Numerical integration of stochastic differential equations: A parallel cosmic ray modulation implementation on Africa’s fastest computer

Three-dimensional studies of the transport and modulation of cosmic ray particles in turbulent astrospheres require large-scale simulations using specialized scientific codes. Essentially, a multi-dimensional Fokker-Planck type equation (a parabolic diffusion equation) must be integrated numerically. One such approach is to convert the relevant transport equation into a set of stochastic differential equations (SDEs), with the latter much easier to handle numerically. Due to the growing demand for high performance computing resources, research into the application of effective and suitable numerical algorithms to solve such equations is needed. We present a case study of the performance of a custom-written FORTRAN SDE numerical solver on the CHPC (Centre for High Performance Computing) Lengau cluster in South Africa for a realistic test problem with different set-ups. It is shown that SDE codes can scale very well on large parallel computing platforms. Finally, we consider an extremely computationally expensive application of the SDE approach to cosmic ray modulation, studying the behaviour of galactic cosmic ray proton latitude gradients and relative amplitudes in a physics-first manner. This is done using a modulation code that employs diffusion coefficients derived from first principles, which in turn are functions of turbulence quantities in reasonable agreement with spacecraft observations and modelled using a two-component turbulence transport model (TTM). We show that this approach leads to reduced latitude gradients qualitatively in line with spacecraft observations of the same, without making ad hoc assumptions as to anisotropic perpendicular diffusion coefficients as are often made in many cosmic ray modulation studies.     

激波绕拐角运动流场的数值模拟

本文采用时间和空间方向均为二阶精度的 TVD 有限差分格式来数值模拟冲击波绕三角形、半菱形障碍物的非定常复杂流场,算出了与理论分析一致的流场结构,成功地捕获了激波、膨胀波、二次弱反射激波等物理特征。     

三维Euler方程的自适应八叉树结构直角网格算法

给出了三维自适应八叉树结构直角网格的生成方法,采用了以几何外形为基础的网格加细方法,并解决了网格生成过程中的若干难点,使网格生成更简便迅速,产生的网格更适合于Ｅｕｌｅｒ方程计算。在计算中采用以中心差分为基础的Ｊａｍｅｓｏｎ的有限体积法和以面为基础的通量计算方法,减少了工作量。在物面边界处采用通量分解的方法实现边界条件,简单易行。本文对前机身、单个及多个外挂等问题进行了数值实验。结果表明,计算与实验符合较好。     

高阶(2+1)维色散长波方程的孤波解

为了求高阶(2 1)维色散长波方程的精确解，先通过变换将其变为一个简单的方程．然后利用各种方法求该方程的精确解，最后再通过变换得到了高阶(2 1)维色散长波方程的若干新孤波解，本文简化了求非线性模型精确解的双曲正切函数法、双曲函数法、平衡齐次法及扩展的双曲正切函数法等方法。     

空气调节─般性能量方程的探讨

首先提出了热、温调节过程理想化物理模型，进而建立了空气状态变化过程的一般性能量方程和空调设备容量计算的一般性能量方程，揭示了空气得（失）热量和空调设备供热（冷）量之间的区别与联系，最后讨论了一般性能量方程在几种特殊情况下的应用．本文工作较好解决了空气调节能量分析中容易引起误解和混淆的问题，并对空气调节中某些过程的分析提供了方便。关键词     

二次有理双圆弧曲线及其在CAD中的应用

阐明了由三点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２确定的双圆弧的连接点可用控制点表示，其轨迹是圆心在Ｐ０Ｐ１中垂线上，半径为的圆弧是（ｌ＝｜Ｐ０Ｐ２｜，θ１，θ２△Ｐ０Ｐ１Ｐ２的底角）。提出了三种满足光顺性要求的选择连接点的方法。证明了用二次有理Ｂｅｚｉｅｒ曲线精确表示圆弧的充要条件是其中ｋ≠０，ω０，ω１，ω２为权因子。进而建立了双圆弧曲线的有理参数方程，即其中Ｆｉ（ｔ）与Ｇｉ（ｔ）是双圆弧基函数。作为应用，最后构造了一类以双圆弧为横向截线的曲面，包括其特殊情形双圆弧锥面和双圆弧柱面。     

Apram模型上双曲型方程初边值问题数值方法的并行性研究

针对Ａｐｒａｍ模型［１］，研究了双曲型方程初边值问题差分格式的并行实现方法。文中不仅讨论了差分格式在Ａｐｒａｍ模型上的各种并行处理技术，而且对并行算法的可扩放性进行了讨论，最后设计了适合于Ａｐｒａｍ模型结构特征的并行计算程序，对二维Ｅｕｌｅｒ方程正规激波反射问题的计算实践，结果令人满意     

嵌套网格粘性流动数值模拟用于风洞洞壁干扰研究

运用嵌套网格技术和Navier Stokes数值模拟对机翼半模和翼身组合体试验时风洞的四壁干扰进行综合模拟、评估和修正。计算格式在空间上采用中心有限体积离散 ,在时间上采用多步Runge Kutta时间步长格式进行积分。计算结果证明了该方法的可行性和优越性。     

飞机自动配电管理系统电气负载管理技术的研究

飞机配电系统是现代飞机的一个重要组成部分，做好这项研究工作可以提高飞机的供电质量、飞机完成任务的概率以及飞机自身的安全性，减少体积重量及全周期费用，使我国飞机配电技术上一个新台阶。本文就某型双发动机战斗机对电气负载自动管理技术进行了系统研究，研究了一种电气负载管理优先级设置方法，建立了电气负载的控制方程和电气负载的电源请求方程。系统模拟实验结果表明，采用电气负载自动管理技术大大提高了飞机配电系统的可靠性和可维护性。     

槽道湍流相干结构的研究

采用高阶差分方法求解非定常不可压Navier-Stokes方程，进行槽道流相干结构的数值研究，与常用的谱方法相比，不需限制边界条件，可用于更一般的粘性流体的流动问题，文中所用时间分裂法和三维耦合高阶差分格式适用于包括邻近边界点在内的整个计算区域，克服了三维各自用高阶中心差分格式不适用邻近边界点的困难。通过算例模拟了槽道流动中单个相干结构的演化发展规律，结果与实验一致。