激光聚变的点火对实验、器件、制靶及诊断等各方面的控制能力都有很高的要求。随着实验逐步趋近点火设计,实验的精密化要求也逐步提高。精密化实验要求靶设计不仅给出激光能量、靶尺寸、气压等参数,还需要给出这些关键参数的不确定性指标要求。因此,获得这些不确定性指标也成为靶设计的主要内容之一。针对如何在实验设计中更为方便有效地获得参数的不确定性指标问题,通过理论结合数值模拟研究给出了一种基于线性近似的方法。这一方法综合考虑各种关键参数变化对实验结果的影响,平衡器件、制靶等对各种参数的控制能力,来获得参数的不确定性指标。以一个气体靶设计为例,通过数值模拟来展示这种方法的使用。结果表明,这一方法可以在显著降低工作量的情况下有效地获得实验设计的参数不确定性指标。

不同辐射建模对于腔内辐射场描述的精确程度不同,需要分析不同建模对腔内辐射温度的影响。开展了三温建模与辐射多群输运建模下LARED集成程序数值模拟两孔球型黑腔模型,实现了球腔的完整数值模拟。数值模拟结果表明,三温与辐射多群输运模拟的等离子体状态接近,辐射温度存在差异。物理分析显示辐射温度差异的主要原因是使用的辐射不透明度,修改辐射不透明度参数后的三温计算结果与输运计算符合更好,从而可以用三温建模更快更准确地估计出所需的激光能量和功率。

为满足分层掺杂点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程物理分析的需求，在激光聚变二维总体程序LARED集成上发展了辐射输运建模下的多介质ALE方法-RTALE(Radiative Transfer Arbitrary-Lagrangian-Eulerian)。为提高多介质ALE方法的健壮性，发展了驰豫网格重构算法，该重构算法生成的新网格能自适应流场的变化。数值模拟了激波与气柱相互作用的RM不稳定性实验，模拟的气泡变形程度与试验结果基本一致，其中驰豫网格重构算法中的驰豫因子能够很好地反映流场密度梯度。基于辐射多群输运建模的LARED集成程序能够完整模拟辐射驱动不对称性条件下掺杂点火靶二维内爆过程，克服了传统ALE方法计算不下去和算不好的困难，界面变形程度也符合物理分析。

介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟, 兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验数据、一维辐射流体力学程序进行比对, 验证了程序的可靠性。该程序实现了多群输运建模下NIF点火靶的全过程数值模拟, 并已应用于惯性约束聚变的物理研究。

间接驱动激光聚变过程中, 黑腔内物质处于非局域热动平衡(non-LTE)状态, 而且辐射传输具有非平衡、各向异性等特点。为了精确描述黑腔辐射场的演化及其与物质的相互作用, 最新研制的激光聚变二维总体LARED集成程序, 基于non-LTE的多群辐射输运建模, 首次实现了激光黑腔靶实验的全过程数值模拟。数值结果表明, 辐射输运计算较好地反映了黑腔辐射场均匀性变化, 腔壁光斑区与非光斑区X光发射强度比与实验测量值接近, 靶丸压缩形状与实验图像定性一致。

神光Ⅱ装置上靶丸压缩实验中, 黑腔长度的变化会影响靶丸赤道和两极受到的辐照强度, 从而导致燃料区被压缩成不同的形状。介绍了辐射多群扩散建模下的辐射流体力学方程组及其数值方法。采用最近研制的二维总体LARED集成程序, 对神光Ⅱ不同长度黑腔靶丸压缩变形实验进行了整体数值模拟。结果表明辐射多群扩散建模可以反映腔内辐照均匀性变化情况, 靶丸压缩形状与神光Ⅱ实验定性一致。

采用2维三温非平衡辐射流体力学程序LARED-H数值模拟辐射驱动内爆过程。针对2维三温能量方程九点差分格式离散后的线性方程组, 采用了高效的Krysolv子空间迭代解法,改进了代数解法器。将1维间接驱动内爆总体程序CFJ与LARED-H程序的计算结果进行比对, 验证了LARED-H程序数值模拟1维内爆问题的正确性。并数值模拟了不同腔长辐射温度源驱动下的2维靶球运动, 数值结果显示: 随着腔长的增加, 高压缩内爆燃料区分别被压缩成香肠形、球形和铁饼形, 数值模拟结果与神光Ⅱ的实验结果定性上相同。

任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一.以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果.为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础.