数值计算

摘要： 随着大数据时代的到来,计算地球动力学数值计算方法体系更加完善.本文系统地回顾了传统数值模拟方法在计算地球动力学领域的应用进展,包括:有限差分法、有限单元法、谱方法和谱元法;并对近年来一些新发展的算法和应用前景进行了综述,如:不连续Galerkin法、小波方法和格子玻尔兹曼方法等.本综述有助于读者以整体视角了解地球动力学数值计算方法的发展脉络,并对大数据时代下研究适应日益丰富的数据和新算法提供有益参考.

摘要： 随着大数据时代的到来,计算地球动力学数值计算方法体系更加完善.本文系统地回顾了传统数值模拟方法在计算地球动力学领域的应用进展,包括:有限差分法、有限单元法、谱方法和谱元法;并对近年来一些新发展的算法和应用前景进行了综述,如:不连续Galerkin法、小波方法和格子玻尔兹曼方法等.本综述有助于读者以整体视角了解地球动力学数值计算方法的发展脉络,并对大数据时代下研究适应日益丰富的数据和新算法提供有益参考.

摘要： 随着计算机相关技术的发展,数值计算已经成为理论研究与实验研究之外的第三个重要研究手段,但它不仅限于科学前沿的研究,同样适合于大学本科生.本文以简单易学的Python语言为主要工具,介绍了利用欧拉法与四阶龙格—库塔法求微分方程的数值解,利用Matplotlib库画函数图像,以及利用VPython库画电场线磁感应线的方法.文中介绍的方法非常简单易懂,可操作性强,适用面广,即使是本科低年级学生也能掌握.在一定程度上有利于大学物理课程的教学,促进学生对学习的兴趣.

摘要： 为研究湍流模型在低温流体空化数值计算中的影响,本研究以Hord翼型为研究对象,采用基于密度修正(Density Corrected Model,DCM)的RNGk-ε湍流模型和滤波器(Filter-based Model,FBM)RNGk-ε湍流模型,计算液氮绕翼型的空化流动,获得了两种湍流模型计算得到的压力、空穴区域及相间质量传输的分布规律,通过与实验结果比较对两种湍流模型进行了评价.结果表明,与DCM模型相比,FBM模型计算得到的空化区域压降更大,空穴长度更小,蒸发质量梯度与凝结质量梯度更大,计算结果更接近实验值,说明FBM模型在低温流体空化模拟计算中适用性更好.

摘要： 对转舵桨具有良好的操纵性能和较高的推进效率,在渡轮、拖轮以及海洋平台上都具有广阔的应用前景.本文基于OpenFOAM软件平台,采用滑移网格方法结合IDDES模型,对对转舵桨在直航及舵角工况下的水动力性能进行数值计算.对比舵桨单元力系数的计算值与试验值,误差在5％以内,证明了数值方法的准确性.得到对转舵桨各水动力系数随进速系数和舵角变化规律.

摘要： 双体船因其优良的快速性、耐波性、操纵性等性能,在实际中得到了广泛的应用.在影响双体船设计的众多参数中,片体间距比具有十分重要的影响.随片体间距比的变化,两片体间互扰力大小及其影响相应发生改变,使得双体船的总阻力与单个片体总阻力的两倍之差,即干扰阻力,发生变化.为研究干扰阻力随片体间距比的变化规律,本研究依托于计算流体力学理论,应用RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方法,首先对Wigley船型单体船与双体船进行阻力性能的数值计算,并将数值结果与实验数据比较,以验证数值方法的正确性.之后,以一艘双体客船为研究对象,对其在设计航速下不同片体间距比的双体船模型开展静水阻力预报.研究结果表明,随片体间距比的改变,由于兴波干扰和黏性干扰的存在,存在最佳间距比的范围使得双体船所受总阻力较小.通过RANS方法,可以确定设计航速下的最佳片体间距比范围,为双体船的设计提供指导.

