通过建立物理模型, 用一维三温拉氏磁流体力学程序分析了由强电流(MA)脉冲驱动的金属套筒内爆压缩磁化等离子体的升温点火及能量增益过程。分析了脉冲驱动的金属套筒内爆、不同驱动源对金属套筒内爆升温的影响、Z箍缩过程中内嵌磁场和预加热温度对磁化等离子体升温的影响, 以及点火需要的初态参数和点火后的能量输出。此外, 对该过程中磁场增加α粒子能量沉积、降低电子离子热传导能量损失的物理机制做了介绍和分析。磁流体数值模拟结果显示: 当初始的内嵌磁场和燃料的预加热温度分别取5 T和250 eV时, 即可获得超过4 keV的升温, 初始参数包括内嵌磁场、预加热温度、燃料密度、套筒尺度、驱动脉冲幅值、加载时间等。在一定的条件下, 点火成功, 可产生kT量级的强磁场, 并获得百kJ/mm量级的能量输出。

相较于传统的惯性约束聚变及磁约束聚变，磁化靶聚变技术可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径。针对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的“荧光-1”实验装置，利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D，从理论上详细分析了各实验输入参数(如初始磁场、初始密度、主磁场等)对该装置上反场构形性质的影响。为即将进行的实验推荐了三组实验输入参数: 初始磁场0.3 T，初始密度7×1015 cm-3，磁镜场-2.0~-1.0 T，主磁场-4.0~-3.0 T。

基于电流和磁扩散方程,讨论了螺旋型爆磁压缩脉冲发生器(MFCG) 中的电阻与磁通损耗问题,将相关的接触电阻模型、欧姆电阻的趋肤效应与邻近效应模型具体应用到2维爆轰磁流体力学程序MFCG-Ⅳ中,进一步完善了程序的物理功能。并选用美国德克萨斯理工大学简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器的实验结果对新增模块进行了考证,计算结果符合物理规律,且与实验测量吻合较好。

基于任意拉氏-欧拉方法的2维磁流体力学程序APMFCG被用于简单绕制的螺旋型爆磁压缩脉冲发生器动力学过程的模拟,给出了德克萨斯技术大学简单绕制的爆磁压缩发生器数值计算结果,输出电流和线圈电感的模拟结果与实验测量基本吻合.该程序也用于研究由于种子电流的不同所导致的欧姆电阻非线性效应对爆磁压缩过程的影响,实验结果证明了该程序计算的可靠性.

定子线圈中的电流在空间中产生的磁场是金属导体(套筒)膨胀压缩的主要对象,该磁场直接影响爆磁压缩发生器输出电流脉冲的大小.给出了面电流分布下2维磁场的计算公式,较点电流分布下的磁场公式更能细致准确地反映出磁场的变化.数值结果表明:面电流分布下的磁场公式不仅能准确地描述磁场的变化,而且计算效率大大提高,节约了计算时间.

为了研究负载为μH量级的间接馈电两级级联柱-锥构型的爆磁压缩产生器的基本物理过程和能量转换机理,利用描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序MFCG(Ⅴ),以实验模型结构参数为基础模拟计算了一系列模型,分析了磁压对金属套筒径向膨胀速度及膨胀过程的影响.计算结果表明:套筒的径向膨胀速度取决于爆轰压与磁压的共同作用,在爆磁压缩过程的绝大部分时间里,向外膨胀的爆轰压都远大于向内压缩的磁压,因而套筒的径向膨胀速度主要是由爆轰压决定;但是在功率放大级的后半段,也就是发生器电流增长最快阶段,磁压也迅速增长,它的增长大大降低了套筒的径向膨胀速度;在功率放大级的后期,磁压已经超过爆轰压,它对系统设计的影响已经不能完全忽略.

对爆磁压缩发生器中爆炸管2维动力学简化模型进行了模拟计算,分析表明:径向膨胀速度会随径向位置(或者时间)的变化而变化,因此膨胀角也会随径向位置(或者时间)发生变化.对各时间点(或位置点)处的膨胀速度进行了平均,求得理论上的平均膨胀速度,再将该平均膨胀速度与实验测量值进行了比较.模拟结果给出了径向膨胀速度受到端头效应影响的情况,这可为改进实验结果提供参考.由于径向速度与轴向速度的比值一般在5以上,用作爆炸管的物质质量越大,这一比值就越大,因此选择密度较大的金属材料作为爆炸管,可减少滑移.应用2D简化模型计算出的膨胀角数值,与Gurney模型以及1D模型进行了比较,它们之间的差别可能主要来自2D效应.

首次提出了利用周期永磁环做初始能源的螺旋型爆磁压缩发生器,该结构由4节永磁环正反排到组成.阐述了这种周期永磁环爆磁压缩发生器的结构及其特点,并利用等效电路模型分析了轴线起爆周期永磁环爆磁压缩发生器的磁通变化规律和爆磁压缩过程,得到了基本的电流变化关系. 分析及数值计算结果表明:这种周期永磁环爆磁压缩发生器能够实现电流放大,在磁化电流为0.13 MA,磁化回路负载电感为1.0 μH条件下,最终输出电流可达0.16 MA.周期永磁环可以作为爆磁压缩发生器的初始能源,这种概念设计值得进行进一步的实验探索.

应用Maxwell方程,建立了轴线起爆螺旋型爆磁压缩发生器(AMFCG)的2维简化理论计算模型.利用此模型,得出了AMFCG中简易磁通表达式,并将等效电路方程与磁通表示结合起来.选用3组不同的几何参数,模拟计算了金属爆炸管在爆轰驱动下的径向膨胀过程,给出AMFCG初始电感、输出电流随时间的变化过程,AMFCG内部磁压、爆轰压及磁场随时间的变化情况.