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基于时域有限差分的地下管线探测数值模拟
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作者 吕雅琪 程晓文 +2 位作者 饶奔煌 许耀凯 罗旖琦 《机电工程技术》 2025年第1期92-95,112,共5页
探地雷达作为一种无损检测手段广泛应用于地下管线探测,能快速探测到地下管线的位置、埋深及管径情况,给工程施工带来极大便利。然而高频雷达波波长短、介质吸收强烈,使得探测剖面较为复杂,探地雷达对地下管线的探测效果也因管线材质和... 探地雷达作为一种无损检测手段广泛应用于地下管线探测,能快速探测到地下管线的位置、埋深及管径情况,给工程施工带来极大便利。然而高频雷达波波长短、介质吸收强烈,使得探测剖面较为复杂,探地雷达对地下管线的探测效果也因管线材质和天线频率而不同。为了提高探测的效果和解释的准确性,采用基于时域有限差分的gprMax开源代码对地下管线探测进行数值模拟。在天线频率400 MHz,圆管埋深0.9 m工况下,对不同管线材质进行仿真,结果显示,金属圆管反射电场强度是PVC圆管反射的两倍。说明当管线材质与周围介质介电常数差异大时,反射波能量强,雷达剖面结构更清晰。分别对400、900和1500 MHz天线频率进行仿真,结果表明雷达图的分辨力随着天线频率增加而提升。最后对管内介质分别为空气和水的工况进行仿真,在天线频率400 MHz工况下,管内介质为水的雷达图呈现3个明显的双曲线,管内介质为空气的雷达图值呈现1个明显的双曲线,说明电磁波在水中的能量衰减比空气中少。 展开更多
关键词 时域有限差分 地下管线 探地雷达 数值模拟
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基于有限差分方法的水中爆炸三维数值模拟
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作者 张华 陈龙伟 +1 位作者 汪旭光 杨军 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期883-886,共4页
针对水中爆炸的三维数值模拟问题,采用基于有限差分的拉格朗日与欧拉相结合的方法,在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,进行了炸药在水中爆炸的三维数值模拟.爆炸场中考... 针对水中爆炸的三维数值模拟问题,采用基于有限差分的拉格朗日与欧拉相结合的方法,在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,进行了炸药在水中爆炸的三维数值模拟.爆炸场中考虑了有刚性障碍物及有反射有限边界计算域.结果表明,模拟结果与实际情况基本吻合,特别是冲击波在水中传播的模拟效果较好,证明所采用的三维数值模拟方法是有效和可行的. 展开更多
关键词 水中爆炸 有限差分 三维数值模拟
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大密度比气泡在多孔介质通道内上升行为的三维介观数值模拟
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作者 赵兹卿 严裕 娄钦 《物理学报》 北大核心 2025年第5期97-109,共13页
本文基于格子Boltzmann方法,使用三维数值模拟研究了复杂多孔介质中大密度比气泡运动行为,重点探讨Eötvös数(Eo)、接触角(θ)和Reynolds数(Re)耦合作用对气泡速度、形态演化及停滞现象的影响规律.研究发现,在多孔介质中,接触... 本文基于格子Boltzmann方法,使用三维数值模拟研究了复杂多孔介质中大密度比气泡运动行为,重点探讨Eötvös数(Eo)、接触角(θ)和Reynolds数(Re)耦合作用对气泡速度、形态演化及停滞现象的影响规律.研究发现,在多孔介质中,接触角增大降低了气泡速度,并加剧速度波动,使气泡趋于扁平化.Eo的增大则可显著抑制扁平化趋势,稳定气泡速度,使其形态更接近子弹头状.当接触角较大且Eo较小时,黏附力增强会导致气泡停滞于多孔介质内部.此外,Re与接触角在阻力构成中呈竞争关系,对气泡的平均速度具有相互增强的作用,而在较大接触角下,Re增大会导致气泡尾部不稳定并易断裂.研究还表明,低Eo和低Re条件下气泡速度随Eo增大而下降,而在高Eo和高Re条件下则呈相反趋势,这一现象源于气泡形态的不稳定性对浮力和速度的影响. 展开更多