摘要： 本研究将高阶谱(HOS)方法与自主开发的CFD求解器naoeFOAM-os-SJTU相结合,研究规则波中KCS的阻力增值和运动响应的特性.采用HOS方法生成Stokes一阶深水规则波作为无黏的外域波浪场,基于naoeFOAM-os-SJTU求解器采用重叠网格技术数值求解黏性的内域波浪场中KCS的运动,两区域交界处通过松弛区(relaxation zone)进行信息传递.通过对比HOS方法模拟的波浪场参数与CFD数值造波以及试验结果,验证了HOS方法的准确性并分析了其造波的高效率优势.然后研究了Fr=0.261的KCS船在λ/L=1.15的迎浪规则波中的阻力与运动,并采用快速傅里叶变换(FFT)对共振工况下的阻力与运动响应进行了频谱分析,验证了黏势流耦合方法对规则波中船舶运动研究的适用性.本文将远场的势流求解方法与黏性数值方法相结合,在保证计算准确性的同时提高了数值计算效率,可为船舶在波浪中的波浪增阻与运动响应研究提供重要参考.

摘要： 冰区船舶在冰水混合环境中航行与操纵时,作用在船体的外力被称为冰水动力,包括水动力以及船-冰作用力等.冰区航行与操纵状态下船舶的外界作用力受冰的作用力影响较大,相互作用过程复杂.本研究基于计算流体力学(CFD)和离散元(DEM)相结合的数值模拟方法,对冰区船的斜航运动冰水动力开展了数值计算,获取了典型工况的冰水动力,冰水动力特性呈现非线性非定常的特征.

摘要： 为研究盾构隧道侧穿邻近基坑过程中两者的相互影响,以南京汉中西路过江通道侧穿北河口水厂基坑为依托,采用数值模拟方法,对盾构分别侧穿基坑施作完毕、基坑及20m隔离桩施作完毕、基坑及30m隔离桩施作完毕以及盾构隧道施作完毕、盾构隧道及20m隔离桩施作完毕、盾构隧道及30m隔离桩施作完毕后基坑依次开挖到底建立三维模型,对比分析六种工况管桩、主体结构与管片的内力及位移规律.研究结果表明:1)盾构掘进对基坑的影响.工况1为最不利工况,管桩、主体结构位移值最大且不均匀沉降产生的倾斜度最大,而工况3对应数值最小,相对最安全.2)基坑开挖对盾构隧道的影响.工况4中管片水平位移、上浮量及附加弯矩均为最大,而工况6的位移、内力及最小曲率半径均满足控制值.因此,隔离桩能够有效地降低后续施工对地层扰动、减小对邻近结构的影响,且在洞身范围内隔离桩越长隔断效果越好.研究成果可为隧道侧穿深基坑分析提供理论依据,也可为类似工程提供参考.

摘要： 为研究盾构隧道侧穿邻近基坑过程中两者的相互影响,以南京汉中西路过江通道侧穿北河口水厂基坑为依托,采用数值模拟方法,对盾构分别侧穿基坑施作完毕、基坑及20m隔离桩施作完毕、基坑及30m隔离桩施作完毕以及盾构隧道施作完毕、盾构隧道及20m隔离桩施作完毕、盾构隧道及30m隔离桩施作完毕后基坑依次开挖到底建立三维模型,对比分析六种工况管桩、主体结构与管片的内力及位移规律.研究结果表明:1)盾构掘进对基坑的影响.工况1为最不利工况,管桩、主体结构位移值最大且不均匀沉降产生的倾斜度最大,而工况3对应数值最小,相对最安全.2)基坑开挖对盾构隧道的影响.工况4中管片水平位移、上浮量及附加弯矩均为最大,而工况6的位移、内力及最小曲率半径均满足控制值.因此,隔离桩能够有效地降低后续施工对地层扰动、减小对邻近结构的影响,且在洞身范围内隔离桩越长隔断效果越好.研究成果可为隧道侧穿深基坑分析提供理论依据,也可为类似工程提供参考.

摘要： 为研究盾构隧道侧穿邻近基坑过程中两者的相互影响,以南京汉中西路过江通道侧穿北河口水厂基坑为依托,采用数值模拟方法,对盾构分别侧穿基坑施作完毕、基坑及20m隔离桩施作完毕、基坑及30m隔离桩施作完毕以及盾构隧道施作完毕、盾构隧道及20m隔离桩施作完毕、盾构隧道及30m隔离桩施作完毕后基坑依次开挖到底建立三维模型,对比分析六种工况管桩、主体结构与管片的内力及位移规律.研究结果表明:1)盾构掘进对基坑的影响.工况1为最不利工况,管桩、主体结构位移值最大且不均匀沉降产生的倾斜度最大,而工况3对应数值最小,相对最安全.2)基坑开挖对盾构隧道的影响.工况4中管片水平位移、上浮量及附加弯矩均为最大,而工况6的位移、内力及最小曲率半径均满足控制值.因此,隔离桩能够有效地降低后续施工对地层扰动、减小对邻近结构的影响,且在洞身范围内隔离桩越长隔断效果越好.研究成果可为隧道侧穿深基坑分析提供理论依据,也可为类似工程提供参考.

