算法的有效性和准确性。利用该算法对不同雷诺数和不同截面比例下的方管流进行模拟,成功捕捉到管流截面的二次流特征,验证了该算法具有良好的并行性能和复杂流场特征识别能力。（2）通过LBM双分布函数构建了温度、速度和湿度耦合多物理场LBM模型,实现了耦合多物理LBM模型的三维多GPU并行算法。利用封闭方腔自然对流、两平板间流动传质和空腔自然对流气体扩散三个算例,验证了该耦合多物理场多GPU并行算法的有效性和准确性。（3）利用耦合多物理场LBM多GPU并行算法对单块光伏组件区域在不同进口风速、瑞利数Ra和施密特数Sc下的多物理场分布进行了模拟。选取不同空间位置的三个点,定量探究了进口风速、Ra和Sc对光伏组件区域内多物理场分布的影响。采用Smagorinsky涡粘模型对多物理场耦合模型的流体粘度进行修正,使用规模高达6.3亿网格实现了对243.2 m×102.4 m×25.6 m光伏系统多物理场分布的数值模拟,数值结果表明该耦合多物理场多GPU并行算法具有良好的工程应用前景。
李勃然[6]（2021）在《基于格子Boltzmann方法的管道内声传播直接模拟》文中研究说明管道内声传播问题一直都是声学研究领域中的一个经典问题,同时也在工程领域具有广泛应用。例如测量材料的吸声系数等声学参量,降低燃气轮机和喷气装置等设备带来的强噪声危害,甚至保障潜艇水下航行的声隐蔽安全性等方面都离不开对该问题的研究。格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）作为一种流体建模及求解的新方法,能在微可压条件下还原到Navier-Stokes方程组,且具有边界易处理,低弥散低耗散的特点,非常适合对声场进行模拟。本文将采用LBM以及基于LBM的流固耦合模型,对刚性壁面管道内声传播问题以及具有流固耦合效应的弹性壁面管道内声传播问题进行直接数值模拟。本文在第一部分主要利用LBM对刚性壁面管道内声传播的相关问题进行了直接模拟。首先验证了LBM中的两个常用边界条件对该问题的适用性。并利用LBM对一个二维刚性壁管道内声传播问题进行了直接模拟,数值结果与理论解基本吻合,验证了LBM对刚性壁管道内声传播进行直接模拟的有效性。随后又复现了管道内驻波、截止频率等管道内声传播问题的经典现象。本文第二部分主要利用一种基于LBM的流固耦合模型对弹性壁面管道内声传播的相关问题进行了直接模拟。首先介绍了采用的流固耦合模型中的重要理论及算法求解流程。随后利用该模型对一个二维近似刚性壁面管道内声传播问题进行了直接模拟,数值结果与理论值基本吻合,验证了耦合模型对求解弹性壁管道内声传播问题的可行性。最后,研究了管壁杨氏模量、入射波波长以及流体介质对弹性壁管道内声传播损失的影响。数值结果表明,弹性壁材料的杨氏模量在某以特定值附近会与入射波产生一定的“共振”,并且在空气介质下,弹性壁出现“共振”时材料的杨氏模量远小于在水介质中的情形。
师羊羊[7]（2021）在《非平衡流动的高阶格子玻尔兹曼方法》文中提出稀薄或者微尺度条件下的非平衡气体流动广泛存在于人类的工程实践中比如临近空间飞行器、微机电系统和页岩气等。在气体动理论中,Boltzmann方程描述了从连续流域到自由分子流域的单原子气体的流动规律,准确、高效地求解Boltzmann方程在工程上具有重要的指导意义。过去三十年中,格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）因物理直观、简单易行和计算高效等特点得到了广泛的应用,理论表明高阶LBM能够逼近Boltzmann方程的解,然而现有LBM的阶数都不足够,高阶LBM捕捉非平衡效应的能力仍需要系统的讨论。复杂的Boltzmann碰撞项是求解上的最大困难点,策略上经常采用简化的碰撞模型,在保留住核心物理的同时极大降低了计算代价。目前大多数碰撞模型,比如Ellipsoid-Statistical和Shakhov模型只考虑到三阶矩的松弛,能够恢复正确的普朗特数,然而对于描述非平衡流动起着关键作用的更高阶矩的松弛没有考虑到或者合理给出。基于上述背景,本文工作发展了高阶LBM并详细讨论了其描述非平衡流动的能力,提出了一种新的满足Galilean不变性和旋转对称性物理原理的谱空间多松弛模型（Spectral Multiple-Relaxation-Times,SMRT）碰撞模型。研究内容总结如下:发展了高阶（最高39阶）LBM,验证了高阶LBM能够准确且高效地捕捉到稀薄效应。基于离散速度分布函数与矩的等价性,高阶矩对非平衡流动状态的描述是必不可少的,随着非平衡程度的增大,需要更多高阶矩来刻画。在连续流域,LBM中迁移项和碰撞项耦合处理,从而时间步长和网格尺寸不受气体分子的平均碰撞时间和平均自由程的限制,同时迁移-碰撞算法避免了插值运算,使得LBM具有低耗散和高效率等优点。基于Galilean不变性和旋转对称性物理原理,利用相对速度坐标系下的Hermite谱展开和旋转群SO（3）的不可约化表示数学工具,提出了任意阶的、一般的、唯象的SMRT碰撞模型,该模型严格给出了拥有独立松弛时间的最小矩单元,以离散松弛时间谱替代碰撞积分刻画碰撞过程。代入Maxwell分子模型的松弛时间,验证了该模型描述非平衡流动的有效性。因此,离散松弛时间谱可以看作气体的物性参数来刻画非平衡流动过程。可以预期,对于任何一种气体,只要确定了离散松弛时间谱,该SMRT模型就能够准确地预测该气体的非平衡流动行为。以Maxwell分子模型的松弛时间为例,采用自发瑞利布里渊散射和正激波结构算例,验证了SMRT碰撞模型描述非平衡气体流动的正确性。自发瑞利布里渊散射中8阶SMRT模型的准确性可以达到克努森数0.6,正激波结构中5阶SMRT模型可以保证马赫数为5的准确性。此外研究发现,速度分布函数Hermite展开的不收敛是导致LBM模拟可压缩流动出现数值不稳定性的主要原因。总之,本文工作围绕着高阶LBM模拟非平衡流动的能力,重点集中在发展新的SMRT和系统验证高阶LBM模拟非平衡流动的有效性上。结果表明,SMRT能够准确地表征高阶矩的松弛,有效地刻画非平衡流动过程。本文工作为高阶LBM在非平衡流动中的应用做出一定贡献。
