强激光与粒子束
2021, 33(5): 055001
强激光与粒子束
2020, 32(8): 085002
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
2 湘潭大学 数学与计算科学学院, 湖南 湘潭 411105
为了对磁驱动实验提供高置信度的数值模拟, 需要开展磁流体力学程序的验证与确认。采用人为解比较法、网格收敛性研究和与成熟程序比较等方法, 对二维磁驱动数值模拟程序MDSC2进行了程序验证。数值模拟表明: MDSC2程序正确地表示了磁流体力学模型, 其中热扩散、磁扩散的离散格式具有二阶收敛精度。采用与磁驱动实验相比较的方法, 进行了MDSC2程序的确认。对聚龙一号装置上的PTS-061发次磁驱动单侧飞片发射和PTS-122发次磁驱动双侧飞片发射实验进行了模拟, 模拟的飞片自由面速度与实验测量的飞片自由面速度相一致; 对FP-1装置上的固体套筒实验进行了模拟, 模拟的套筒内外半径与实验测量结果相一致。MDSC2程序能正确模拟磁驱动单侧飞片发射、磁驱动双侧飞片发射和磁驱动固体套筒等磁驱动实验。
二维磁驱动数值模拟程序 验证 确认 数值模拟 two dimensional magnetically driven simulation cod verification validation numerical simulation 强激光与粒子束
2019, 31(6): 065001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
为了研究物质弹塑性对磁驱动实验运动过程、不稳定性发展等的影响, 在MDSC2程序的基础上, 增加了弹塑性模块, 研制了包括弹塑性的磁流体力学程序, 并进行了弹塑性项影响的数值模拟和分析。数值模拟表明: 没有初始扰动时, 弹塑性项几乎不影响套筒内外半径的运动轨迹; 有初始扰动时, 弹塑性项对磁驱动固体套筒的Rayleigh-Tayor不稳定性有明显的抑制作用。
弹塑性 磁流体力学 磁驱动数值模拟程序 RT不稳定性 固体套筒 elastoplasticity magnetohydrodynamic two-dimensional magnetically driven simulation cod Rayleigh-Taylor instability solid liner 强激光与粒子束
2018, 30(6): 065002
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国科学技术大学 近代物理系, 合肥 230026
提出采用方向时变(旋转)的驱动磁场(交替Θ-Z箍缩构型)或者多级嵌套Θ-Z箍缩构型来抑制动态Z箍缩的MRT不稳定性的概念, 介绍了对交替/嵌套Θ-Z箍缩MRT不稳定性的最新研究进展, 结果表明适当优化的交替/嵌套Θ-Z箍缩的MRT不稳定性明显远低于标准Θ箍缩或者Z箍缩的, 一定厚度时甚至被完全致稳, 这表明交替/嵌套Θ-Z箍缩构型具有潜力应用于Θ-Z箍缩套筒惯性聚变。
磁-瑞利-泰勒不稳定性 动态Z箍缩 磁场方向旋转 Θ-Z箍缩套筒惯性聚变 交替/嵌套Θ-Z箍缩 惯性约束聚变 磁惯性约束聚变 magneto-Rayleigh-Taylor instability dynamic Z-pinch rotating magnetic field theta-Z liner inertial fusion alternant/nested theta-Z-pinch inertial confinement fusion magneto-inertial fusion 强激光与粒子束
2018, 30(2): 020101
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
高气压下的微型电热推进器(MPT)中的放电等离子体存在多负辉区结构, 其负辉区有融合趋势。对矩形微放电等离子体推进器(RMPT)的负辉区融合过程进行了二维模拟分析, 在方法上采用了非平衡态的自洽流体模型, 并考虑了离子电流加热和三体碰撞过程。结果显示：矩形微放电等离子体推进器(RMPT)在低电流条件下存在两个稳定的负辉区, 当超过某一电流阈值条件后, 两个负辉区会在腔体中心重合。分析了这一过程的成因, 认为其融合过程本质上是空心阴极的导通过程, 其融合与否与鞘层电压有关。
微放电 等离子体 推进 micro discharge plasma thruster 强激光与粒子束
2017, 29(8): 085002
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