摘要： 为研究盾构隧道侧穿邻近基坑过程中两者的相互影响,以南京汉中西路过江通道侧穿北河口水厂基坑为依托,采用数值模拟方法,对盾构分别侧穿基坑施作完毕、基坑及20m隔离桩施作完毕、基坑及30m隔离桩施作完毕以及盾构隧道施作完毕、盾构隧道及20m隔离桩施作完毕、盾构隧道及30m隔离桩施作完毕后基坑依次开挖到底建立三维模型,对比分析六种工况管桩、主体结构与管片的内力及位移规律.研究结果表明:1)盾构掘进对基坑的影响.工况1为最不利工况,管桩、主体结构位移值最大且不均匀沉降产生的倾斜度最大,而工况3对应数值最小,相对最安全.2)基坑开挖对盾构隧道的影响.工况4中管片水平位移、上浮量及附加弯矩均为最大,而工况6的位移、内力及最小曲率半径均满足控制值.因此,隔离桩能够有效地降低后续施工对地层扰动、减小对邻近结构的影响,且在洞身范围内隔离桩越长隔断效果越好.研究成果可为隧道侧穿深基坑分析提供理论依据,也可为类似工程提供参考.

摘要： 本发明公开了一种基于数值计算的激光冲击强化表面粗糙度的计算方法，采用有限元软件ABAQUS首先对多光斑的激光冲击强化过程进行数值模拟，获得强化后零件表面不同采样路径节点的位移分布，然后利用Matlab对数值模拟得到的表面数据进行采集及处理，确定表面形貌轮廓中线的位置，最后将数值模拟得到的表面数据带入所提出的表面粗糙度离散化计算公式，得到表面粗糙度的数值。本发明考虑到激光冲击强化过程机理的复杂以及诸多可变因素的影响，单纯依靠实验获得零件表面粗糙度的方法，需要耗费大量的时间和资金，从而提出了一种基于数值计算的激光冲击强化表面粗糙度的计算方法来获得零件表面粗糙度，从而可以进一步优化激光冲击强化参数。

摘要： 本发明涉及一种数值计算的放射线测量仿真方法，包括以下步骤：构建放射源模型、射线探测灵敏物质模型、射线测量电子学系统场景结构模型、射线测量电子学部件模型和射线与晶体探测灵敏物质相互作用模型；基于所述放射源模型、射线测量电子学系统场景结构模型、射线测量电子学部件模型和射线与晶体探测灵敏物质相互作用模型构建射线在探测器中的能量沉积计算数学模型，将计算得到的能量沉积转化成电脉冲信号并经电子学模拟处理和记录显示，完成所述射线的测量信号的模拟采集和记录显示。本发明还涉及数值计算的放射线测量仿真系统。本发明规避掉放射源的使用资质，能够开展批量化的操作性放射测量实验教学。

摘要： 本发明公开了一种堆芯数值计算矩阵的自动转换方法、装置、设备及介质，该方法通过获取矩阵转换指令，矩阵转换指令包括堆芯数值计算矩阵和矩阵转换形式；基于矩阵转换形式查询矩阵转换推导表，获取待使用矩阵映射算法；将堆芯数值计算矩阵输入到待使用矩阵映射算法中进行自动转换处理，获取目标矩阵，以实现堆芯数值计算在不同计算过程中的矩阵数据的快速转换，减小核心计算程序代码在串行环境或分布式内存并行环境的编程难度，为堆芯数值计算软件的研制提供自动化功能。

摘要： 本发明涉及一种基于数值计算的正电子发射型断层成像仿真方法，包括以下步骤：构建标样或人体肿瘤模型；构建PET药物模型；构建放射性核素药物发射与湮灭模型；构建PET探测器几何模型；构建光子对符合探测计算模型；填充与显示PET原始数据正弦图；正弦图重建得到PET图像；PET图像存储与显示。本发明还涉及一种基于数值计算的正电子发射型断层成像仿真系统。本发明不需要硬件和放射性药物支持，将PET成像原理进行动态可视化。