姚杰[8]（2021）在《基于LBM的多孔介质内气液两相渗流特性研究》文中进行了进一步梳理多孔介质内的渗流过程广泛存在于石油、天然气开采、CO2地质封存、微机电系统等领域。近年来,多孔介质内两相渗流特性受到越来越多的关注。微纳米级孔隙是流体在多孔介质中渗流的主要通道,不同于常规尺度的流动,气体在微通道中的流动存在微尺度效应,这会导致渗流性质发生改变。本文基于MRT-LB模型,考虑努森层对气体流动的影响,并结合大密度比多组分多相伪势模型,构建了微尺度多组分多相LB模型,并用该模型研究微通道中气体的渗流规律以及多孔介质几何性质、润湿性和微尺度效应对甲烷/水两相渗流的影响。在应用该模型模拟气体在微通道中流动时发现:微尺度效应会使得气体的表观渗透率增加,且随着孔隙平均Kn数的增加,孔隙近壁面处的速度与截面中心的速度差值减小。分析不同平均Kn数下多孔介质内的高渗区域分布发现,随着平均Kn数增加,孔隙中高渗区域面积占孔隙总面积的比例增加,且高渗区优先在小孔隙中增加,这是由于小孔隙相对于大孔隙努森层占比更大所致。在应用该模型研究甲烷/水两相渗流特性时发现:甲烷/水两相流体在多孔介质中的流动受多孔介质颗粒形状、比表面积、均质性、润湿性以及微尺度效应等因素影响。具体来说,在相同孔隙率下,圆形颗粒的多孔介质比方形颗粒流动阻力小,水相和气相的相对渗透率均增大。当多孔介质的孔隙率保持不变时,固体颗粒的比表面积越大流体与固体的接触面积也就更大,这不利于两相渗流,但是另一方面,更大的比表面积有利于润湿相形成连续的渗流区,这有利于水相的渗流,且这种效应在饱和度较小（Sw<0.4）时更加明显,因此水相的相对渗透率呈现先增大后减小的趋势。异质多孔介质相比均质多孔介质孔隙的迂曲度更大,这对两相的渗流均是不利的,故两相的相对渗透率均减小。在多孔介质中,润湿相倾向于占据较小的孔隙空间而非润湿相倾向于占据较大的空间,这种机制使得在壁面润湿性增大时非润湿相的渗透率变大而润湿相的渗透率减小,但是另一方面,在强润湿介质中水相更容易形成连续的渗流区,这有利于水相的渗流,因此水相的相对渗透率呈现先减小后增大的变化趋势。微尺度效应会使得气体存在滑移速度,这种效应使得非润湿相和润湿相的渗透率均增大,但是气体的速度变大不利于润湿相在液相饱和度较小时的连续性,这会抑制润湿相的渗流,这两种机制共同作用使得当增大孔隙的平均Kn数使得流动从连续流区进入滑移区时,非润湿相的相对渗透率增加而润湿相的相对渗透率变化并不明显。
王杰[9]（2021）在《基于边界元的声学、声振问题结构形状与拓扑优化算法研究》文中提出为实现高效的噪声控制,优化设计方法已被引入噪声问题分析中,其中形状优化和拓扑优化是当前主要的研究方向。形状优化的思想是通过改变结构形状来改善其声学性能,而拓扑优化则是通过优化结构材料的拓扑分布关系来实现减振降噪。边界元方法在声学问题分析中具有独特的优势,通过将其与优化工具相结合,可以有效地建立形状优化和拓扑优化模型,从而显着改善结构的声学性能。等几何分析（IGA）成功地消除了 CAD与CAE之间的分离状态,其精确构造几何模型、不需要重复生成网格等优点显着缩短了形状设计更新周期。另一方面,IGA采用的NURBS插值,搭建起了结构形状变化和表面材料分布之间交流的桥梁。本文基于声学等几何边界元进行了形状优化、材料拓扑优化以及联合优化算法研究,同时基于有限元与边界元耦合方法实施结构材料的拓扑优化设计,实现更好的减振降噪效果。本文主要内容包括下面四部分:基于等几何宽频快速多极边界元的二维声学结构形状优化分析。针对二维外声场问题,基于NURBS插值推导了等几何边界元的一般表达式。采用Burton-Miller 法实现频域分析下的稳定求解,基于奇异性相消思想并结合 Cauchy 主值和Hadamard主值准确计算超奇异积分。引入宽频快速多极算法实现宽频域范围内高精度及高效率求解的平衡,进一步通过伴随变量法提升形状灵敏度分析效率。最终建立形状优化算法,通过MMA优化求解器实现有效的二维结构形状优化设计,显着降低目标区域的声学物理量。基于等几何边界元的三维声学结构形状优化分析。针对三维外声场问题,基于NURBS曲面插值推导了等几何边界元的基本公式。引入非连续元思想并结合Bezier extraction操作,提升等几何边界元的分析精度。同时,基于几何参数空间与物理参数空间相互独立的思想建立非连续等几何边界元算法,增强其针对分片插值模型的分析能力。使用伴随变量法并结合等几何边界元获得形状灵敏度,提高多设计参数的灵敏度计算效率。为提高大型复杂问题的计算效率,采用OpenMP并行工具缩短计算时间。最终结合MMA优化工具建立了一套三维声学结构形状优化算法,针对复杂工程问题模型进行了有效的形状优化分析。基于等几何边界元的三维声学结构联合形状与拓扑的优化算法研究。在结构表面贴附吸声材料的基础上,基于阻抗边界条件推导了基本分析公式。使用SIMP材料插值模型开展连续体材料分布的拓扑优化设计,采用伴随变量法提升多设计变量的拓扑灵敏度计算效率。通过NURBS插值构建结构几何形状和结构表面吸声材料拓扑分布之间的联系通道,以NURBS控制点坐标为形状设计参数,以吸声材料的人工密度为拓扑设计变量,基于有效的形状设计与材料分布拓扑改变相结合的方案,建立三维声学结构几何形状与表面吸声材料拓扑分布的联合优化算法,实现比单一类型的结构优化更好的降噪效果。基于有限元-边界元耦合分析的频带拓扑优化算法研究。设置结构由双材料构成设计,依据有限元-边界元耦合方法开展声振耦合分析。通过使用SIMP双材料插值模型和伴随变量法实施高效的拓扑灵敏度分析,进一步结合MMA优化工具建立结构材料拓扑优化算法,以减振降噪为目标实施材料分布优化设计。基于声辐射模态分析和阻抗矩阵插值技术,提升多频点分析的计算效率,最终建立一套基于声振耦合分析的结构材料频带拓扑优化算法,通过频带拓扑优化分析获得更具有工程实际意义的材料分布结果,为工程降噪问题提供有效的设计分析手段。本文基于声学等几何边界元方法建立了形状优化、吸声材料分布拓扑优化、联合优化算法,并基于有限元-边界元耦合分析方法发展了结构材料频带拓扑优化算法,通过优化设计改善结构的声学性能以实现减振降噪,为工程中的噪声控制问题提供理论指导。