关键词 格子 BOLTZMANN 方法 气液两相流 多孔介质 三维数值模拟
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严寒地区拱坝溢流表孔三维有限元数值模拟分析
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作者 王莉艳 《红水河》 2024年第2期32-36,共5页
溢流表孔作为拱坝重要的泄水建筑物,对大坝安全运行具有重要的作用。以某拱坝溢流表孔为例,该表孔地处高纬度严寒地区、结构复杂且地震烈度高,通过三维有限元法对表孔在不同工况下的静、动力应力进行计算分析,根据计算结果,对表孔结构... 溢流表孔作为拱坝重要的泄水建筑物,对大坝安全运行具有重要的作用。以某拱坝溢流表孔为例,该表孔地处高纬度严寒地区、结构复杂且地震烈度高,通过三维有限元法对表孔在不同工况下的静、动力应力进行计算分析,根据计算结果,对表孔结构进行配筋设计,确定受拉钢筋的布置方式及配筋量,使表孔结构钢筋布置满足承载力及正常使用要求。研究结果可为类似工程配筋设计提供参考依据。 展开更多
关键词 溢流表孔 泄水建筑物 三维有限元法 数值模拟 严寒地区
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大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟的并行计算研究 被引量:21
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作者 李焱 胡祥云 +4 位作者 杨文采 魏文博 方慧 韩波 彭荣华 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期4036-4043,共8页
为了更有效的提高大地电磁三维正演的计算速度,引入了并行处理技术.大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟是按照不同频率来计算的,各频率之间求取电磁场值的过程是相互独立的.根据这一特点,可以将多个频率的计算任务平均划分为一个或... 为了更有效的提高大地电磁三维正演的计算速度,引入了并行处理技术.大地电磁三维交错网格有限差分数值模拟是按照不同频率来计算的,各频率之间求取电磁场值的过程是相互独立的.根据这一特点,可以将多个频率的计算任务平均划分为一个或者几个频率的计算子任务,分配到各个计算节点去并行执行,计算完成后将结果汇总.本文通过采用主从并行模式、分频并行计算的方案,在曙光TC5000A高性能并行平台上实现了基于MPI的大地电磁三维正演的并行计算.通过两个理论模型对实现的大地电磁三维正演并行算法进行试算,对比分析了多个节点机下程序的执行效率.测试结果表明,所实现的三维正演并行算法是正确的、高效的,为进一步的大地电磁三维反演并行算法研究奠定了重要基础. 展开更多
关键词 大地电磁 三维正演数值模拟 交错采样有限差分 并行算法 MPI
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基于指定应力方法的混凝土开裂的三维数值模拟
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作者 张晓庆 王家林 +2 位作者 易志坚 张拓 王敏 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第12期1541-1554,共14页
基于指定应力方法,根据线弹性理论推导出了一种新的混凝土开裂的空间有限元列式,根据该有限元公式编制了相应的C++计算程序.通过3个算例,将该文算法与理论结果以及ABAQUS中XFEM计算结果进行对比,验证了该文开裂算法的正确性.与常规开裂... 基于指定应力方法,根据线弹性理论推导出了一种新的混凝土开裂的空间有限元列式,根据该有限元公式编制了相应的C++计算程序.通过3个算例,将该文算法与理论结果以及ABAQUS中XFEM计算结果进行对比,验证了该文开裂算法的正确性.与常规开裂算法相比,该文开裂算法开裂积分点的应力一旦指定为零(开裂状态),在后续计算中将不会出现非零,不需要迭代过程去调整为零,大大减少了迭代次数和每次迭代过程中需要处理的数据量;相较于ABAQUS中的XFEM算法只能使用一阶单元,本文开裂算法可以使用二阶单元进行开裂计算,在其他计算环境相同的情况下对开裂区域和开裂状态的判断更准确,这为商业有限元软件采用二阶单元进行更精细的开裂计算提供了一种新的途径和算法. 展开更多
