基于单能窄束伽马射线算法计算高分辨率屏蔽自然伽马探测器的三维测井响应

本文应用单能窄束伽马射线理论建立高分辨率屏蔽自然伽马探测器三维测井响应的数值模拟算法.首先利用单能窄束原理,用稳态扩散方程描述伽马光子密度的空间分布,根据扩散方程基本解、放射源空间分布、探测器位置和屏蔽情况,将屏蔽探测器上的总伽马通量表示成放射性地层中的有效探测区域上的体积分和晶体表面上有效接收面的面积分形式.并根据伽马射线传播路径和探测器屏蔽情况,给出有效探测区域的解析表达式,通过数值积分法计算任意复杂情况下探测器上的自然伽马通量,获得伽马测井响应的3D数值模拟算法.并通过数值模拟结果与模型井数据的对比验证了该算法的有效性.最后通过3D数值模拟算法系统研究考察晶体形状（圆柱形晶体、方形晶体）、晶体长度、仪器在井轴中的位置（居中屏蔽探测器、贴井壁屏蔽探测器）、以及测速等不同情况下自然伽马测井响应,设计出新型高分辨率自然伽马测井仪器.     

地震波初至走时的计算方法综述

在地震波场中,初至波到时信息由于初至震相可追踪、易识别性,在地震学领域占有重要的位置,广泛地应用于叠前偏移、叠前速度分析、地震走时层析成像及地震定位等.本文主要介绍了四类具有代表性的计算初至波走时的方法:(1)基于高频近似射线理论方法,如最短路径方法(SPM),及修正后的最短路径方法(MSPM);(2)基于程函方程的数值解方法,如有限差分方法(FD)、快速推进法(FMM)和快速扫描法(FSM);(3)基于惠更斯原理的波前构建法(WFC);(4)基于频率域波动方程数值解法(FWQ).最短路径方法计算精度较高,稳定性较好,但其需要采用更多的网格节点,因此计算效率低;程函方程数值解法无需计算射线路径,具有计算效率高、稳定性较好、易于实现等优势,但其计算精度较低,可以通过引入高阶差分格式得到提高;波前构建法计算精度高,稳定性好,但其需要在射线网格和规则网格之间做网格转换,因此计算效率较低;频率域波动方程方法能适应任意复杂介质,但其计算精度和计算效率较低.     

辅助微分方程完全匹配层在声波方程数值模拟中的应用

在地震波数值模拟中,为提高算法精度,需要使用高阶时间更新格式,而普通的非分裂完全匹配层（PML）吸收边界局限于低阶时间格式。辅助微分方程完全匹配层（ADE PML）是一种可以适应任意阶时间格式的非分裂完全匹配层技术,且可以直接应用复频移拉伸算子以提高PML在高角度入射时的效果。作者将ADE PML应用于声波方程四阶Runge Kutta时间格式的数值模拟中,对其吸收效能进行了检验。数值模拟表明,复频移ADE PML在高角度入射时表现优于非复频移ADE PML。另外,不同辅助变量更新格式的吸收效果存在微小差异,显格式下计算结果与解析解吻合较好。长时间能量衰减计算表明ADE PML可以稳定至2 × 10⁵时间步。     

基于能量方程的建筑结构半主动控制

基于地震作用下结构的能量响应方程,本文提出根据结构吸收能量、相对动能和变形能的变化(对时间的一次导数)进行结构的“开-关”半主动减震的控制律;在物理坐标系中对这3种控制律的动力特征和控制效果,以及作动器参数的选取进行了分析。本文针对建筑结构进行了数值仿真。计算结果表明,本文提出的控制律可以有效地减小了结构的位移响应,对随机不确定的地震波均具有良好的减震效果,适应性强,而且控制器参数合理。其中根据结构变形能推导的控制律的半主动控制效果优于其它2种控制律。     

缓坡方程的有限元解法及应用

利用有限元方法离散椭圆型缓坡方程,能适用于复杂区域,并很好地拟合不规则边界;采用改进共轭梯度法求解离散方程组,可以大大降低计算内存要求,提高计算效率。利用结合上述两种方法的模式对规划的日照港区水域进行了波浪数值计算,并将计算结果与物理模型试验值进行比较,结果表明:该模式能适用于较大区域的波浪场计算,并可以得到较好的计算结果。     

三棱柱形网格下自由表面流的三维数值模拟

为了模拟自由表面流动问题,建立了基于三棱柱形网格的三维Navier-Stokes方程的半隐式动压离散模型。出流边界采用在动量方程右端附加线性衰减项的海绵层处理方式来消减波能。引入k-ε双方程紊流模型求解涡黏性系数,使方程达到封闭。用规则周期波通过淹没障碍物的传播变形和复合明渠流动算例,验证了当遇到短波高频问题时,所述模型模拟结果与测量值吻合良好,体现了模型的精确性和有效性。     

具有复杂计算域和地形的潮汐流动数值模拟

采用无结构网格上的Roe型二阶精度迎风型FVM格式的有限体积方法对具有复杂计算域和地形的胜利油田海域的潮汐流动进行数值模拟。为保证Roe格式能够应用于复杂地形条件下的计算,采用Ropers格式来解决通量梯度项与源项的平衡问题,对摩擦力源项采用分步法求解以增加格式的稳定性。应用此方法对地形复杂的胜利油田海域进行了实际模拟,数值计算结果和实测结果吻合较好。     

基于混合遗传算法估计van Genuchten方程参数

van Genuchten(VG)方程是最常用的土壤水分特征曲线方程,其参数取值的精度直接影响到土壤水分运动方程计算的精度.该文建立了VG方程参数的优化模型,构建遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法对其进行求解,并进行了数值试验.结果表明采用混合遗传算法比普通遗传算法不但提高了收敛效率,而且收敛迭代次数也大大减少;采用混合遗传算法估计参数的精度比非线性单纯形法和阻尼最小二乘法要高一些,而且不需要给参数初值.因此,混合遗传算法可以作为估计VG方程参数的一种新方法.     

有限差分格式与物理量守恒性

为了成功地开展大气数值模拟,如何构造相应的离散格式是一项十分重要的工作.本文以大气球面浅水方程为例,从不同形式的微分方程组出发,分别构造了能量守恒格式、准辛格式和多守恒格式,并作相应的数值检验和比较,从中可以清楚地看到三类格式的优劣.这三类格式构造方法不同,所保持的物理守恒性不完全相同,数值计算时所需机时也不同,这些比较结果为实际工作的不同使用需求提供了选择依据.     

利用GPS监测电离层不均匀结构探讨

利用上海地区GPS综合应用网提供的高时空分辨率的双频GPS观测资料,研究了该区域内一电离层不均匀体的产生、消亡过程.首先,采用Kalman滤波的方法改善双频伪距之差的观测精度,并利用参数估计的方法计算该时段内相应的硬件延迟.再根据电离层单层模型,利用GPS双频观测量、测站位置和GPS精密星历,求出GPS信号穿刺点的坐标和垂直方向电离层的电子含量;然后内插并获取其等值线图.等值线图随时间的变化表明,受等离子体湍流的影响,2003年9月8日北京时间9时40分左右在38°N、118°E左右产生了一电离层不均匀体,其尺度大约在50km左右,生存时间大约为5min.受地球重力场和高空风场的影响,该不均匀体向东北方向扩散.然后,利用大气扩散模型,按扩散方程计算分析了该不均匀体可能发生的电离层层区.理论计算表明,该不均匀体发生在电离层扩展F区,高度在350km左右.