王亚辉[10]（2021）在《中子输运与传热流动耦合的格子Boltzmann数值建模》文中指出核反应堆精细中子输运-传热-流动（Neutron Transport-Thermal-Hydraulics,NTH）耦合计算是先进反应堆数值模拟的研究重点之一,涉及中子物理、流体力学以及传热学等多学科交叉。由于中子输运模拟的复杂性以及不同物理过程之间的差异性,堆芯内部耦合NTH过程的精细模拟仍需深入研究。本文基于实现简单,具有强并行性和多场耦合优势的格子Boltzmann（Lattice Boltzmann,LB）方法,发展了中子输运高精度LB模型,建立了中子输运LB模型的自适应、非结构网格以及大规模GPU并行加速方法,并在此基础上构建了NTH模拟的统一LB框架。建立了中子输运高精度LB模型并编制了相应的计算程序。针对中子输运SN方程、SP3方程以及中子扩散方程,建立了高精度LB模型。通过高阶Chapman-Enskog展开建立了高精度中子扩散LB模型,在不明显提高计算复杂度的前提下有效提高计算精度;采用耦合双分布LB模型通过高阶Chapman-Enskog展开建立了中子输运SP3方程高精度LB模型,保持了标准LB模型所有优势并有效提高计算精度;从离散速度Boltzmann方程出发,建立了中子输运SN方程有限差分LB模型,提高了准确性和稳定性。数值结果表明,以上高精度LB模型具有比标准LBM更高的精度和稳定性,同时对多维非均匀堆芯以及时空动力学问题具有较高的精度和良好的适应性。将中子输运LB模型发展到自适应网格和非规则网格条件,建立了中子输运自适应网格和非结构网格LB模型并编制了相应的计算程序。针对先进反应堆内部复杂中子分布,发展了自适应调整网格分布同时网格之间关系明确的迁移流分块自适应网格优化（Streaming-Based Block-Structured Adaptive-Mesh-Refinement,SSAMR）中子输运LB模型。消除了传统自适应网格技术的复杂树状数据结构,并克服了多块网格技术灵活性差的问题。为提高复杂堆芯几何适应性,发展了非结构网格有限体积中子输运LB模型,能灵活模拟复杂几何中子输运问题。模拟结果表明,基于SSAMR的中子输运LB模型能准确模拟多群中子输运问题,同时能灵活而简单地自适应调整网格结构;非结构网格中子输运LB模型能准确而灵活地适用于不同几何堆芯结构。对中子输运LB模型开展了并行加速技术研究,建立了GPU并行加速的中子输运LBM技术并编制了相应的计算程序。针对精细反应堆数值模拟耗时长的特点,发展了GPU集群并行加速的中子输运LB模型。由于中子输运LB计算简单且局部性强,极适合于GPU多线程并行加速计算。针对中子输运SN方程的角度离散特性,发展了空间-角度二级并行的GPU加速中子输运SN方程LB模型。结果表明,GPU并行加速中子输运LB模型能有效提高计算效率,同时空间-角度二级并行加速能进一步提高中子输运SN方程LB模型的计算速度。在以上研究的基础上,针对反应堆堆芯多物理耦合条件,建立了中子输运-传热-流动耦合LB计算框架并编制了多物理耦合LB计算程序。在中子输运LB数值计算方法的基础上,耦合传热、流动计算过程,建立了细致求解反应堆核、热、流耦合过程的统一LB框架lbm NTH。将中子输运SN、SP3以及扩散方程等三种常用中子输运控制方程,导热及对流换热等传热形式,以及Navier-Stokes和LES方程等流动控制方程统一到LB框架下进行求解,并在统一的数据结构及离散格式下考虑其耦合关系。为适用于液态核燃料堆芯,基于有限Boltzmann形式发展了液态燃料缓发中子先驱核守恒LB模型。数值结果表明,lbm NTH框架可以灵活而准确地模拟耦合NTH过程;小尺度条件下中子输运SP3近似比中子扩散近似能更准确地模拟中子输运过程;温度反馈在高温条件下有很强的作用;提高慢化剂流速能有效改善传热并展平温度分布,有利于堆芯安全稳定运行。综上,为实现核反应堆内中子输运过程与传热、流动过程的耦合求解,本文建立了中子输运过程高精度LB数值模拟方法,并在统一LB框架下实现了中子输运、传热、流动过程耦合模拟。本文工作是工程热物理理论在核工程领域的有效应用和拓展,可以为反应堆多物理耦合研究及大规模工程应用提供一种新的思路。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 格子Boltzmann方法的基本原理及应用 |
| 1.4 本文研究工作 |
| 2 液滴润湿性的理论 |
| 2.1 液滴润湿理论模型 |
| 2.1.1 Young’s方程 |
| 2.1.2 Cassie-Baxter模型 |
| 2.1.3 Wenzel模型 |
| 2.1.4 亚稳态润湿模型 |
| 2.1.5 线张力润湿模型 |
| 2.2 微结构尺度影响的润湿转变 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 格子Boltzmann伪势模型 |
| 3.1 LBGK法与平衡态分布函数 |
| 3.2 伪势作用力模型 |
| 3.3 SCMC控制模型 |
| 3.3.1 源项对控制方程作用分析 |
| 3.3.2 相互作用力优化 |
| 3.4 边界条件 |
| 3.5 流动和宏观量 |
| 3.5.1 节点流动 |
| 3.5.2 宏观量的计算 |
| 3.6 参数的初始化 |
| 3.6.1 物理参数的转化 |
| 3.6.2 控制方程的初始化 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 光滑壁面的接触角模拟 |
| 4.1 物理量纲的转化 |
| 4.2 虚假速度和β值分析 |
| 4.3 光滑硅表面的液滴模拟 |
| 4.3.1 光滑硅表面的液滴运动 |
| 4.3.2 硅表面模拟准确性分析 |
| 4.4 PDMS表面的接触角模拟 |
| 4.4.1 光滑PDMS表面的液滴运动 |
| 4.4.2 质量守恒 |
| 4.4.3 速度与压力 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 液滴在微结构表面的浸润模拟 |