关键词 指定应力方法 有限 混凝土开裂 三维数值模拟
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炸药激光起爆过程的准三维有限差分数值模拟 被引量:8
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作者 周霖 刘鸿明 徐更光 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 2004年第1期16-19,共4页
根据含锌材料的热起爆机理,建立了在激光作用下炸药点火过程的三维(二维轴对称)有限差分模型,运用此模型对RDX、PETN、HMX和改性B炸药在激光作用下的温度成长过程、温度场分布及点火延迟时间进行了数值模拟。结果表明,三维模型延迟时间... 根据含锌材料的热起爆机理,建立了在激光作用下炸药点火过程的三维(二维轴对称)有限差分模型,运用此模型对RDX、PETN、HMX和改性B炸药在激光作用下的温度成长过程、温度场分布及点火延迟时间进行了数值模拟。结果表明,三维模型延迟时间计算结果与实验结果较为符合;药柱温度增长主要是在激光照射面上很薄一层药剂内发生;激光的光斑直径、脉宽和炸药的激光吸收系数对点火能量阈值有较大的影响。 展开更多
关键词 炸药 激光点火 三维有限差分模型 点火延迟时间 数值模拟
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三维断层模型的MT倾子响应数值模拟
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作者 林兴龙 顾观文 +4 位作者 牛兴国 武晔 王顺吉 王英杰 曹来 《物探与化探》 2025年第1期82-99,共18页
倾子矢量作为大地电磁测深法中的一个重要参数,适用于推断介质横向不均匀的断裂构造。地下断层构造一般具有三维性和复杂性的特点,为了揭示三维断层模型的大地电磁倾子响应特征,本文基于矢量有限元法开展了三维断层模型的大地电磁倾子... 倾子矢量作为大地电磁测深法中的一个重要参数,适用于推断介质横向不均匀的断裂构造。地下断层构造一般具有三维性和复杂性的特点,为了揭示三维断层模型的大地电磁倾子响应特征,本文基于矢量有限元法开展了三维断层模型的大地电磁倾子响应数值模拟。首先,通过理论模型试算,并与前人的有限元法计算结果对比,验证了三维倾子正演计算程序的正确性。在此基础上,分别对直立断层、正断层、逆断层和走滑断层4种典型的三维断层模型进行正演模拟,获得倾子响应的实部、虚部、振幅和相位。模拟结果表明:在两种极化模式下,倾子实部、虚部和振幅响应特征对4种不同类型断层的性质、走向、倾向等信息反映效果明显,同时又表现了断层横向不均匀的边界位置,可作为判别断层类型和特征的重要依据;相比于倾子实部、虚部和振幅的响应特征,倾子相位响应特征较为复杂,难以有效反映断层特征信息。 展开更多
关键词 大地电磁测深 三维断层模型 倾子矢量 矢量有限 数值模拟
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基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维交错网格高阶有限差分数值模拟 被引量:7
9
作者 李红星 刘财 陶春辉 《世界地质》 CAS CSCD 2007年第4期501-508,共8页
从BISQ模型弹性波的本构方程和运动方程出发,推导出了基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维高阶交错网格有限差分算法,进行了数值模拟,在低频下能看到明显的快纵波、快横波和微弱慢纵波,在高频情况下可以看到明显的快纵波、快横波... 从BISQ模型弹性波的本构方程和运动方程出发,推导出了基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维高阶交错网格有限差分算法,进行了数值模拟,在低频下能看到明显的快纵波、快横波和微弱慢纵波,在高频情况下可以看到明显的快纵波、快横波、慢纵波和慢横波。在三维情况下对比了xoz、xoy、yoz平面内的波场切片,并对平行xoz平面,不同y值处的波场切片进行了对比,结果证明三维数值模拟可以从不同角度更好地反映波场的传播特性。 展开更多
