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温稠密物质模拟的第一性原理方法进展

物理学进展 2024年第2期44卷 49-72页

作者：张航陈默涵高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心北京大学工学院北京100871 北京大学物理学院北京100871 北京科学智能研究院北京100080

温稠密物质(Warm Dense Matter,WDM)是介于凝聚态物质和等离子体之间的一种过渡状态的物质,也是行星物理、实验室天体物理和惯性约束聚变等高能量密度物理领域的前沿科研方向。温稠密物质的量子效应显著,具有部分电离、强耦合、电子简... 详细信息

温稠密物质(Warm Dense Matter,WDM)是介于凝聚态物质和等离子体之间的一种过渡状态的物质,也是行星物理、实验室天体物理和惯性约束聚变等高能量密度物理领域的前沿科研方向。温稠密物质的量子效应显著,具有部分电离、强耦合、电子简并和热效应等重要的物理性质,因此需要采用量子力学的基础理论来描述。近年来,基于量子力学的第一性原理计算模拟方法发展迅速,逐渐成为了深入理解温稠密物质性质的有效工具。一方面,直接将凝聚态物理和材料科学中广泛适用的第一性原理方法应用于温稠密物质面临着巨大的挑战,特别是在宽温区和极端高压等极端条件下,需要不断改进现有的第一性原理算法和软件。另一方面,基于机器学习的分子动力学方法发展迅速,也给温稠密物质模拟带来了新的工具。在这篇综述中,我们首先回顾了适用于温稠密物质模拟的传统第一性原理方法,包括Kohn-Sham密度泛函理论方法和无轨道密度泛函理论方法。其次,我们介绍了近年来发展的新方法和软件,例如改进的第一性原理方法和随机密度泛函理论方法,后者已在国产开源密度泛函理论软件原子算筹(ABACUS)中实现。以上新方法可以显著提升温稠密物质的计算规模和效率,从而提升温稠密物质的结构、动力学和输运系数等性质的计算精度。

关键词：温稠密物质第一性原理分子动力学机器学习原子算筹

RBS法测量重元素衬底上轻元素薄靶厚度的方法研究

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原子能科学技术 2021年第2期55卷 348-352页

作者：吴笛仇猛淋王乃彦郭冰贺创业王广甫樊启文党永乐刘伏龙付光永杨婉莎魏继红中国原子能科学研究院核物理研究所北京102413 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室北京100875

在核反应实验中,靶厚的精度往往会直接影响实验结果的可靠性。为精确测量重元素衬底上轻元素薄靶的厚度,本文通过卢瑟福背散射(RBS)法,使用能量1.5 MeV的质子束对蒸镀在300μm厚181 Ta衬底上薄74 Ge靶的厚度进行了测量。RBS法测量结果... 详细信息

在核反应实验中,靶厚的精度往往会直接影响实验结果的可靠性。为精确测量重元素衬底上轻元素薄靶的厚度,本文通过卢瑟福背散射(RBS)法,使用能量1.5 MeV的质子束对蒸镀在300μm厚181 Ta衬底上薄74 Ge靶的厚度进行了测量。RBS法测量结果与称重法相差较小,但信噪比从1∶2000提升到1∶12,靶厚相对不确定度由10%减少到5%左右。同时采用SIMNRA软件对测量结果进行了模拟验证,模拟能谱与实验能谱符合较好。通过RBS法测量重元素衬底上轻元素薄靶的厚度,尤其当重元素衬底的质量远大于靶物质时,可有效提高测量结果的信噪比及不确定度,为核反应实验的分析提供了较好的依据。

关键词：卢瑟福背散射薄靶厚度金硅面垒探测器

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基于断裂理论的湿陷性黄土劈裂注浆裂纹扩展

吉林大学学报（工学版） 2017年第5期47卷 1472-1481页

作者：王腾周茗如马连生乔宏霞兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室兰州730050 兰州理工大学理学院兰州730050

为深入研究湿陷性黄土地区浆液在土体中的扩散机制,基于断裂力学理论,建立了一种浆液在二维平面中流动扩散的仿真分析方法。该方法对湿陷性黄土地区劈裂注浆过程中裂纹的产生形式、破坏准则的建立以及裂纹扩展的判定方法进行了描述,实... 详细信息

为深入研究湿陷性黄土地区浆液在土体中的扩散机制,基于断裂力学理论,建立了一种浆液在二维平面中流动扩散的仿真分析方法。该方法对湿陷性黄土地区劈裂注浆过程中裂纹的产生形式、破坏准则的建立以及裂纹扩展的判定方法进行了描述,实现了对裂纹扩展问题及渗流-应力耦合问题的求解。同时,本文利用ABAQUS软件通过建立的裂缝扩展方程,分析了劈裂注浆压力及土体物理力学性质对裂纹扩展长度的影响。研究结果表明:劈裂注浆压力的计算应该重点考虑裂纹扩展长度和土体强度参数的影响;在黄土劈裂注浆过程中无法通过连续加压进行劈裂注浆,应分段加压,确保扩展过程中能量的聚集。最后,通过室内模型试验对裂缝扩展模拟结果进行了验证,得出试验与模型分析结论相近,验证了理论的合理性。

