基于FDK的任意轨迹重建算法研究

为克服工业CT扫描较大工件时CT成像系统有效透照厚度受限,在FDK算法的基础上,突破常规的直线、圆和螺旋轨迹扫描模式,研究推导了任意轨迹的扫描模式。并将FDK算法推广到任意轨迹上,弥补了投影数据的缺失,实现了复杂结构件三维CT重构的任意轨迹重建算法。进行了倾斜圆、马鞍线等扫描轨迹的重建,结果表明:该方法具有扫描速度快、时间短的特点,更能提高长宽比较大的结构件重建质量,是医学CT和工业CT常用的算法,且适用于不同设备各种扫描轨迹。     

γ图像重构放射源三维分布的物理模型设计

快速测定放射性物质污染的位置、分布、剂量对核安全有重要意义。γ相机成像是快速测定核污染位置二维图像的主要手段,用二维图像重构核污染位置三维分布是一种实现快速测定核污染位置、分布的主要技术。通过对γ相机成像过程进行研究,建立了放射源三维分布重构对应的物理模型,并在ML-EM重建算法下得到基本正确的结果。     

基于界面跟踪与两流体模型的耦合模型对金属液柱碎化的数值模拟

针对熔融物与冷却剂相互作用(FCI)过程中多尺度相界面共存的复杂流型,将基于流体体积法(VOF)的界面跟踪模型与两流体模型耦合在一套统一的数值求解框架下,得到一个新的多相流数值模型,可以模拟大尺度界面流体与小尺度界面流体共存的复杂多相流过程。该模型中,对于动量场,流体根据界面尺度分为连续相和离散相。连续相界面通过VOF/PLIC方法进行捕捉,离散相表面积浓度分布通过表面积输运方程模拟。耦合模型的控制方程通过MCBA-SIMPLE算法求解。使用该模型对金属液柱的流动和碎化过程进行模拟,并与实验观测结果进行对比,同时还对液柱碎化速率模型和金属液滴初始直径的影响进行了探讨。结果表明:原液柱碎化模型对液柱贯穿深度有所高估;金属液滴初始直径的选择将对熔融物的冷却效率造成显著影响。     

一种基于ART算法的快速图像重建技术

ART算法是一个不断迭代的图像重建方法,提高该算法的重建速度一直是研究的重要方面。针对ART算法简化权因子重建模型,提出了一种快速网格遍历算法,通过简单的加减法和比较运算,即可确定射束穿过的网格编号。由于权因子在迭代过程中实时计算,节省了大量的存储空间,大大提高了ART算法的重建速度。实验结果表明本文提出的算法非常有效,与传统方法相比,重建速度提高了近10倍。     

随机扰动三维流体界面不稳定性的并行计算

对三维流体界面不稳定性的数值模拟引进了新的数值计算方法,并在 MPI 并行计算环境下进行了数值模拟。利用 Level Set 方法确定界面位置,零水平集对应界面位置。对应离散 Level Set 方程和界面两侧的两套 Euler 方程,借助于 Ghost 网格方法完成离散。如何确定临近界面的网格点的状态量,涉及到跨界面点的两套 Euler方程,借助于 Ghost 网格点思想实现在全流场用二阶 TVD 格式的统一计算。对最后网格点上的两套状态量的辨认依赖于该点的 LevelSet 值的符号。数值计算结果表明,TVD 格式结合 Ghost 方法较好地保持了跨界面密度的 Heaviside 剖面。采用区域分解方法对多处理机分配计算负载,每一个处理机有自己的内存和 CPU。讨论了缓冲区设定和数据交换方式。实际计算网格数为 102.4 万。得到Rayleigh-Taylor 不稳定性随机扰动的图象。     

基于三角形网格的穿透概率方法研究

研究了基于三角形网格的中子输运方程穿透概率方法.网格子区内部中子源采用平源分布,子区界面中子角注量密度空间分布设为均匀,角度分布采用简化4Pi近似,并采用一种按照非结构网格编码顺序进行网格扫描的新方法.编制了适应于二维任意形状几何中子输运特征值问题求解的程序TPTRI,对一些二维输运基准问题作了计算.与MG-MCNP3B、SURCU、TEPFEM等程序结果进行了比较分析,结果吻合很好.     

