Modelica建模软件形成的高指标微分代数方程系统指标约简算法研究

随着产品设计的复杂化，应用领域中的数学建模和仿真越来越重要，传统建模方法基于赋值语句，主要考虑单一系统，工程人员需要对程序设计语言和算法求解有相当程度的熟悉，这导致了传统建模方法很难满足复杂产品设计的需要。欧洲仿真界的学者在总结现有建模方法的基础上于1997年推出了一种面向对象的、陈述式的基于方程的语言——Modelica，Modelica语言支持多领域建模，Modelica语言得到了仿真领域众多厂商的支持，成为统一建模领域的事实标准，实现Modelica仿真环境具有重大意义。 编译器是Modelica仿真环境中的核心组件，Modelica编译器会产生高指标DAE系统，除了部分特殊结构的高指标DAE，现有求解器一般不能对通用高指标DAE直接求解，现在一般做法是先对高指标DAE进行指标约简，将其转换成等价的低指标DAE，然后进行求解。这就要求Modelica编译器具有指标约简的功能，以便利用现有求解器进行求解。 本文介绍了几种现有的指标约简算法，给出了各个算法指标约简原理和约简步骤，并对这些算法进行了分析和比较，得出各自的优缺点。最后，本文设计并实现了一个指标约简系统，采用三个Modelica模型产生的方程对系统进行了测试，并验证了实验结果的正确性。

Modelica建模软件中求强连通分量与拓扑排序算法优化的研究

Modelica语言仿真建模在科研工作中已经得到了广泛应用。它能方便地对包含机械、电子、液压、控制、热流等领域的复合物理系统进行基于组件的仿真。现有基于Modelica语言的仿真建模软件支持图形化建模和文本建模两种方式，集成了面向对象、陈述式描述、统一建模、组件重用的优势，给科研工作带来了巨大的便利。 Modelica软件仿真的过程可归结为微分代数方程(differential algebraic equation,DAE)系统的求解。在求解DAE系统时，需要对DAE系统进行约简，直到庞大的DAE系统约简为目前自动求解方法成熟的ODE系统，或约简为方程个数不多的、指标较低的DAE系统，才能使Modelica建模仿真软件具有工业上的应用价值。在约简DAE系统之前，需要对之进行预处理，根据方程之间的数据依赖关系进行拓扑排序，确定求解顺序。排序的过程对应着将DAE系统结构关联矩阵进行块状下三角(block lower triangle,BLT)变换。寻找强连通分量和拓扑排序是对DAE系统进行预处理的重要组成部分。 本文剖析了Modelica软件在仿真时的运行机制，使用几个实例来详细描述在仿真过程中，Modelica软件完成的工作。在寻找强连通分量和拓扑排序这一步，本文提出了使用Kosaraju算法的策略，对由模型得到的有向图直接使用Kosaraju算法，得出DAE系统的求解顺序。文章叙述了强连通分量的含义，并阐述了在求强连通分量时的理论依据，由此引出了Tarjan算法和Kosaraju算法，再分析和比较Tarjan算法和Kosaraju算法，对比了两种策略的优劣，并进行了实验。同时，本文分析了OpenModelica软件包的结构，修改了软件包在寻找强连通分量及拓扑排序相关模块的代码。

Theoretical foundation of Zisman's empirical equation for wetting of liquids on solid surfaces

Theories of wetting of liquids on solid surfaces under the condition that van der Waals force is dominant are briefly reviewed. We show theoretically that Zisman's empirical equation for wetting of liquids on solid surfaces is a linear approximation of the Young-van der Waals equation in the wetting region, and we express the two parameters in Zisman's empirical equation in terms of the dielectric polarizabilities of the solid and liquids. The materials contained in this paper are suitable for physics teaching of wetting phenomena for undergraduate, graduate, general physicist, etc.