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颗粒再溶解气溶胶模型中随机颗粒去除过程的加速模拟。 (英语) Zbl 1351.76260号

摘要:随机颗粒重解方法已被证明可用于模拟多维系统,如组分解析的气溶胶粒度分布。虽然粒子重求解方法对高度详细的模拟有很大好处,但这些技术的计算成本很高,因此需要努力提高算法效率。在这里,我们制定了一种算法,通过将相似大小的颗粒聚集到箱子中来加速颗粒去除过程。我们提出了粒子去除过程的Binned算法,并分析了其性能,并将其应用于气溶胶干沉降的大气相关过程。我们表明,Binned算法可以显著提高粒子去除的效率,特别是对于低去除率,并且在不引入额外误差的情况下降低了计算成本。在模拟大气相关条件下通过干沉降去除气溶胶粒子的过程中,我们证明算法效率提高了约50倍。

MSC公司:

76立方米 随机分析在流体力学问题中的应用
76米28 粒子法和晶格气体法
65立方厘米 随机粒子方法
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
76T10型 液气两相流,气泡流
80A32型 化学反应流
86A10美元 气象学和大气物理学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Shima,S.-I.,南印度。;贵霜,K。;Kawano,A。;杉山,T。;Kawahara,S.,《云和降水数值模拟的超雨滴方法:基于粒子的概率微物理模型与非静力模型耦合》,Q.J.R.Meteorol。Soc.,135,642,1307-1320(2009)
[2] Arabas,S。;Shima,S.-I.,使用基于粒子的微观物理和蒙特卡罗合并对信风积云进行大涡模拟,J.Atmos。科学。,70, 9, 2768-2777 (2013)
[3] S.ölch,I。;Kärcher,B.,卷云的大涡模型,具有明确的气溶胶和冰微物理以及拉格朗日冰粒子追踪,Q.J.R.Meteorol。Soc.,1366532074-2093(2010年)
[4] Saliakas,V。;科图拉斯,C。;Meimaroglou,D。;Kiparissides,C.,《悬浮聚合反应器中粒度分布的动态演变:蒙特卡罗和分段网格法的比较研究》,加拿大。化学杂志。工程,86,5,924-936(2008)
[5] van Peborgh Gooch,J.R。;Hounslow,M.J.,结晶过程中尺寸增大机制的蒙特卡罗模拟,AIChE J.,42,7,1864-1874(1996)
[6] Haseltine,E.L。;耐心,D.B。;罗林斯,J.B.,《关于颗粒系统的随机模拟》,化学。工程科学。,60, 10, 2627-2641 (2005)
[7] 尤芬迪耶夫。;Zachariah,M.,用于模拟双组分气溶胶凝聚和相分离的混合蒙特卡罗方法,胶体界面科学杂志。,249, 1, 30-43 (2002)
[8] 德布雷,E。;Sportisse,B。;Jourdain,B.,气溶胶一般动力学方程数值模拟的随机方法,J.Compute。物理。,184, 2, 649-669 (2003) ·Zbl 1062.76567号
[9] Maisels,A。;埃纳尔·克鲁伊斯,F。;Fissan,H.,《分散体系中同时成核、凝固和表面生长的直接模拟蒙特卡罗》,《化学》。工程科学。,59, 11, 2231-2239 (2004)
[10] Riemer,N。;韦斯特,M。;扎维里共和国。;Easter,R.C.,《用颗粒重溶气溶胶模型模拟烟尘混合状态的演变》,J.Geophys。第114号决议,第D09202条,pp.(2009)
[11] 徐,Z。;赵,H。;Zheng,C.,种群平衡中粒子凝聚的快速蒙特卡罗模拟,气溶胶科学杂志。,74, 11-25 (2014)
[12] 巴尔塔萨尔,M。;Kraft,M.,计算层流预混火焰中烟尘颗粒粒度分布函数的随机方法,Combust。火焰,133,3,289-298(2003)
[13] Lee,K.F。;帕特森,R.I。;瓦格纳,W。;Kraft,M.,《混凝、碎裂和空间非均匀性种群平衡方程的随机加权粒子方法》,J.Compute。物理。,303, 1-18 (2015) ·Zbl 1349.65043号
[14] Violi,A.,《芳香族和脂肪族预混合火焰中烟尘颗粒起始的建模》,燃烧。火焰,139,4279-287(2004)
[15] 塞尔尼克,M。;帕特森·R。;卡夫,M。;Wagner,W.,使用算子分裂将随机烟尘数量平衡耦合到气相化学,Combust。火焰,148,3,158-176(2007)
[16] 墨菲,D.M。;Cziczo,D.J。;弗洛伊德,K.D。;Hudson,P.K。;马修,B.M。;米德尔布鲁克,A.M。;佩尔蒂埃,R.E。;A.沙利文。;汤姆森,D.S。;韦伯,R.J.,对流层气溶胶粒子的单粒子质谱,J.Geophys。第111号决议,第D23S32条,pp.(2006)
[17] Pratt,K.A。;Prather,K.A.,《老化城市气溶胶的实时、单颗粒挥发性、大小和化学成分测量》,环境。科学。技术。,43, 21, 8276-8282 (2009)