核武器毁伤效应三维空间建模与空间分析算法研究

为了实现核武器毁伤效应的三维科学可视化,针对毁伤效应数据的特点,提出了一种新的模型-MRPCT模型实现核武器毁伤效应三维空间效据建模,为了节省存储空间,利用线性编码方法对MRPCT模型进行存储,基于Morton码技术实现了核武器毁伤效应的空间分析算法.     

有限差分方法下组件通量精细分布重构方法

为准确处理中子探测器的响应,对于扩散差分计算得出的通量分布也有必要进行组件通量精细分布重构,二维双二次样条函数是最理想、方便的选择。给出了实现的具体方法和公式。此方法可适应任何通量分布形状、任意网格划分,并在组件边缘保证中子流连续。     

熔盐堆稳态物理-热工耦合计算研究

采用基于任意三角形网格解析基函数展开法的三维扩散堆芯物理计算和采用并联多通道模型的堆芯热工水力计算,开发了石墨慢化的通道式熔盐堆的物理-热工耦合计算程序。针对美国熔盐堆实验（MSRE）,用橡树岭国家实验室技术报告中的结果验证了程序的正确性,并计算分析了在稳态情况下MSRE堆芯中的三维功率分布、流量分配以及熔盐和石墨的温度分布。     

流-固耦合问题的ALE有限元分析

基于任意Lagrange-Euler描述(ALE),建立了分析流-固耦合问题的预报-更正算法.采用ALE描述下的Galerkin/最小二乘有限元法,完成了对具有运动边界的不可压缩粘性流的数值模拟;并提出基于更新Lagrange列式的伪弹性体法来计算网格运动;通过在耦合界面上对流体和固体分别施加Dirichlet和Neumann边界条件,建立了流-固耦合关系,并数值模拟了流道中与流速垂直的悬臂梁的流-固耦合过程,数值算例的结果验证了本文方法的有效性.     

基于折射率匹配方法的球床三维重构

固态钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor with Solid Fuel,TMSR-SF)是第四代核反应堆堆型之一,它融合了高温气冷堆的石墨基质包覆颗粒燃料球技术和熔盐堆的高温熔盐冷却剂技术。堆芯的物理设计和几何设计依赖于燃料球在堆芯中的堆积因子,为研究球床堆堆芯模型内燃料球的堆积三维结构,本文提出基于折射率匹配的方法对球床进行三维重构的方案,并通过初步的模拟实验对程序进行验证,旨在探索该方法在球床三维重构中的可行性。针对三维重构中的一系列关键问题进行阐释,并提出相应的解决方案;同时给出了三维重构方案的完整流程,并计算出了衡量三维重构精确度的度量值:直径重叠量。最后,搭建了一个小型规则排布的球床实验装置,通过折射率匹配技术开展球床可视化实验以探索该方案在球床三维重构中的精确度,并说明该方法的可行性。试验结果表明,颗粒间平均重叠量为1.43 mm,重构精度有待提高,重构方法有待改进。     

基于电偶极子辐射模型的三维成像算法

提出了一种基于电偶极子辐射模型的三维成像算法.在研究后向投影算法原理的基础上,利用散射模型分析了近、远场成像的关系,提出先采用电偶极子辐射模型对采样数据进行近场化处理,再将处理后的数据反向投影到成像区域,获得成像图像.利用FDTD数值仿真实现对目标的三维成像,验证了算法的有效性,分析了耦合对成像效果的影响.     

