异构并行的高阶散射特征线方法及其在临界实验装置模拟中的应用

在临界实验装置的物理计算中,由于较厚水反射层的存在,中子各向异性散射会对计算结果有重要影响。基于P1各向异性散射特征线方法(MOC),开发了能够处理各向异性散射的特征线输运计算程序,并实现了高阶散射特征线输运计算的高性能异构并行。为确认程序对临界实验装置的物理计算精度,本文选取LCT011临界实验基准进行堆芯物理计算,并与蒙特卡罗程序进行对比验证。各向异性源使得计算量与内存消耗均有显著增加,给异构系统带来较大的显存负担,因此本文进而对高阶散射输运求解器进行性能分析。数值结果表明:在高阶散射计算条件下,程序可达到蒙特卡罗程序的同等精度,且具有较高的计算效率。

约束线方法改进的ITVDI在荆州市干旱评估中的应用

干旱是影响农业生产和区域可持续发展的重要因素。监测和分析干旱的时空变化特征及其驱动因素对于制定有效的应对措施具有重要意义。基于约束线方法对温度植被干旱指数(ITVDI)进行了改进,利用2001—2020年MODIS NDVI和LST数据对荆州市的干旱进行了监测和分析。结果表明,荆州市的干旱强度呈现出波动变化,2015年后有所减轻。空间上,荆州市的干旱特征存在较大的异质性,西部和东部地区的干旱显著增加,而市中心的干旱显著减少。进一步识别和量化了人类活动(人口、GDP、土地利用类型)、气候变化(降水、温度)和地形(海拔、坡度)等因素对荆州市干旱强度的约束影响。结果显示,这些因素对干旱强度存在8种约束效应类型,包括U型曲线、正线性、负线性、对数型、负凸型、正凸型、指数型和驼峰型。降水和温度是影响干旱强度最直接的因素,其对干旱强度的上下边界都有约束效应。海拔、坡度、GDP和人口对干旱强度的约束效应在尺度上稳定。值得注意的是,土地利用类型对干旱强度的约束效应呈U型,且最小值阈值出现在林地和水域覆盖区域。该研究为缓解区域干旱和促进区域可持续发展提供了科学决策支持,最后展望了未来的研究方向和需求。

基于深度学习的IC卡天线自动挑线方法

挑线碰焊是金融IC卡加工工艺的瓶颈技术,而天线的准确定位是决定挑线碰焊成功与否的关键。为此,提出了一种基于深度学习的IC卡天线挑线方法,方法包括特征提取和目标检测两部分,特征提取网络使用ResNet101网络结构作为主干网络,采用第四层卷积层的输出特征图作为特征并送入区域候选网络;区域候选网络通过softmax归一化函数选取出天线候选区域;最后利用smooth_L1_loss获得每个候选框的位置偏移量预测值,用于回归更加精确的目标检测框。实验结果表明,相比较模板匹配和支持向量机(SVM),该方法不仅可以自动识别卡内天线的形状,准确判定挑线位置,并且其各项指标也高于其他方法。

微生物驱油数学模型及其流线方法模拟

建立了一种实用的微生物驱油数学模型 ,在力求对模型简化描述的同时 ,较为全面地考虑了驱替过程的主要生化、渗流机理。论述了微生物在油层中的生长、代谢和基质消耗状况。考虑了扩散和吸附 ,建立了描述微生物菌体、营养液、代谢产物在油层中的运移方程 ,同时对微生物及其代谢产物与岩石、油、水的相互作用以及所引起的各种物理化学变化进行了研究。为了实现生产动态的快速预测 ,用流线方法替代传统的有限差分法求解该模型。在结合边界元方法确定复杂边界条件下稳态渗流场流线分布的基础上 ,对流管内的一维渗流问题进行了求解。应用显式全变差递减 (TVD)法求解了饱和度方程。在浓度方程求解过程中 ,空间项离散采用Crank_Nicolson差分格式 ,对滞留项系数变量进行了拟线性处理 ,保证了计算的稳定性。该模型输入参数较少、计算速度快 ,适应于对任意形状边界条件下各种井网配置的微生物驱油动态的计算 ,是油田微生物驱油的早期筛选及油藏动态管理的有效工具。