关键词：土木工程湿陷性黄土劈裂注浆裂纹长度断裂力学应力耦合扩展路径

基于MATLAB GUI的物理光学综合仿真软件设计

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中国教育技术装备 2022年第9期 139-143页

作者：刘玉娟黄晓菲宋莹刘颜达朱杨徐洋仲志成吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室 130061 吉林大学仪器科学与电气工程学院 130061

利用MATLAB GUI软件设计物理光学仿真实验平台,建立两种孔径的杨氏干涉现象、五种孔径的夫琅禾费衍射现象以及菲涅尔衍射现象的模拟算法,通过设置各个实验现象的参数模拟相应的图样及光强分布图,具有模拟结果可保存、图形缩放和数据游... 详细信息

利用MATLAB GUI软件设计物理光学仿真实验平台,建立两种孔径的杨氏干涉现象、五种孔径的夫琅禾费衍射现象以及菲涅尔衍射现象的模拟算法,通过设置各个实验现象的参数模拟相应的图样及光强分布图,具有模拟结果可保存、图形缩放和数据游标等功能。利用该实验平台的物理光学实验现象模拟,可以灵活设计实验参数和结构,加深学生对物理光学实际系统的认识和实际实验环节的理解,提升学生的工程实践能力。

关键词： MATLAB GUI 物理光学夫琅禾费衍射菲涅尔衍射仿真实验平台

石墨狭缝中异形孔洞内甲烷赋存状态分子动力学模拟

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煤炭学报 2017年第5期42卷 1243-1250页

作者：白永强杨春梅张雁张兆虹于舒杰姜振学闫化彩东北石油大学电子科学学院黑龙江大庆163318 中国石油大学(北京)非常规天然气研究院北京102249 东北石油大学地球科学学院黑龙江大庆163318 东北石油大学学报编辑部黑龙江大庆163318 吉林大学超硬材料国家重点实验室吉林长春130012 吉林大学原子与分子物理研究所吉林长春130012

页岩气主要以吸附、游离和溶解的方式存在于页岩中,而页岩中有机质孔隙结构的多样性又使得页岩气的赋存状态存在具体的差异,同时也受到地质条件的影响。利用Materials Studio软件构建代表有机质的石墨孔隙模型,在石墨层中建立两种带有... 详细信息

页岩气主要以吸附、游离和溶解的方式存在于页岩中,而页岩中有机质孔隙结构的多样性又使得页岩气的赋存状态存在具体的差异,同时也受到地质条件的影响。利用Materials Studio软件构建代表有机质的石墨孔隙模型,在石墨层中建立两种带有异型孔洞(矩形和三角形)的狭缝。在345 K,38 MPa的特定温压条件下,采用分子动力学方法研究狭缝内甲烷吸附状态和吸附密度。模拟发现在矩形孔洞最底部甲烷的密度值可达0.599 g/cm3,在三角孔洞底部顶角位置密度值可达0.456 g/cm3,均超出或接近液化甲烷密度。同时发现在孔洞内的甲烷径向分布函数值远大于狭缝界面处的值。最后将现场采集的含气页岩样本进行扫描电镜成像,识别有机质孔隙边界,依据模拟结果,确定第1层和第2层吸附边界,并赋予模拟结果计算出的密度值,最终计算出所研究层位页岩有机质内甲烷储集能力和可能含气量。

关键词：石墨甲烷吸附有机质分子动力学

基于TFT-LCD的动态星模拟器星点位置修正方法

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中国光学 2011年第3期4卷 247-251页

作者：王俣张国玉高玉军孙高飞郑茹长春理工大学吉林长春130022 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室吉林长春130022 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

介绍了基于TFT-LCD的动态星模拟器的工作原理及星点位置误差的计算方法。利用经纬仪对动态星模拟器显示的网格星点进行测量,计算了各星点的位置误差及修正系数。对网格上星点的修正系数进行分区处理,并利用Matlab软件对各分区的修正系... 详细信息

介绍了基于TFT-LCD的动态星模拟器的工作原理及星点位置误差的计算方法。利用经纬仪对动态星模拟器显示的网格星点进行测量,计算了各星点的位置误差及修正系数。对网格上星点的修正系数进行分区处理,并利用Matlab软件对各分区的修正系数进行曲线拟合,得到修正系数关于星点位置(方位或俯仰)坐标的方程。结果表明,修正后星点的位置误差均小于35″,满足动态星模拟器的设计要求。

