直接模拟蒙特卡罗方法的并行方案设计

针对直接模拟蒙特卡罗(DirectSimulationMonteCarlo,DSMC)方法的特点,提出了3种DSMC程序的并行方案.同时,对3种并行方案各自的优缺点进行了论述,并选择了各节点间程序相关性最小的并行方案,将其应用于稀薄气体二维微通道问题的求解.结果表明,串行程序与并行程序的计算结果完全吻合,并且得到了较高的并行效率,且并行效率随节点数的变化并非单调,而是有一个峰值.

直接模拟蒙特卡罗方法在微通道流动模拟中的应用

直接模拟蒙特卡罗方法是一种求解稀薄气体流动换热新的数值方法。本文采用该方法对Kn数跨越速度滑移区和过渡区的三个微通道内的流动进行了数值模拟,给出了通道内速度、压力及局部阻力系数的变化曲线.为了表明通道横纵比对流动的影响,还对每个算例在不同的横纵比下进行了比较。结果表明,微通道内的流动特性不仅与Kn数有关,而且与通道的横纵比也有很大的关系。

直接模拟蒙特卡罗方法下的逆温度抽样算法

从分子动力学出发,讨论了直接模拟蒙特卡罗方法中分子平均总能量、平均平动能以及边界热流密度的抽样方法.通过对与边界发生碰撞的分子进行统计平均,得到了分子反射能量与入射能量以及边界热流密度的关系式.在此基础上,通过结合壁面漫反射模型下分子反射速度的抽样方法,发展了一种从边界热流求得与壁面碰撞分子的平均反射特征温度的逆温度抽样算法.数值结果表明:该算法能够由分子反射能量准确求得分子反射特征温度,进而求得分子反射速度,从而将边界热流信息带入流场.该方法为实现壁面处给定热流边界条件下的直接模拟蒙特卡罗方法提供了途径.

开式空腔流动的蒙特卡罗直接模拟

蒙特卡罗直接模拟(Direct Simulation Monte-Carlo)方法是一种基于分子动力论的随机性数值模拟方法,它在各类稀薄气体流动模拟中得到了广泛应用。本文首先讨论了DSMC方法的基本原理,引用文献结果论述了DSMC方法与Boltzmann方程的内在一致性,采用DSMC方法从分子运动论层次对过渡区开式空腔流动进行精细模拟,再现空腔内旋涡的形成及发展过程,了解复杂流场的流场特性。模拟和分析了空腔的形状(展弦比)、壁温以及Knudsen数(稀薄性)等因素对空腔内流动和旋涡结构的影响。研究表明,空腔的展弦比、壁面温度以及流动Knudsen数等因素对空腔内旋涡的大小、形状、位置、个数都有极大的影响,应用DSMC方法可以真实再现稀薄条件下的开式空腔流动。

顺抗磁性混合气体在梯度磁场中流动的蒙特卡罗直接模拟

以氧气和氮气的混合气体为研究对象,运用蒙特卡罗直接模拟方法模拟了顺抗磁性混合气体在高梯度磁场中的流动情况,并把模拟计算结果与已有的实验结果之间进行了对比分析．模拟结果表明:磁场强度与梯度乘积由100T2·m-1增加到1000 T2·m-1时,氧体积分数增量由 0．12％增加到1．89％;混合气体温度由283 K升高到333 K时,氧体积分数增量由0．4％减小到 0．1％;混合气体中氧气的初始体积分数由20％增加到30％时,氧体积分数增量由0．12％增加到 0．59％;压力的变化对氧体积分数的变化几乎没有影响．

Rossi-α测量方法的蒙特卡罗直接模拟

本文基于Geant4toolkit开发了用于Rossi-α测量方法模拟的蒙特卡罗直接模拟程序,模拟计算了橡树岭实验室基准装置6个不同几何尺寸浓缩铀圆柱系统的瞬发中子衰减常数α,同时采用脉冲中子源方法模拟计算了α,二者结果一致。蒙特卡罗直接模拟计算结果与实验结果存在偏差,空隙是产生偏差的最主要原因,随着次临界度的加深,空隙的影响减小,计算和实际测量的α的相对偏差从19%变为0.19%。