关键词 孔隙介质 交错网格 高阶有限差分 数值模拟
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井眼条件下弹性波传播问题的三维有限差分数值模拟 被引量:9
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作者 杨慧珠 张友生 陶果 《地球物理学进展》 CSCD 2003年第2期348-352,共5页
推导了二阶改进Higdon吸收边界条件 .利用空间上具有四阶精度、时间上具有二阶精度的中心差分方法 ,数值模拟了几种复杂井眼条件下的波场 .给出了正交各向异性介质地层条件和椭圆井眼条件下波场模拟的结果 .考查并分析了单极子源和偶极... 推导了二阶改进Higdon吸收边界条件 .利用空间上具有四阶精度、时间上具有二阶精度的中心差分方法 ,数值模拟了几种复杂井眼条件下的波场 .给出了正交各向异性介质地层条件和椭圆井眼条件下波场模拟的结果 .考查并分析了单极子源和偶极子源条件下的波场特性 ,所得结论与弹性波传播理论一致 .通过计算表明 ,利用改进的Hig don吸收边界条件 ,声波测井三维模拟程序可用于复杂井眼各向异性地层条件的波场传播模拟 . 展开更多
关键词 吸收边界条件 三维有限差分 弹性波传播 数值模拟
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长周期地震动三维有限元数值模拟方法 被引量:11
11
作者 丁海平 刘启方 金星 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2006年第5期27-31,共5页
采用数值方法对长周期地震动进行模拟已成为当前强地面运动预测的研究方向之一。本文提出了一种有限元并行计算的高效地震动数值模拟方法,可以同时考虑震源、传播途径和场地条件对地震动的影响,并根据昆明地区未来可能发生的设定地震对... 采用数值方法对长周期地震动进行模拟已成为当前强地面运动预测的研究方向之一。本文提出了一种有限元并行计算的高效地震动数值模拟方法,可以同时考虑震源、传播途径和场地条件对地震动的影响,并根据昆明地区未来可能发生的设定地震对昆明市的影响地震动进行了预测。这一方法可以应用于国内已探测的发震活断层进行地震危害性评价工作。 展开更多
关键词 长周期地震动 三维有限数值模拟 并行计算 活断层
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基于新的差分结构的时-空域高阶有限差分波动方程数值模拟方法 被引量:10
12
作者 张保庆 周辉 +1 位作者 陈汉明 盛善波 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1804-1814,共11页
传统的高阶有限差分波动方程数值模拟方法采用高阶差分算子近似空间偏导数,能有效抑制空间频散.然而,传统的有限差分法仅采用二阶差分算子近似时间偏导数,这使得地震波场沿时间外推的精度较低.当采用较大的时间采样间隔,传统的有限差分... 传统的高阶有限差分波动方程数值模拟方法采用高阶差分算子近似空间偏导数,能有效抑制空间频散.然而,传统的有限差分法仅采用二阶差分算子近似时间偏导数,这使得地震波场沿时间外推的精度较低.当采用较大的时间采样间隔,传统的有限差分法模拟波场会出现明显的时间频散,甚至不稳定.本文基于新的差分结构和中心网格剖分,发展了一种空间任意偶数阶精度、时间四阶和六阶精度的时空域有限差分方法.基于对离散后的频散关系进行泰勒展开,本文推导了时空域高阶有限差分算子的差分系数.相速度分析表明时间四阶、六阶精度的差分方法能显著地减小传统时间二阶精度差分方法的时间频散.在相同的精度下与传统差分法比较,本文发展的时间四阶、六阶有限差分方法的计算效率比传统方法高.均匀和非匀均介质中的波场数值模拟实验进一步证实本文研究的时空高阶有限差分方法的优越性. 展开更多