| 5.1 微结构尺度 |
| 5.2 微孔结构表面接触角模拟 |
| 5.2.1 微孔表面液滴运动 |
| 5.2.2 微孔表面液滴浸润分析 |
| 5.2.3 液滴静态接触角实验对比分析 |
| 5.3 柱状微结构接触角模拟 |
| 5.3.1 硅微结构尺度 |
| 5.3.2 疏水硅微结构表面模拟(钝化) |
| 5.3.3 亲水硅微结构表面模拟(非钝化) |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 本文结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 孔隙尺度渗流数值模拟研究现状 |
| 1.2.2 “孔隙-达西”尺度提升研究现状 |
| 1.2.3 “达西-低阶空间”尺度提升研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第二章 格子Boltzmann方法 |
| 2.1 格子Boltzmann方法的基本原理 |
| 2.1.1 Boltzmann方程 |
| 2.1.2 格子Boltzmann方程 |
| 2.1.3 LBM方法的基本模型 |
| 2.1.4 Chapman-Enskog展开 |
| 2.2 边界条件的处理 |
| 2.2.1 反弹边界条件 |
| 2.2.2 非平衡外推格式 |
| 2.3 格子Boltzmann方法的特点及程序流程 |
| 2.4 LBM方法数值程序验证 |
| 2.4.1 二维方腔顶盖驱动流 |
| 2.4.2 泊肃叶流 |
| 2.4.3 障碍绕流 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于LBM方法的多孔介质孔隙尺度渗流模拟 |
| 3.1 多孔介质结构特性 |
| 3.2 孔隙介质渗流的LBM数值模拟 |
| 3.2.1 孔隙介质的构造 |
| 3.2.2 孔隙介质的孔隙渗流模拟 |
| 3.2.3 孔隙介质内渗流规律 |
| 3.3 裂缝介质流动的LBM数值模拟 |
| 3.3.1 裂缝介质的结构获取 |
| 3.3.2 裂缝多孔介质内流动分析 |
| 3.4 裂隙介质流动的LBM数值模拟 |
| 3.4.1 裂隙介质构建 |
| 3.4.2 裂隙介质内渗流规律 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于参数传递的多孔介质渗流尺度提升模拟 |
| 4.1 基于等效渗透率传递的“孔隙-达西”的尺度提升 |
| 4.1.1 达西渗流基本理论 |
| 4.1.2 达西尺度渗流的FVM离散求解 |
| 4.1.3 “孔隙-达西”尺度提升 |
| 4.2 基于POD基函数的“达西-低阶空间”的尺度提升 |
| 4.2.1 POD方法基本理论 |
| 4.2.2 多孔介质渗流场的低阶模型 |
| 4.2.3 “达西-低阶空间”的尺度提升 |
| 4.3 基于参数传递的“孔隙-达西-低阶空间”的尺度提升 |
| 4.3.1 尺度提升研究思路 |
| 4.3.2 模型算例验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者及导师简介 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 近藤格子材料的研究背景 |
| 1.1.1 近藤效应与近藤格子 |
| 1.1.2 局域磁矩 |
| 1.1.3 Rudderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)相互作用 |
| 1.1.4 Doniach相图 |
| 1.1.5 Kadowaki-Woods(KW)关系 |
| 1.2 量子相变与量子临界点 |
| 1.2.1 常规和非常规量子临界点 |
| 1.2.2 量子相新视野 |
| 1.3 近藤半导体简介 |
| 1.4 关联拓扑物态的研究进展 |
| 1.4.1 拓扑近藤绝缘体 |
| 1.4.2 拓扑近藤半金属 |
| 1.4.3 磁性外尔半金属 |
| 1.5 本论文的研究动机和目标 |
| 第2章 样品制备与表征 |
| 2.1 样品制备方法 |
| 2.1.1 电弧熔炼法 |
| 2.1.2 固态反应法 |
| 2.1.3 助熔剂法 |
| 2.2 样品结构表征 |
| 2.3 样品物性表征 |
| 2.3.1 电输运测量 |
| 2.3.2 热输运测量 |
| 2.3.3 比热测量 |
| 2.3.4 磁化测量 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 准一维近藤格子CeAu_2In_4的晶体生长和物性研究 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 CeAu_2In_4的晶体生长和结构表征 |
| 3.2.1 晶体生长 |
| 3.2.2 晶体结构 |
| 3.3 CeAu_2In_4在零场下的物性测量和讨论 |
| 3.3.1 磁化率 |
| 3.3.2 电阻率 |
| 3.3.3 比热 |
| 3.4 CeAu_2In_4在磁场下的物性测量和讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 低载流子浓度近藤格子CeCuAs_2的晶体生长和物性研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 CeCuAs_2的晶体生长和结构表征 |
| 4.2.1 晶体生长 |
| 4.2.2 结构表征 |
| 4.3 CeCuAs_2的物性测量和讨论 |
| 4.3.1 电阻率和霍尔效应 |
| 4.3.2 磁化率 |
| 4.3.3 比热 |
| 4.3.4 多晶样品的电阻率和霍尔效应 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 铁磁半金属PrAlSi的晶体生长和物性研究 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 PrAlSi的单晶生长和结构表征 |