基于直接模拟蒙特卡罗方法计算单一气体及二元混合气体的平均自由程

运用直接模拟蒙特卡罗方法研究了单一及二元混合气体在平衡态时气体内部分子间的相互碰撞过程。采用可变硬球模型及可变软球模型两种分子间碰撞处理模型对单一及二元混合气体分子平均自由程、单位时间单位体积内碰撞次数在模拟温度为300~20000 K之间进行了模拟计算。为了检验这两种模型模拟计算的精确性,将其结果与对应模型下的理论计算结果进行比较,表明单一气体的模拟结果与理论计算结果相对偏差不超过0.7%,混合气体相对偏差不超过1.5%。同时将上述两种模型的模拟结果与传统硬球模型的计算结果进行比较,发现在硬球模型下,气体分子平均自由程在宽温度区间与其他两种模型相比有较大的误差,而单位时间单位体积内气体分子的碰撞次数与模拟温度的二分之一次方成正比,当模拟温度高于300 K时,其结果大于另外两种模型下的结果。

基于蒙特卡罗方法的电力系统电源侧协调规划模拟仿真研究

目前电力系统规划面临着严峻的双侧随机问题,对若干规划方案进行系统运行的模拟仿真对提高系统规划合理性与科学性具有重要意义。在传统模拟仿真方法的基础上,整合了多元线性蒙特卡罗方法,构建了考虑风电、光伏及储能设备充放电的多种电源出力概率模型,设计了以规划成本最小化、运行成本最小化为目标的系统规划模型。通过算例验证了多元线性蒙特卡罗模拟方法的优越性,并通过该方法对多个系统规划方案的实际运行情况进行模拟仿真,求解得到关键系统指标,为规划方案决策提供了依据。

基于快中子伴随α粒子方法的爆炸物检测技术的蒙特卡罗方法模拟

基于快中子伴随α粒子方法的爆炸物检测技术是一种可有效探测隐藏爆炸物的中子探测技术。利用蒙特卡罗Geant4程序模拟计算石墨、水、TNT样品前有、无墙体两种情况在14 MeV中子作用下产生的γ射线在探测器内的能量沉积谱和飞行时间谱,通过对飞行时间谱的分析表明,选取适当的时间窗可在一定程度上抑制探测器上的本底信号。

直接模拟蒙特卡罗法对连续流体传热和流动的模拟

直接模拟蒙特卡罗法在稀薄气体模拟中获得了成功的应用。然而，在处理连续介质传热和流动问题时，模拟的速度极大地制约了该方法的应用。尤其对于大系统的连续流动，该方法的收敛速度几乎无法实现。鉴于此，本文通过引入超粒子，对直接模拟蒙特卡罗方法进行改进，并将其应用于连续介质传热和流动模拟之中。

基于蒙特卡罗方法的森林冠层BRDF模拟

蒙特卡罗(MonteCarlo)是一种随机统计方法,被广泛用于模拟可见光森林冠层BRDF(双向反射率分布函数)。基于蒙特卡罗方法构建了光子与植被冠层之间的随机过程,给出了蒙特卡罗模拟森林冠层的BRDF的具体实现方法。在此基础上,讨论了蒙特卡罗模拟中的关键技术:光子自由路径的计算;光子散射方向的确定;BRDF热点效应纠正;光子能量收集算法。实践表明,蒙特卡罗方法能准确模拟出森林冠层BRDF,并能作为其他森林冠层BRDF模型的有效检验工具。

直接模拟蒙特卡罗法及其在真空泵性能计算中的应用

直接模拟蒙特卡罗(DSM C)法是一种依赖物理的几率模拟方法。本文介绍了直接模拟蒙特卡罗法在真空泵性能计算中的应用。

直接模拟蒙特卡罗羽流模拟的两相作用模型

为了数值模拟包含气体分子和凝相颗粒的两相羽流场,使用自主开发的羽流计算软件(PWS)对两相作用模型进行研究。计算均匀气流对颗粒的加速过程,结果与理论解一致,证明气体分子对颗粒的单向作用模型合理。计算气体分子在颗粒表面的反射时,将全局坐标系转换到颗粒坐标系确定其法线,再转换到法线坐标系进行镜面反射或漫反射。将这种间接法与使用反射向量的分布函数的直接法进行了对比。对同一个气体分子在颗粒表面的反射进行1×106次数值试验,两种方法所得镜面反射的速度向量均符合空间均匀分布,漫反射的速度向量分布相互一致。使用两种方法模拟150N液体火箭发动机的两相羽流场,所得气相羽流场几乎相同,间接法计算效率较高。液滴颗粒对气流场的影响主要集中在轴线附近,与无液滴的气流场相比,有液滴时会使气流温度升高、压强增大、马赫数减小。