关键词 波动方程 时空域 高阶有限差分 数值模拟
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基于伪谱和有限差分混合方法的兰州盆地强地面运动二维数值模拟 被引量:6
13
作者 严武建 王彦宾 石玉成 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期302-310,共9页
利用伪谱和有限差分混合方法对兰州盆地进行二维强地面运动模拟。假设3个不同的震源深度5、10、20km的同一地震下,以一个5层的二维剖面作为模型,以此来研究地震波传播过程并分析复杂的二维非均质路径效应,以及局部地下速度构造对强地面... 利用伪谱和有限差分混合方法对兰州盆地进行二维强地面运动模拟。假设3个不同的震源深度5、10、20km的同一地震下,以一个5层的二维剖面作为模型,以此来研究地震波传播过程并分析复杂的二维非均质路径效应,以及局部地下速度构造对强地面运动振幅加乘的影响,从而了解路径效应对强地面运动最大峰值位移的影响程度。研究结果显示:伪谱和有限差分混合方法模拟地震波场结合了有限差分法和伪谱法的优点,弥补了二者的不足,能较好地处理介质不连续面的计算,同时保证了和伪谱法相当的计算精度。通过地震波场模拟可知沉积盆地的强地面运动较基岩相比具有放大效应,震源深度的不同对兰州盆地垂直分量地面最大峰值位移影响较大,在震源深度为5km时最小,为0.06cm;震源深度10km时在水平剖面30~55km范围内峰值位移最大,达到0.14cm;但对水平分量的峰值位移影响较小。 展开更多
关键词 兰州盆地 伪谱和有限差分混合方法 地面峰值位移 波场模拟
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起伏地表三维电阻率法有限差分数值模拟 被引量:3
14
作者 韩江涛 刘国兴 金忠宝 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2009年第1期195-200,共6页
有限差分法是地球物理数值模拟中最常用的方法之一,为了研究起伏地表对三维电阻率法的影响问题,本文基于网格变换方法将起伏地表映射成水平地表,推导出映射后坐标系下稳定电流场基本方程.采用有限差分法对映射后的控制方程进行数值模拟... 有限差分法是地球物理数值模拟中最常用的方法之一,为了研究起伏地表对三维电阻率法的影响问题,本文基于网格变换方法将起伏地表映射成水平地表,推导出映射后坐标系下稳定电流场基本方程.采用有限差分法对映射后的控制方程进行数值模拟.通过对三维山谷、山脊地形进行数值模拟,分析不同测量装置的地形影响.结果表明:起伏地表对稳定电流场的影响很大. 展开更多
关键词 起伏地表 电阻率法 网格映射 有限差分 数值模拟
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大型铸钢齿轮三维有限差分单元的计算机自动剖分及凝固数值模拟 被引量:1
15
作者 姚山 郑贤淑 《铸造》 CAS CSCD 北大核心 1995年第2期6-11,共6页
以大型铸钢双辐板齿轮为例,完成了齿轮的三维实体造型、单元剖分及不同工艺条件下齿轮凝固进程的数值模拟,并通过引入单元变形系数来实现齿轮中立筋板的凝固模拟计算。采用这种计算机单元剖分和凝固数值模拟,保证了计算精度,并可大... 以大型铸钢双辐板齿轮为例,完成了齿轮的三维实体造型、单元剖分及不同工艺条件下齿轮凝固进程的数值模拟,并通过引入单元变形系数来实现齿轮中立筋板的凝固模拟计算。采用这种计算机单元剖分和凝固数值模拟,保证了计算精度,并可大量节省计算时间和费用。 展开更多
关键词 铸钢件 齿轮 三维 有限差分单元 计算机模拟
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有限差分数值模拟方法在破碎顶板煤巷锚杆支护设计中的应用 被引量:6
16
作者 王泽进 《煤矿开采》 2000年第3期29-31,共3页
介绍了应用有限差分数值模拟进行煤巷锚杆支护设计的方法 ,并通过现场的成功应用 ,验证了该方法的合理性与科学性 ,指出在应用中应注意的几个问题。
关键词 有限差分 破碎顶板 锚杆支护设计 数值模拟 巷道
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地震断层危害场的有限差分三维数值模拟