| 5.2.1 晶体生长 |
| 5.2.2 晶体结构 |
| 5.3 PrAlSi的物性测量和讨论 |
| 5.3.1 磁化率 |
| 5.3.2 比热 |
| 5.3.3 电阻和磁阻 |
| 5.3.4 反常霍尔效应 |
| 5.3.5 磁热效应 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6 章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 文献综述 |
| 1.2.1 矿物脱水研究现状 |
| 1.2.2 滤饼孔隙结构研究现状 |
| 1.2.3 多孔介质渗流研究现状 |
| 1.2.4 孔渗关系研究现状 |
| 1.3 课题的提出、研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 课题的提出 |
| 1.3.3 研究目标 |
| 1.3.4 研究内容 |
| 1.3.5 技术路线图 |
| 第2章 试验材料与特性测试 |
| 2.1 试验仪器及药剂 |
| 2.1.1 试验仪器 |
| 2.1.2 试验药剂 |
| 2.2 试验材料与表征 |
| 2.2.1 精煤试样性质分析 |
| 2.2.2 石英试样性质分析 |
| 2.2.3 高岭石试样性质分析 |
| 2.2.4 蒙脱石试样性质分析 |
| 2.2.5 煤泥试样性质分析 |
| 2.3 CT实验介绍 |
| 2.3.1 CT基本原理 |
| 2.3.2 CT设备介绍 |
| 2.3.3 样品制备 |
| 2.3.4 实验参数 |
| 2.4 低场核磁共振实验介绍 |
| 第3章 微细矿物物理性质对真空过滤效果的影响 |
| 3.1 过滤装置及性能参数测定 |
| 3.1.1 真空过滤装置 |
| 3.1.2 过滤速率的测定 |
| 3.1.3 滤饼水分的测定 |
| 3.1.4 滤液粘度及密度测定 |
| 3.1.5 滤饼平均质量比阻的测定 |
| 3.1.6 滤饼可压缩性系数的测定 |
| 3.2 煤泥中不同矿物的真空过滤试验研究 |
| 3.2.1 高岭石的真空过滤试验研究 |
| 3.2.2 蒙脱石的真空过滤试验研究 |
| 3.2.3 石英的真空过滤试验研究 |
| 3.2.4 精煤的真空过滤试验研究 |
| 3.2.5 煤泥的真空过滤试验研究 |
| 3.3 颗粒物性参数对过滤速度的影响 |
| 3.3.1 颗粒形状对过滤速度的影响 |
| 3.3.2 粒度组成对过滤速度的影响 |
| 3.4 颗粒物性参数对滤饼水分及滤液性质的影响 |
| 3.4.1 颗粒形状对滤饼水分及滤液性质的影响 |
| 3.4.2 粒度组成对滤饼水分及滤液性质的影响 |
| 3.5 颗粒物性参数对滤饼平均质量比阻和可压缩性的影响 |
| 3.5.1 颗粒形状滤饼平均质量比阻和可压缩性的影响 |
| 3.5.2 粒度组成对滤饼平均质量比阻和可压缩性的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 煤泥滤饼孔隙结构定量表征研究 |
| 4.1 煤泥滤饼CT图像预处理 |
| 4.2 煤泥滤饼CT图像阈值分割 |
| 4.3 煤泥滤饼三维重建及REV分析 |
| 4.4 煤泥滤饼孔隙尺寸分析 |
| 4.5 煤泥滤饼孔隙连通性及迂曲度分析 |
| 4.6 煤泥滤饼孔隙网络模型分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 多孔介质内单相流动的格子Boltzmann模拟研究 |
| 5.1 模型校验 |
| 5.1.1 泊肃叶流 |
| 5.1.2 库塔流 |
| 5.2 人工多孔介质的构建及图像处理 |
| 5.2.1 模型建立 |
| 5.2.2 图像处理 |
| 5.2.3 模拟参数的确定 |
| 5.3 粒度与孔隙率对多孔介质流体流动及渗透率的影响 |
| 5.4 颗粒形状对多孔介质流体流动的影响 |
| 5.5 粒度分布对多孔介质流体流动的影响 |
| 5.5.1 二粒级级配 |
| 5.5.2 三粒级级配 |
| 5.5.3 四粒级级配 |
| 5.6 三维滤饼流道内的渗流模拟 |
| 5.6.1 平台配置及参数确定 |
| 5.6.2 滤饼渗透率数值模拟结果 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 滤饼孔-渗关系模型研究 |
| 6.1 Kozeny-Carman渗透率模型的验证 |
| 6.2 双重分形渗透率模型的验证 |
| 6.3 三重分形多孔介质渗透率模型的建立 |
| 6.3.1 Hagen-Poiseulle方程的修正 |
| 6.3.2 三重分形多孔介质渗透率模型的推导 |
| 6.3.3 Kozeny-Carman常数的分形分析 |
| 6.4 三重分形渗透率模型的验证 |
| 6.5 滤饼束缚水饱和度的测定 |
| 6.6 煤泥滤饼微观渗透率模型的修正 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 研究结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 环境因素对光伏发电的影响 |
| 1.3 光伏系统高性能仿真技术 |
| 1.4 高性能计算 |
| 1.5 格子Boltzmann方法与高性能计算 |
| 1.6 本文研究思路及内容 |
| 第2章 格子Boltzmann方法与多GPU并行 |
| 2.1 格子Boltzmann方法 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 边界条件 |
| 2.2 多GPU并行算法的实现 |
| 2.3 三维顶盖驱动方腔流 |
| 2.4 方管流 |
| 2.4.1 标准反弹格式与半步长反弹格式对比 |
| 2.4.2 网格相关性 |
| 2.4.3 不同雷诺数下的方管流模拟 |