定量表征单砂体注采关系的流线方法

基于单砂体开发动态模型,提出了定量表征单砂体注采关系的流线方法,并系统论述了其表征原理。以大港油田官104断块G76-30注水井组为研究对象,应用流线方法计算了4口生产井的受效因子和G76-30注水井的注水量分配系数。计算结果表明,G77-31和G76-32井是注水井G76-30的主要受效井和水流通道,与现场示踪监测结果一致,证明了该方法的可靠性。该方法对研究水驱油藏单砂体注采关系和剩余油分布有很好的指导作用,与传统数值模拟方法相比,计算速度和精度都有大幅度提高。

基于特征线方法的三维中子输运程序(Ⅰ)——边界条件的插值处理

特征线方法在处理三维中子输运问题的反射边界条件时存在空间问题和角度问题,本文提出了采用平面插值和球面插值方法来分别处理这两个问题,插值方法不仅可以有效解决空间问题和角度问题,而且三维特征线方法在采用插值方法处理边界条件后对离散求积组和射线布置没有要求。

发汗控制问题的线方法及其稳定性分析

发汗控制是热防护的一种重要手段。本文给出发汗控制方程显式差分格式，也研究该问题的隐式差分格式。对这个问题的固定边界和活动边界情形分别讨论两种差分格式的数值稳定性，并得到相应的稳定性准则。理论分析和数值试验表明隐式格式可以根据需要的计算精度选取时间步长τ，并且数值试验还表明隐式格式能节省更多的ＣＰＵ时间，因为时间步长τ可以放大。

使用广义粗网有限差分方法加速中子输运特征线方法

提出广义粗网有限差分方法(GCMFD),可以使用三维任意几何形状的粗网格来加速中子输运特征线方法(MOC),同时给出确定广义粗网有限差分方法中宽度因子的方法.将广义粗网有限差分方法应用到三维特征线方法程序TCM中,若干基准题的验证表明,广义粗网有限差分方法可以使用任意形状粗网格来加速特征线方法,使用自动调整宽度因子的方法后,广义粗网格有限差分方法可以得到较好的加速效果.

基于特征线方法的无源传输线模型

基于特征线方法的传输线模型只能保证模型的因果性,但是不能保证模型的无源性。针对上述问题,该文提出了一种无源性补偿方法来实现传输线宏模型的无源性。该方法扩展了现有的用于集总模型的无源性补偿算法,以等式约束的二次规划方法为基础,采用拉格朗日乘数法进行优化。数值例子表明该方法在有限的仿真时间内产生了精确的无源宏模型。

基于特征线方法的三维中子输运程序(Ⅱ)——数值验证

介绍了开发的三维中子输运特征线方法程序TCM,使用数值实例对TCM的准确性进行了验证,同时比较了不同插值阶数、离散角度数目和网格大小对计算结果的影响。结果表明,三维特征线方法程序TCM能够求解任意几何形状及反射边界条件的中子输运问题,计算结果具有较高的精度。

基于绝对节点坐标法的弹性线方法研究

相比于浮动坐标系法,绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation, ANCF)在处理柔性体非线性大变形问题上具有显著优势, ANCF将单元节点坐标定义在全局坐标系下,采用斜率矢量代替节点转角坐标,具有常数质量阵,不存在科氏离心力等优点,然而弹性力阵为非线性项,其求解将比较耗时且占用资源.据此,在弹性力求解方法中,引入弹性线方法 (elastic line method, ELM),该方法将格林–拉格朗日应变张量定义在中心线上,采用曲率公式来定义弯曲应变,转角公式来定义扭转应变.同时采用有限元法对三维柔性梁位移场进行离散,求解梁单元常数质量阵、广义刚度阵、广义力阵,进而得到单元的动力学方程,通过转换矩阵得到三维梁的动力学方程.接着从理论上指出连续介质力学方法 (continuum mechanics method, CMM)和弹性线方法在求解弹性力上的不同点,并编制动力学仿真软件.最后分别采用连续介质力学方法和弹性线方法对柔性单摆以及履带式车辆的动力学问题进行仿真分析,结果表明:弹性线方法能在保证精度的前提下有效提高计算效率.