为了理解磁驱动飞片自由面烧蚀的机理、自由面被烧蚀后飞片的物质状态、自由面被烧蚀后激光速度干涉仪(VISAR)测量的机理等,采用磁驱动数值模拟程序MDSC2对聚龙一号装置上PTS-151发次磁驱动飞片实验中370 μm厚飞片进行了模拟和分析。数值模拟表明,334 ns之前飞片自由面部分保持固体状态,334 ns之后飞片自由面部分已经熔化,到340 ns后整个飞片都被熔化。飞片自由面烧蚀的主要机制是电流焦耳加热,热扩散和压缩做功的贡献很小。数值模拟的固体密度反射面速度历史和VISAR测量的速度历史一致。飞片自由面熔化后,VISAR测量的速度是距离自由面最近的固体密度反射面的速度。
磁驱动飞片 固体密度反射面 自由面速度 烧蚀 magnetically driven flyer plate solid density reflecting surface free surface velocity ablation 强激光与粒子束
2017, 29(4): 045003
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国科学技术大学 近代物理系, 合肥 230026
提出一个完整的弛豫磁流体力学模型用于电磁驱动高能量密度系统的数值模拟,它由弛豫电磁波动、弛豫热输运、P1/3近似辐射输运以及流体力学构成。电磁部分在真空区退化为电磁传播,在等离子体物质区退化为磁扩散近似,并且相速和群速是有上界的。这意味着弛豫磁流体力学能退化到传统的电阻性磁流体力学,并且能用显式方法数值求解,便于大规模高效并行化。基于此弛豫磁流体力学模型开发了三维辐射磁流体力学程序FOI-PERFECT,指出了所采用的关键数值技术,并给出了一些应用例子。
高能量密度系统 电磁驱动 弛豫模型 弛豫磁流体力学 数值模拟 high energy density systems electromagnetic drives relaxation model relaxation MHD numerical modeling 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045014
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
采用二维磁驱动数值模拟程序MDSC2，对大电流脉冲装置“聚龙一号”上的151发次磁驱动370 μm厚铝飞片实验、164发次磁驱动330 μm厚铝飞片实验进行了数值模拟和分析。数值模拟表明：370 μm厚铝飞片和330 μm厚铝飞片的磁驱动过程中, VISAR测量的速度不是飞片自由面的速度，而是飞片中邻近自由面最近的固体反射面的速度。这是由于磁驱动飞片发射过程中，飞片自由面部分被烧蚀，密度低于固体密度状态，而飞片自由面和加载面中间的飞片还保持固体密度状态。VISAR测量的激光将穿过自由面的低于固体密度状态的飞片部分，到达飞片自由面最近的固体密度位置再反射回去,获得这一位置的飞片速度。数值模拟的飞片固体反射面速度历史和VISAR测量的速度历史相吻合。
“聚龙一号”装置 磁驱动飞片 MDSC2程序 固体反射面 自由面速度 PTS accelerator magnetically driven flyer plate MDSC2 code solid reflecting surface free surface velocity 强激光与粒子束
2015, 27(12): 125001
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国科学技术大学 近代物理系, 合肥 230026
提出了一个弛豫磁流体力学模型,特别适合电磁驱动真空-等离子体系统的数值模拟.该模型和Seyler采用的弛豫模型有相似之处,即采用全电磁模型,不同的是采用忽略电子惯性项的广义欧姆定律直接作为本构来封闭麦克斯韦方程,减少了独立变量,是适合此类问题的最简模型.分析了磁流体力学模型电磁部分的色散关系,从而论证了其在真空区退化为电磁传播,在等离子体物质区退化为磁扩散近似,并且相速和群速是有上界的.改进了Seyler采用的时间离散方式,从而将时间精度从1阶提高到3阶,时间步长不受刚性源项约束,只受系统最大的特征速度确定的柯朗-弗里德里奇-列维(CFL)条件约束,便于显式计算和大规模并行化.
弛豫模型 弛豫磁流体力学 数值模拟 relaxation model relaxation magnetohydrodynamics numerical modeling 强激光与粒子束
2015, 27(6): 065002