| 2.4.4 不同AR下的方管流模拟 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 耦合多物理场LBM模型 |
| 3.1 耦合模型 |
| 3.2 耦合多物理场LBM多GPU并行实现 |
| 3.3 耦合模型验证 |
| 3.3.1 封闭方腔自然对流 |
| 3.3.2 两平板间流动传质 |
| 3.3.3 空腔自然对流气体扩散 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 光伏阵列的多物理场模拟 |
| 4.1 光伏阵列构型处理 |
| 4.2 三维复杂边界处理 |
| 4.3 单块光伏组件耦合多物理场模拟 |
| 4.4 光伏阵列耦合多物理场模拟 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 管道内声传播问题研究进展 |
| 1.2.2 格子Boltzmann方法在声场直接模拟研究进展 |
| 1.3 本文主要研究工作和内容安排 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 管道内声传播基本原理 |
| 2.1.1 线性波动方程 |
| 2.1.2 圆柱形管道内声传播方程 |
| 2.2 格子Boltzmann方法基本原理 |
| 2.2.1 格子Boltzmann方程 |
| 2.2.2 格子Boltzmann方法基本模型 |
| 2.2.3 格子Boltzmann方法边界条件 |
| 3 刚性壁面管道内声传播直接模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于格子Boltzmann方法的声场计算 |
| 3.3 边界条件验证 |
| 3.3.1 声波反射模拟 |
| 3.3.2 壁面滑移模拟 |
| 3.4 刚性壁管道内声传播数值建模及计算 |
| 3.4.1 数值建模及计算 |
| 3.4.2 关键参数分析 |
| 3.5 其他特征现象验证 |
| 3.5.1 管道内驻波现象 |
| 3.5.2 管道内截止频率现象 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 弹性壁面管道内声传播直接模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于格子Boltzmann方法的流固耦合模型 |
| 4.2.1 浸没式边界法 |
| 4.2.2 光滑点插值法 |
| 4.2.3 格子Boltzmann方法 |
| 4.3 无量纲过程 |
| 4.4 数值建模及计算 |
| 4.5 关键影响因素分析 |
| 4.5.1 弹性壁杨氏模量的影响 |
| 4.5.2 入射声波波长的影响 |
| 4.5.3 流体介质的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 非平衡气体流动的计算模型 |
| 1.2.1 直接模拟蒙特卡洛方法 |
| 1.2.2 Chapman-Enskog展开方法 |
| 1.2.3 矩方法 |
| 1.2.4 离散速度法 |
| 1.2.5 格子玻尔兹曼方法 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 高阶格子Boltzmann方法的理论研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Boltzmann方程 |
| 2.2.1 分子模型 |
| 2.2.2 Boltzmann碰撞项的性质 |
| 2.2.3 BGK模型 |
| 2.3 Boltzmann-BGK方程的Hermite展开 |
| 2.3.1 Hermite多项式 |
| 2.3.2 矩和离散速度分布函数的等价性 |
| 2.3.3 体积力项和BGK模型的Hermite展开 |
| 2.3.4 离散速度空间的Boltzmann-BGK方程 |
| 2.3.5 准确性判据 |
| 2.4 速度和时空离散 |
| 2.4.1 构造on-lattice积分 |
| 2.4.2 时间和空间离散 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高阶格子Boltzmann方法的数值验证 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 LBGK的简化 |
| 3.3 自发瑞利布里渊散射 |
| 3.3.1 连续和自由分子流域的SRBS谱的参考解 |
| 3.3.2 有限体积法 |
| 3.3.3 SRBS的 DVM |
| 3.3.4 高阶LBGK描述SRBS谱的准确性 |
| 3.3.5 LBM和 FVM的比较 |
| 3.4 正激波结构 |
| 3.4.1 激波结构的DVM |
| 3.4.2 基准速度和温度的影响 |
| 3.4.3 高阶LBGK描述正激波结构的准确性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 谱空间多松弛时间模型的理论研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 旋转对称性相关数学工具 |
| 4.2.1 无迹对称张量 |
| 4.2.2 SO(3)作用下张量的不可约化表示 |
| 4.3 基于旋转对称性的SMRT模型 |
| 4.3.1 构造SMRT模型 |
| 4.3.2 Maxwell分子模型的松弛时间 |
| 4.4 基于SMRT模型的LBM |
| 4.4.1 不同速度坐标系下矩的相互转化关系 |
| 4.4.2 SMRT模型的计算方法 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 谱空间多松弛时间模型的数值验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自发瑞利布里渊散射 |