17
作者 程海英 谢江 邵华钢 《计算机应用与软件》 CSCD 2010年第10期79-82,共4页
采用显式拉格朗日有限差分法,通过对所建立的张店-仁河断裂的地质构造三维结构模型施加不同的地震波荷载,得到了地震活断层危害场的数值模拟结果,包括各种情况下的变形场、应力场和位移场。数值模拟结果均以图形化的方式显示出来,最后... 采用显式拉格朗日有限差分法,通过对所建立的张店-仁河断裂的地质构造三维结构模型施加不同的地震波荷载,得到了地震活断层危害场的数值模拟结果,包括各种情况下的变形场、应力场和位移场。数值模拟结果均以图形化的方式显示出来,最后对模拟计算结果进行了分析。 展开更多
关键词 有限差分 地震 断层 数值模拟
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声波高阶有限差分法三维VSP数值模拟 被引量:1
18
作者 张明秀 赵茂强 《油气地球物理》 2014年第1期24-28,共5页
采用声波高阶有限差分算法,克服了有限差分法本身存在的数值频散问题,使用了最佳匹配层吸收边界,较好地消除了边界反射,成功模拟了VSP波场在地下介质中的传播情况。通过三维VSP数值模拟,获得了分辨反射波、绕射波等各种波形的声波VSP剖... 采用声波高阶有限差分算法,克服了有限差分法本身存在的数值频散问题,使用了最佳匹配层吸收边界,较好地消除了边界反射,成功模拟了VSP波场在地下介质中的传播情况。通过三维VSP数值模拟,获得了分辨反射波、绕射波等各种波形的声波VSP剖面,证实了该方法的有效性。 展开更多
关键词 数值模拟 高阶有限差分 最佳匹配层吸收边界 垂直地震剖面
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基于时域有限差分法的TiO_(2)纳米纤维膜光学数值模拟及优化设计
19
作者 晏榆洋 郭竑宇 斯阳 《东华大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第4期57-62,共6页
针对高太阳光反射率和低成本的材料开发需求,基于时域有限差分法模拟TiO_(2)纳米纤维膜中结构参数对膜材料反射性能的影响规律,结果表明:当TiO_(2)纳米纤维直径为300nm时,材料具有最优的宽带散射性能,其太阳光波段内的积分散射率为2.462... 针对高太阳光反射率和低成本的材料开发需求,基于时域有限差分法模拟TiO_(2)纳米纤维膜中结构参数对膜材料反射性能的影响规律,结果表明:当TiO_(2)纳米纤维直径为300nm时,材料具有最优的宽带散射性能,其太阳光波段内的积分散射率为2.462;太阳光反射率与纤维膜厚度呈正相关,当纤维膜厚度增至150μm时,膜材料具有优异的太阳光反射性能。通过调控静电纺丝工艺参数和纺丝时间,制备出不同纤维直径和不同厚度的TiO_(2)纳米纤维膜材料。膜材料的太阳光反射率测试结果表明:当所制备的TiO_(2)纳米纤维平均直径为293.2nm、膜厚度为155μm时,膜材料具有高太阳光反射率(94.50%)。 展开更多
关键词 时域有限差分 TiO_(2) 纳米纤维膜 数值模拟
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三维全空间金属离子污染的坑道探地雷达有限差分数值模拟研究
20
作者 王国方 《环境科学与管理》 CAS 2020年第6期67-71,共5页
针对三维全空间金属离子污染的探测,传统的坑道探地雷达有限差分数值模拟存在模拟偏差,导致输出结果精确程度偏低,为此针对三维全空间金属离子污染,研究探地雷达有限差分数值模拟方法。根据常见介质的基本物理量,分析探地雷达的电磁波... 针对三维全空间金属离子污染的探测,传统的坑道探地雷达有限差分数值模拟存在模拟偏差,导致输出结果精确程度偏低,为此针对三维全空间金属离子污染,研究探地雷达有限差分数值模拟方法。根据常见介质的基本物理量,分析探地雷达的电磁波辐射特点和衰减特性;模拟一个无限的三维全空间,设置吸收边界条件;利用Maxwell方程,设置解在三维空间内的稳定性条件;建立有限差分方案,实现探地雷达对三维全空间内,金属离子污染的有限差分数值模拟。 展开更多
关键词 三维全空间 金属离子污染 探地雷达 有限差分 数值模拟
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