[18] Zelenyuk,A。;Imre,D.,《超越单粒子质谱:单个气溶胶粒子的多维表征》,Int.Rev.Phys。化学。,28, 2, 309-358 (2009)
[19] Jimenez,J.L。;Jayne,J.T。;石青(Shi,Q.)。;科尔布,C.E。;Worsnop,D.R。;你瞧,我。;宋飞,J.H。;R.C.弗拉根。;张,X。;Smith,K.A。;莫里斯,J.W。;Davidovits,P.,《使用空气动力学气溶胶质谱仪进行环境气溶胶采样》,J.Geophys。决议,108,8425(2003)
[20] 扎维里共和国。;共和国复活节。;法斯特,J.D。;Peters,L.K.,气溶胶相互作用和化学模拟模型(MOSAIC),J.Geophys。第113号决议,第D13204条,pp.(2008)
[21] 德维尔,R.E.L。;Riemer,N。;West,M.,《随机颗粒凝聚的加权流算法(WFA)》,J.Compute。物理。,230, 23, 8427-8451 (2011) ·Zbl 1236.86006号
[22] Michelotti,医学博士。;麻省理工学院Heath。;West,M.,Binning,高效随机多尺度粒子模拟,多尺度模型。模拟。,11, 1071-1096 (2013) ·Zbl 1301.65005号
[23] 帕特森,R.I。;瓦格纳,W。;Kraft,M.,人口平衡方程的随机加权粒子方法,J.Compute。物理。,230, 19, 7456-7472 (2011) ·Zbl 1252.65021号
[24] Gillespie,D.T.,《数值模拟云中随机聚并过程的精确方法》,J.Atmos。科学。,32, 10, 1977-1989 (1975)
[25] Gillespie,D.T.,耦合化学反应的精确随机模拟,J.Phys。化学。,81, 25, 2340-2361 (1977)
[26] 艾贝克,A。;Wagner,W.,《研究混凝动力学和凝胶现象的有效随机算法》,SIAM J.Sci。计算。,22, 3, 802-821 (2000) ·Zbl 1013.82020年
[27] Gibson,医学硕士。;Bruck,J.,《具有多物种和多通道的化学系统的高效精确随机模拟》,J.Phys。化学。A、 1876-1889年(2000年)
[28] Kuwahara,H。;Mura,I.,《分析生化系统中罕见事件的高效准确随机模拟方法》,J.Chem。物理。,129,第165101条pp.(2008)
[29] Gillespie,D.T.,化学反应系统的近似加速随机模拟,J.Chem。物理。,115, 4, 1716-1733 (2001)
[30] Rathinam,M。;Petzold,L.R。;曹毅。;Gillespie,D.T.,《随机化学反应体系中的刚度:隐式τ叉法》,J.Chem。物理。,119, 12784 (2003)
[31] Gillespie,D.T。;Petzold,L.R.,《加速随机模拟的改进跳跃选择》,J.Chem。物理。,119, 8229 (2003)
[32] Gillespie,D.T。;卢武铉,M。;Petzold,L.R.,《改进加权随机模拟算法》,J.Chem。物理。,130,第174103条pp.(2009)
[33] Wu,S。;Fu,J。;Petzold,L.R.,τ叉模拟模型简化的自适应部署,J.Chem。物理。,第142、20条,第204108页(2015年)
[34] Fu,J。;Wu,S。;Petzold,L.R.,τ叉加速度的时间相关解,J.Compute。物理。,235, 446-457 (2013) ·Zbl 1291.65019号
[35] Riemer,N。;韦斯特,M。;扎维里共和国。;Easter,R.C.,用颗粒重溶气溶胶模型估算黑碳老化时间尺度,J.气溶胶科学。,41, 143-158 (2010)
[36] 扎维里共和国。;巴纳德,J.C。;共和国复活节。;Riemer,N。;West,M.,《演变中的城市羽流中气溶胶大小、成分、混合状态以及相关光学和云凝聚核活化特性的颗粒重解模拟》,J.Geophys。第115号决议,第D17210条,pp.(2010)
[37] Knuth,D.E.,《计算机编程的艺术》,第2卷:半数值算法,473(1998),Addison-Wesley·Zbl 0895.65001号
[38] 张,L。;龚,S。;Padro,J。;Barrie,L.,大气气溶胶模块Atmos的粒度分级颗粒干沉积方案。环境。,35, 3, 549-560 (2001)
[39] Pasquill,F.,《风载物质扩散的估算》,Meteorol。Mag.,90,1063,33-49(1961)
[40] Naumann,K.-H.,COSIMA——模拟分形气溶胶动力学的计算机程序,气溶胶科学杂志。,34, 10, 1371-1397 (2003)
[41] Jacobson,M.Z.,《大气建模基础》(2005),剑桥大学出版社·兹比尔1094.76001
[42] 哈里斯·S·J。;Maricq,M.M.,《碎片在定义柴油烟尘特征尺寸分布中的作用》,J.Aerosol Sci。,33, 6, 935-942 (2002)
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