摘要： 本发明提供一种基于数值计算的湿陷性地层湿陷变形量的评价方法，包含如下步骤：步骤一：根据工程地质勘测资料，获得场地的地层岩性、湿陷性地层的深度和拟建建筑物的位置，然后建立几何模型，对场地土样开展室内试验，获取各层土体的原始物理力学参数；步骤二：依据步骤一建立的几何模型和获取的各层土体的原始物理力学参数，建立数值计算模型。本发明在湿陷性土上建设建（构）筑物的变形计算中，既考虑了因为修建建（构）筑物而产生的附加压力作用，又解决了室内试验条件下，湿陷性土参数确定不准确问题，进而可以更为合理的得到因修建建筑物且浸水导致的湿陷性土参数取值，能够稳定、安全且准确的对湿陷性土变形进行评价。

摘要： 本发明公开了一种基于图形学与数值计算相结合的遥感卫星覆盖分析方法，涉及卫星地面覆盖与传感器成像领域，本发明的基于图形学与数值计算相结合的遥感卫星覆盖分析方法包括：构建目标区域几何图形：包括收集目标区域边界经纬度点集合数据和将数据投影到二维地图坐标系下，并根据二维地图坐标系下的点集合数据构建几何图形；计算卫星过境覆盖区域；覆盖区域数据处理与分析。本发明的遥感卫星覆盖分析方法可以满足多卫星组网的要求，对地覆盖法在算法高精度的情况下，降低了算法的复杂度，使计算的效率普遍得到了提升。

摘要： 本发明公开了一种采用投石机理的堆积体边坡数值计算模型建立方法，其通过选取堆积体典型部位，采用数码相机进行图像拍摄采集一批块石；再通过数字图像处理技术进行块石轮廓提取，并建立块石库；然后依据勘察资料提供的堆积体范围大小，采用投石机理构建堆积体的真实计算模型；最后将其转化为图形交互文件，并构建相应岩土材料的模型数据进行分析计算。本设计通过构建块石库，再调用块石库数据并随机投放块石构建出堆积体的真实计算模型，实现堆积体组成成分的真实模拟，可有效提高堆积体稳定性计算精确性，并且除了可计算得到堆积体的稳定性系数外，还可获取堆积体的应力应变等相关信息参数，具有良好的实用性和推广前景。

摘要： 本发明涉及一种基于红外测温及数值计算的锅炉炉膛优化吹灰系统，包括：炉膛烟气温度采集系统，用于实时采集不同灰污结渣状态下炉膛内烟气温度数据；中央处理系统，用于将所述温度数据输入到预先建立的炉膛温度场重构模型中，获得实时炉膛内三维温度分布场；根据获得的炉膛内三维温度场，通过炉膛分区段热力计算模型，计算得到炉膛内各个区段实时热有效系数；基于最大收益原则，输出各区段的吹灰信号；吹灰器，用于接收所述中央处理系统输出的吹灰信号，执行相应的吹灰动作。本发明帮助现场运行人员判断炉膛不同区域位置吹灰时机。

摘要： 本发明公开了一种基于对数拟合的尘埃等离子体数值计算提速方法，其改进之处在于，包括如下步骤：步骤S1：建立尘埃等离子体的数值计算方法；步骤S2：执行等离子体数值计算的非提速计算，得到非提速期的粒子荷电过程；步骤S3：执行等离子体数值计算的提速计算，得到提速期的粒子荷电过程；步骤S4：判定终止等离子体数值计算，得到最终的粒子荷电量。本发明所公开基于对数拟合的尘埃等离子体数值计算提速方法，通过在尘埃等离子体数值计算过程中，先执行初始期计算，再执行多次提速计算（包括提速准备期计算和提速期计算），最后再判定并终止计算。

摘要： 本实用新型实施例涉及一种用于数值计算认知的数学教具，包括：游戏板、多组游戏块和骰子；所述游戏板包括游戏层和游戏块固定结构；所述游戏层设置有数字标识，所述数字标识为多个，等半径等间距的沿第一圆周设置；所述多组游戏块的形状相同，每个游戏块的尺寸大于所述数字标识的尺寸；所述游戏块由所述游戏块固定结构固定在所述游戏板上；所述骰子为十面体，所述骰子的十个面上分别具有数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。