| 5.3 正激波结构 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 多孔介质渗流研究现状 |
| 1.3 微尺度效应以及研究方法 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 2 格子Boltzmann方法简介 |
| 2.1 格子Boltzmann方法基本理论 |
| 2.1.1 格子Boltzmann方法简介 |
| 2.1.2 格子Boltzmann方法基本模型 |
| 2.2 边界格式 |
| 2.2.1 周期性边界 |
| 2.2.2 反弹边界格式 |
| 2.2.3 镜面反射格式 |
| 2.2.4 动力学格式 |
| 2.2.5 非平衡外推格式 |
| 2.3 多组分多相流模型 |
| 2.2.1 概述 |
| 2.2.2 Shan-Chen多组分多相模型 |
| 2.2.3 SC模型程序验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 多孔介质内气体渗流特性研究 |
| 3.1 松弛时间和曲面滑移边界条件 |
| 3.1.1 松弛时间 |
| 3.1.2 曲面滑移边界 |
| 3.2 局部Kn数 |
| 3.3 模型验证 |
| 3.3.1 Poiseuille流动 |
| 3.3.2 含有方柱的微通道绕流 |
| 3.4 微尺度气体渗流规律研究 |
| 3.4.1 网格无关性验证 |
| 3.4.2 不同Kn_m数下多孔介质内气体速度分布 |
| 3.4.3 不同Kn_m数下多孔介质渗流特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 多孔介质内的两组分两相渗流研究 |
| 4.1 多组分多相大密度比模型 |
| 4.1.1 大密度比MRT模型介绍 |
| 4.1.2 模型验证 |
| 4.2 甲烷/水两相渗流特性研究 |
| 4.2.1 网格无关性验证 |
| 4.2.2 颗粒几何性质对相对渗透率的影响 |
| 4.2.3 润湿性对相对渗透率的影响 |
| 4.2.4 Kn数对相对渗透率的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 结论和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 特殊函数符号定义 |
| 专业名词缩写 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 等几何分析 |
| 1.2.2 声学边界元及灵敏度分析 |
| 1.2.3 结构优化设计及噪声控制 |
| 1.2.4 有限元-边界元(FEM-BEM)声振耦合分析及结构拓扑优化设计 |
| 1.3 本文研究目标及内容安排 |
| 第2章 基于等几何宽频快速多极边界元算法的二维声学结构形状优化设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 二维等几何宽频快速多极边界元算法 |
| 2.2.1 二维声学等几何边界元 |
| 2.2.2 宽频快速多极边界元 |
| 2.3 形状灵敏度分析 |
| 2.3.1 直接微分法 |
| 2.3.2 伴随变量法 |
| 2.4 二维声学结构形状优化设计 |
| 2.5 数值算例 |
| 2.5.1 声场分析 |
| 2.5.2 灵敏度分析 |
| 2.5.3 形状优化 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于等几何边界元的三维声学结构形状优化设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 三维声学等几何边界元算法 |
| 3.2.1 NURBS曲面 |
| 3.2.2 三维声学边界元 |
| 3.2.3 非连续B(?)zier单元 |
| 3.2.4 几何参数空间与物理参数空间相互独立 |
| 3.3 形状灵敏度分析 |
| 3.3.1 直接微分法 |
| 3.3.2 伴随变量法 |
| 3.4 三维声学结构形状优化设计 |
| 3.5 数值算例 |
| 3.5.1 声场分析 |
| 3.5.2 灵敏度分析 |
| 3.5.3 形状优化 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于等几何边界元的三维声学结构联合优化设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 阻抗边界条件 |
| 4.3 形状灵敏度分析 |
| 4.3.1 直接微分法 |
| 4.3.2 伴随变量法 |
| 4.4 拓扑灵敏度分析 |
| 4.4.1 直接微分法 |
| 4.4.2 伴随变量法 |
| 4.5 三维声学结构吸声材料分布拓扑优化设计 |
| 4.6 三维声学结构联合优化设计 |
| 4.7 数值算例 |
| 4.7.1 灵敏度分析 |
| 4.7.2 拓扑优化 |
| 4.7.3 联合优化 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 基于有限元-边界元耦合方法的三维声学结构材料分布拓扑优化设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 有限元-边界元耦合分析 |
| 5.2.1 结构振动分析 |
| 5.2.2 声场分析 |
| 5.2.3 耦合分析 |
| 5.2.4 辐射声功率 |
| 5.3 拓扑灵敏度分析 |
| 5.3.1 材料设计模型 |
| 5.3.2 伴随变量法 |
| 5.4 吸声材料拓扑分布 |
| 5.4.1 耦合分析 |
| 5.4.2 灵敏度分析 |
| 5.5 材料分布拓扑优化模型 |
| 5.6 频带插值分析 |
| 5.6.1 Lagrange插值 |
| 5.6.2 Chebyshev插值 |
| 5.6.3 频带拓扑优化模型 |