三维模块化特征线方法

提出了一种新的模块化特征线方法。该方法将求解几何剖分为许多长方体栅元,从中选出所有的典型栅元,仅存储典型栅元的特征线信息,从而大量减少特征线信息。为了解决现有求积组公式不适用于新特征线的产生方法,提出了新的求积组权重公式。应用该方法对三维栅元和小型轻水反应堆进行数值计算,结果显示,该模块化特征线方法结果可靠并且可以显著地减少特征线信息。

GPU加速三维特征线方法的研究

三维特征线方法可以精确求解任意几何堆芯的稳态多群中子输运方程,但同时也具有收敛慢、计算时间长的不足,需要研究相应的加速手段。图形处理器(GPU)计算由于具有速度快,能耗低的优点,被认为是未来高性能计算发展的方向之一。研究GPU计算加速三维特征线方法,并将其应用到三维特征线程序TCM中。借助统一计算设备架构(CUDA)的GPU计算,中央处理器(CPU)负责内存分配、有效增殖系数keff和源分布计算等逻辑性强或归约计算的处理,GPU执行特征线射线扫描细网求解细网通量。计算结果表明,经改写后的程序具有良好的加速效果。

用流线方法模拟碱/表面活性剂/聚合物三元复合驱

建立了实用的碱 /表面活性剂 /聚合物三元复合驱数学模型 ,在力求模型简化的同时 ,较为全面地考虑了驱替过程的主要渗流机理 (如界面张力变化、粘度变化、吸附等 )。模型忽略了微乳相的形成 ,适用于低 pH值三元复合驱体系。用流线方法求解该模型 ,在结合边界元方法确定复杂边界条件下稳态渗流场流线分布的基础上 ,对流管内的一维渗流问题求解。应用显式全变差递减 (TVD)法求解饱和度方程 ;求解浓度方程过程中 ,采用Crank Nicolson差分格式进行空间项离散 ,对时间项变量进行了拟线性处理 ,保证了计算的稳定性。新建模型具有输入参数较少、计算快捷的优点 ,并适用于任意形状边界条件下各种井网配置的复合驱驱替动态计算问题。与化学驱软件UTCHEM的计算结果对比 ,证实该模型计算结果可靠、计算速度快、稳定性强 。

解Schrodinger方程u_(t)=iu_(xx)的线方法

对具有周期解的Schrodingcr方程u_=iu_(xx)(i^2=-1),用线方法构造了任意阶精度O(Δt^p+△x^(2q))(p,q为自然数)的两层和三层显格式。讨论了两层格式1≤p≤4,1≤q≤5及三层格式p=2,4,6,8,10,1≤q≤5的情形,得到了一系列格式,其精度和稳定性都优于现有格式。

关于波动方程混合问题的特征线方法

传统的求解 1维波动方程混合问题的方法是分离变量法 ,进而解出该问题的Fourier级数解 。

基于流线方法的压裂水平井注水开发渗流机理研究

非常规储层采用压裂水平井技术可以获得有效的商业价值,针对低砂泥岩特低渗透油藏,通过数值模拟进行压裂水平井注水开发规律研究,运用流线方法揭示了压裂水平井注水开发渗流机理。结合数值模拟结果,根据流线形态、分布及流线与裂缝的对应关系研究了压裂水平井开发的四个流动阶段:裂缝附近线性流、垂直裂缝附近拟径向流、地层线性流和水平井拟径向流。进一步分析了不同井网形式下的压裂水平井注水开发渗流特征,为现场的开发应用提供一定的技术指导。

特征线方法及其在求解偏微分方程中的应用

针对一阶线性双曲型偏微分方程,要求其Cauchy问题的解析解,提出特征线方法 .特征线方法的基本思想是将偏微分方程的Cauchy问题转化为常微分方程的相应问题,通过解常微分方程进而得到原来偏微分方程问题的解.通过对特征线方法的研究,得到了求解一阶线性双曲型偏微分方程Cauchy问题解的一般步骤,同时给出了一些应用.

基于Krylov子空间及区域分解理论的二维矩阵特征线方法

针对传统特征线方法(MOC)求解中子输运方程计算效率较低的缺陷,构造基于Krylov子空间及区域分解理论的矩阵特征线方法。该方法可得到与传统MOC的基本方程等价的线性代数方程组,并通过基于Krylov子空间理论的广义极小残余(GMRES)算法进行高效的矩阵求解;进而提出矩阵MOC的空间非重叠区域分解算法,充分利用成熟的CPU并行技术,提高大型矩阵计算效率。通过沿用二维任意几何传统MOC程序AutoMOC的几何处理框架,实现上述理论,并基于AutoCAD二次开发功能编制出直观方便的区域分解几何处理程序。相关数值计算结果表明,这种矩阵特征线方法较传统MOC具有相近的计算精度和更高的计算速度,并对复杂几何和高散射比问题具有很好的适应性。