关键词：动态星模拟器经纬仪曲线拟合

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智能地质体综合技术在地质图缩编中的应用

地质通报 2020年第6期39卷 871-879页

作者：何文娜朱长青李仰春陈圆圆王永志蒋作瑞南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210023 吉林体育学院基础课教学研究部吉林长春130012 中国地质调查局发展研究中心北京100037 河北省区域地质调查院河北廊坊065000 吉林大学综合信息矿产预测研究所吉林长春130061 吉林大学地球探测科学与技术学院吉林长春130061 北京创时空科技发展有限公司北京100083

地质图缩编过程中存在地质体合并效率低、处理环节繁杂、成果质量难以保证等问题。提出了一套新的地质体智能化综合方法,依托地图综合方法、人工智能算法、地质专家知识等,采用同属性合并、空间聚合、自定义融合、地质体消除、地质体夸... 详细信息

地质图缩编过程中存在地质体合并效率低、处理环节繁杂、成果质量难以保证等问题。提出了一套新的地质体智能化综合方法,依托地图综合方法、人工智能算法、地质专家知识等,采用同属性合并、空间聚合、自定义融合、地质体消除、地质体夸大等方法进行智能化处理。MapGIS版智绘地质软件中实现了地质体智能综合处理模块,采用自动或人机交互式并行工作模式,通过“一键式”操作可快速完成地质体综合任务。经实际数据测试,验证了地质图缩编中地质体智能综合方法的正确性,可节省80%以上的工作量,极大提高了编图人员的工作效率,对未来开启地质图件智能化编制具有重要意义。

关键词：地图综合地质体综合地质图缩编智绘地质人工智能

基于Aspen Plus 抚顺式油页岩干馏过程模拟方法研究

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化工进展 2017年第1期36卷 121-128页

作者：柏静儒李启凡吴海涛白章王擎东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心吉林吉林132012 中国科学院工程热物理研究所北京100190

利用Aspen Plus软件对抚顺式油页岩干馏过程进行模拟,采用带Fortran气化动力学子程序的自定义反应模型来代替Gibbs反应器,通过与文献中实验数据对比来验证模拟结果的准确性,结果吻合良好。利用该模型研究了主风量和主风饱和度等参数对... 详细信息

利用Aspen Plus软件对抚顺式油页岩干馏过程进行模拟,采用带Fortran气化动力学子程序的自定义反应模型来代替Gibbs反应器,通过与文献中实验数据对比来验证模拟结果的准确性,结果吻合良好。利用该模型研究了主风量和主风饱和度等参数对气体组分、气体热值、气化效率和热效率的影响。研究结果表明:随着气化温度的增加,CO的含量增加,而H_2和CH_4的含量减少,同时气体的热值呈现出逐渐降低的趋势;提高主风量,气化效率、干发生气热效率(ηd)和湿发生气热效率(ηw)均有显著提高,但是过量空气的通入将会造成烧油,建议主风量控制在7.38×10~4~8.61×10~4m^3/h最佳;提高主风饱和度,气化温度呈线性下降;当主风饱和度为90℃时,湿发生气热效率(ηw)达到最大,为37.08%;但是综合考虑实际过程中的合理运行,建议主风饱和度选取80℃为宜。

关键词：油页岩抚顺式干馏过程 Aspen Plus 模拟

基于Aspen Plus用户模型技术的油页岩热解过程模拟

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化工进展 2017年第5期36卷 1682-1689页

作者：柏静儒李启凡吴海涛白章王擎东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心吉林吉林132012 中国科学院工程热物理研究所北京100190

建立了基于油页岩化学结构的热解动力学模型,利用Fortran语言对热解主要组分的数学模型进行编写,基于用户模型嵌入到Aspen Plus软件中,对主要组分产率随温度变化进行了模拟计算,并与文献实验数据进行对比。结果表明:CO和CH_4模拟值与实... 详细信息

建立了基于油页岩化学结构的热解动力学模型,利用Fortran语言对热解主要组分的数学模型进行编写,基于用户模型嵌入到Aspen Plus软件中,对主要组分产率随温度变化进行了模拟计算,并与文献实验数据进行对比。结果表明:CO和CH_4模拟值与实验数据吻合较好;CO_2的模拟值约在600℃之前有较好的契合度,由于模拟中未考虑矿物质分解,导致600℃之后有一定偏差;H2的产率曲线模拟值与文献实验值在开始阶段比较一致,随着时间的延长,偏离程度慢慢变大;550℃之前,页岩油的模拟值与文献实验值吻合程度较好,在高温段的预测有一定偏差。同时对不同温度下主要组分的产率随时间的变化预测发现:随着时间的延长,主要组分的产率先快速增加之后逐渐稳定在一个恒定值;温度较低时,主要组分的产率随着时间的延长而增加。当进一步提高热解温度,完成有机质分解所需要的时间逐渐缩短;在同一时间下,主要组分产率随热解温度的增加而升高。

关键词：油页岩用户模型 Aspen Plus 化学结构模拟