| 5.7 数值算例 |
| 5.7.1 拓扑优化 |
| 5.7.2 频带插值分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 工作总结与研究展望 |
| 6.1 工作内容总结 |
| 6.2 工作创新点总结 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 奇异积分推导 |
| A.1 二维声学边界元奇异积分 |
| A.1.1 声场分析 |
| A.1.2 灵敏度分析 |
| A.2 三维声学边界元奇异积分 |
| A.2.1 声场分析 |
| A.2.2 灵敏度分析 |
| 附录B BeTSSi潜艇建模 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 堆芯中子输运-传热-流动耦合计算的研究 |
| 1.2.2 中子输运问题的研究 |
| 1.2.3 中子输运并行计算的研究 |
| 1.2.4 格子Boltzmann方法及其在反应堆模拟的研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 中子输运高精度LBM模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 中子输运方程 |
| 2.3 中子扩散方程高精度LBM模型 |
| 2.3.1 中子扩散方程 |
| 2.3.2 中子扩散方程高精度LB模型 |
| 2.3.3 中子扩散时空动力学LBM求解 |
| 2.4 NDLBM的数值模拟与分析 |
| 2.4.1 瞬态源驱动问题 |
| 2.4.2 NDLBM与传统方法的比较 |
| 2.4.3 Biblis-PWR堆芯问题 |
| 2.4.4 TWIGL堆芯动力学问题 |
| 2.5 中子输运SP_3方程高精度LB模型 |
| 2.5.1 中子输运SP_3方程 |
| 2.5.2 中子输运SP_3方程高精度LBM模型 |
| 2.6 SP3LBM的数值模拟及分析 |
| 2.6.1 单群中子输运问题 |
| 2.6.2 Zion堆芯问题 |
| 2.6.3 非均匀C5 堆芯问题 |
| 2.6.4 C5G7 堆芯问题 |
| 2.6.5 KAIST-3A堆芯问题 |
| 2.6.6 三维微型LWR问题 |
| 2.7 中子输运S_N方程有限差分LB模型 |
| 2.7.1 中子输运S_N方程 |
| 2.7.2 中子输运S_N方程LB模型 |
| 2.7.3 中子输运S_N方程有限差分LB模型 |
| 2.7.4 Chapman-Enskog多尺度分析 |
| 2.8 SNFDLBM的数值模拟与分析 |
| 2.8.1 Heaviside源问题 |
| 2.8.2 瞬态各向异性源问题 |
| 2.8.3 半无限介质Gauss源问题 |
| 2.8.4 二维无限介质Gauss源问题 |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 中子输运LB模型的非规则网格方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于SSAMR的中子输运LB模型 |
| 3.2.1 网格细化和合并 |
| 3.2.2 网格块边界处理 |
| 3.3 非结构网格中子输运LB模型 |
| 3.4 数值模拟与分析 |
| 3.4.1 多层中子屏蔽问题 |
| 3.4.2 Reed堆芯问题 |
| 3.4.3 均匀化堆芯源驱动问题 |
| 3.4.4 C5 MOX堆芯问题 |
| 3.4.5 含内部增殖栅元的六角形组件 |
| 3.4.6 非结构IAEA堆芯 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 中子输运LBM模型的大规模GPU并行加速方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于MPI的中子输运SP_3方程LB模型粗粒度并行 |
| 4.3 基于GPU集群的中子扩散动力学LB模型细粒度并行 |
| 4.3.1 GPU-NDLBM实现 |
| 4.3.2 多GPU集群设备的GPU-NDLBM实现 |
| 4.4 基于GPU集群的中子输运S_N方程LB模型细粒度并行 |
| 4.4.1 GPU-SNLBM实现整体构架 |
| 4.4.2 多GPU集群设备的GPU-SNLBM实现 |
| 4.5 数值验证结果 |
| 4.5.1 单群中子输运问题的MPI-SP3LBM加速 |
| 4.5.2 Biblis-PWR的 GPU-NDLBM并行加速 |
| 4.5.3 铁-水屏蔽问题的GPU-SNLBM并行加速 |
| 4.5.4 Reed堆芯GPU-SNLBM的 S并行模式与S-A并行模式对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 中子输运-传热-流动耦合LB框架 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 中子输运-传热-流动耦合过程统一LB框架 |
| 5.2.1 中子输运-传热耦合方程组 |
| 5.2.2 中子输运-传热-流动耦合方程组 |
| 5.2.3 中子输运-传热-流动统一LB框架 |
| 5.2.4 缓发中子先驱核LB模型 |
| 5.2.5 传热温度场LB模型 |
| 5.2.6 流动速度场LB模型 |
| 5.2.7 lbmNTH模块实现 |
| 5.3 数值分析结果 |
| 5.3.1 流动速度场LBM验证 |
| 5.3.2 板型燃料元件中子输运-传热分析 |
| 5.3.3 液体熔盐堆中子输运-传热-流动分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A Legendre展开多项式 |
| 附录B SP_7方程及其LB模型 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