相对丰度匹配的网格级联分离多组分同位素混合物

本文提出了一种仅两个取料的网格级联——相对丰度匹配的网格级联。其上半部分是理想网格级联,下半部分是有回流的网格级联。只要在回流点处某两种关键组分的分离是对称分离,这两种组分即能满足丰度无混合的条件。给出了相对丰度匹配网格级联的计算方法,并针对分离多组分同位素混合物的不同情况,对该种网格级联的分离性能进行了讨论。结果表明,相对丰度匹配网格级联能很好地实现同位素的分离,在级联总流量相同的情况下,能达到不亚于常规相对丰度匹配级联的分离效果。     

三维中子/光子输运S_N程序的并行重构

基于离散纵标方法(SN)的三维中子/光子输运模拟程序因计算量大、计算时间长,难以很好地满足实际工程应用需求。本文基于几何区域剖分方法,在并行自适应结构网格应用支撑软件框架(JASMIN)上通过重新设计底层数据结构、功能模块并组装计算流程,实现了遗产程序的并行重构,提高了程序效率,拓展了计算大规模物理问题的能力。针对外源和临界计算两类典型问题,利用遗产程序自带测试例题和国际基准题验证了重构后并行程序的正确性。在可扩展性测试中,512个处理器核上模拟数亿自由度临界问题时,并行效率可达37.07%。     

一种新型网格资源调度算法的研究

网格的一个重要功能就是多个虚拟机构间共享资源.网格资源调度是其中关键问题之一.本文提出一种新型的网格资源调度算法--最小跳数算法,首先通过广度搜索遍历找到资源,并同时生成跳数场,再根据跳数调度资源.通过算法仿真证明,最小跳数算法大大提高了资源调度的效率.     

解二维非平衡辐射输运方程的两种分裂网格数值方法

讨论非矩形网格辐射输运方程的数值解法。对任意四边形网格,给出两种分裂网格数值方法:特征线积分和子网格平衡方法。并给出矩形网格和任意四边形网格两种方法的数值计算例子,且与Sn菱形格式计算结果进行比较,对方法作出评价。     

一种基于光场成像的数字对焦算法

光场成像在频率域中利用傅里叶切片定理实现数字对焦,得到一组数字对焦数据。针对在景深相同的条件下光场成像与传统成像相比分辨率明显降低这一缺陷,本文采用基于稳健的正则化超分辨率算法将低分辨率图像每一点的像素值分别对应到高分辨率网格中,然后进行插值对所得图像进行重建,实现低分辨率向高分辨率的转换。与其他几种传统超分辨率算法相比,该算法的优势在于取得了更高的识别精度。通过MATLAB平台进行了仿真,实验结果表明该算法与传统的迭代反投影超分辨率算法相比其峰值信噪比有很大的改善,从而验证了本文模型与数值算法的有效性。     

基于体素模型的锥束CT仿真投影快速计算

在锥束CT图像重建算法研究中,通常利用计算机仿真方法生成理想的投影数据.针对体素模型下投影仿真速度慢的问题,提出了一种快速仿真投影计算方法.采用一种高效的射线与体素的遍历和求交算法来计算三维射线穿过体素的索引及长度,然后使用Intel处理器的单指令多数据(SIMD)技术,一次性加载4个体素数据,利用SSE技术实现了仿真投影的快速并行计算.实验结果表明文中提出的方法非常有效,在生成准确仿真投影数据的同时取得了3～5倍的加速比.     

大型九对角线性方程组的MG-SIP算法研究

以圆柱坐标系下导热问题为研究对象,针对计算流体力学中常见的九对角线性方程组,将强隐算法（SIP）和多重网格（MG）方法结合起来,建立新算法。通过编程实现该算法,并通过讨论其运算性质随各相关参数的变化,以及与其他有代表性的算法进行比较,分析这一新算法在求解速度、计算精度等方面的性质。结果表明,该算法在处理高网格密度问题时在求解速度方面具有优势。     

基于特征线方法的三维中子输运程序(Ⅱ)——数值验证

介绍了开发的三维中子输运特征线方法程序TCM,使用数值实例对TCM的准确性进行了验证,同时比较了不同插值阶数、离散角度数目和网格大小对计算结果的影响。结果表明,三维特征线方法程序TCM能够求解任意几何形状及反射边界条件的中子输运问题,计算结果具有较高的精度。