计算电子射程的直接蒙特卡罗方法

电子射程的计算通常采用吸收曲线线性外推法,但线性外推法在计算与应用上有一定缺陷。采用相对强度衰减至一定比例的定义法也可用来确定射程。本文首先对定义法的数值模拟方案提出改进,然后研究提出计算电子射程的直接蒙特卡罗模拟方法。直接蒙特卡罗模拟方法不需计算注量,直接以射程为统计量,该方法使用方便,不受电子能量、衰减介质厚度的限制,具有很高的计算精度和计算效率,还可给出射程的区间估计。

等壁温加热微通道内气体流动换热特性的直接蒙特卡罗模拟

用直接模拟蒙特卡罗方法对压力边界条件下气体在微通道内的流动换热特性进行了研究,给出了壁面与来流存在温差时的沿程速度分布特点,以及在可压缩性与换热条件综合作用下的温度分布特点。研究结果表明:微通道内气体可压缩性作用显著,温度分布由可压缩性和换热强度的相对强弱综合决定;壁面与来流存在温差时气体沿程速度分布型线在入口段内上凸;壁温高于来流温度时,气流速度与等温流动工况下的速度的相对大小与气体稀薄性有关。

基于蒙特卡罗模拟的商业银行信用风险度量方法

通过与Matlab程序相结合的方式介绍了基于蒙特卡罗模拟的商业银行信用风险度量方法,该方法使在给定的置信水平下科学地估算国内商业银行的信用风险成为可能。

直接模拟蒙特卡罗法模拟二维平面蒸发亚稳态原子退激过程

在原子法激光同位素分离 (AVLIS)工程中 ,金属受电子束的加热而熔化 ,有一部分原子处于亚稳态能级 ,为了分析在蒸发过程中亚稳态原子退激对原子蒸气的速度、温度等物理特性的影响 ,采用直接模拟蒙特卡罗 (DSMC)法模拟钆原子蒸发过程 ,分析亚稳态原子退激过程对蒸气特性的影响。模拟结果表明 :亚稳态原子退激使得原子蒸气的速度增加 ,温度升高 ;克努森数Kn越小 ,原子间碰撞越频繁 。

焊接热影响区微观结构演化的蒙特卡罗计算机模拟方法

焊接热影响区是影响焊接性能的主要区域。焊接热影响区的晶粒长大常常导致焊接热影响区成为性能薄弱的环节,对焊接热影响区晶粒长大的研究一直是焊接接头的重要研究课题。焊接热影响区微观结构演化与诸多因素密切相关,是一个复杂的过程。运用适当的计算机方法进行模拟,完成对晶粒生长的完全预测,具有重要的意义,可以为优化焊接工艺参数,提高焊接质量提供依据。在此对在模拟焊接热影响区微观结构演化时采用的基本方法进行综述。

γ射线大气传输特性的蒙特卡罗方法模拟

利用蒙特卡罗方法计算了距地面30～100km处的γ射线源,通过大气传输到距地面500km轨道上的不同位置处的γ射线的光子注量、能量注量以及能谱和飞行时间谱的变化情况。计算结果表明:到达较大的轨道倾斜角处的积分光子注量比在真空中传输的积分光子注量超出了30%～90%,能量注量的传输值几乎与真空中的传输值相同。这是由于源附近大气对光子散射到达探测点的注量超过大气对光子的吸收所致。高能注量主要来自非碰撞光子,低能注量来自散射光子。

蒙特卡罗方法模拟PVD薄膜生长的研究进展(综述)

综述了蒙特卡罗方法模拟物理气相沉积薄膜生长的研究进展.特别对基底的表面形貌、结构缺陷、沉积温度等因素对薄膜生长影响的蒙特卡罗方法模拟的研究进展进行了分析和归纳.最后对蒙特卡罗方法模拟薄膜生长的研究进行了展望.