吴俊峰[1]2003年在《收缩几何中惯性约束聚变流体不稳定性的理论和数值模拟研究》文中认为在惯性约束聚变内爆过程中存在各种流体不稳定性，它们能够破坏靶丸的对称性和完整性，使得点火失败，因此深入地理解收缩内爆过程中流体不稳定性的发展规律，对于实现点火与高增益聚变是至关重要的。相对平面几何而言，收缩几何中流体不稳定性问题更加复杂，目前研究得不够多，许多基本问题有待深入研究。本论文通过理论分析和数值模拟方法，对收缩几何中的一些流体不稳定性问题进行了研究。 本论文利用速度势理论对柱和球几何中不可压缩流体的Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性进行了研究。在线性阶段，已有的研究表明：一方面，在内爆(或外爆)过程中扰动波长变短(或变长)，使得不稳定性的增长率变大(或变小)；另一方面，即使不存在界面加速度，界面运动仍然可能导致扰动幅度的增加，柱几何中扰动幅度的变化速率正比于界面收缩比的平方，球几何中扰动幅度的变化速率正比于界面收缩比的叁次方，并且扰动幅度的变化方式(增加或减少)只与初始时刻扰动幅度的增长速率(正或负)有关，而与界面的运动方向(向内或向外)无关。在弱非线性阶段，推导了柱和球几何中模耦合方程，结果表明：非线性作用项反比于界面的位置，界面的位置越小，非线性作用越强，反之越弱；同时柱几何中模耦合方程的解表明，在收缩几何中，扰动在界面两侧的发展是不对称的，在弱非线性阶段，不稳定性向内发展的部分受到惯性力的挤压，而向外发展的部分受到惯性力的拉伸。本文研究表明：收缩几何效应对有限厚度流体的界面之间的扰动耦合有重要影响，柱和球几何中扰动耦合从外界面到内界面的衰减因子大于从内界面到外界面的情况。 数值模拟是惯性约束聚变内爆中流体不稳定性研究的主要方法。本论文在LARED-S程序平面版本基础上，推导了叁维柱和球几何中激光驱动的物理方程和相应的差分方程，编制了二维和叁维柱和球几何中激光驱动流体不稳定性的LARED-S程序版本，主要物理过程包括：激光逆轫致吸收、电子热传导和流体运动。首先，利用LARED-S程序模拟二维柱几何中RT不稳定性的增长，计算结果与线性理论符合得很好，检验了程序的可靠性。其次，讨论了二维平面、柱和球几何中RT不稳定性发生非线性偏离的阈值问题，给出了叁种几何中密度扰动振幅的非线性闭值公式，并且用LARED一S程序进行了检验，计算结果表明柱和球几何中的模藕合机制与平面几何不同，存在几何效应的影响。第叁，利用LARED一S程序模拟柱几何中RT不稳定性的多模祸合问题，对各个模及其高次谐波的变化进行了分析，并且与模藕合方程的解定性地进行比较，结果符合得较好。第四，利用LARED一S程序模拟柱和球几何内爆过程中RT不稳定性增长，表明收缩几何效应对内爆过程中不稳定性的增长有重要影响，柱和球几何中聚心冲击波的强度大于平面情况，气泡变得更加宽而大，而尖顶变得更加细而长。二维球内爆结果显示，在旋转对称轴附近的尖顶增长较快，接近叁维情况，而在远离旋转对称轴的边缘附近，环状尖顶的增长明显地变慢，这种差异完全是由于二维轴对称模拟的局限性所引起的。同时热传导过程对内爆中不稳定性的发展有很强的致稳作用，尖顶的卷曲程度明显地变小。不稳定性的发展增大了内界面的表面积和高密度冷尖顶附近的温度梯度，大大增强了热传导的降温作用，因此，柱内爆中心高温热斑体积只有未加扰动情况的四分之一，球内爆中心高温热斑体积只有未加扰动情况的八分之一。最后，利用LARED一S程序模拟了OMEGA激光器上直接驱动柱内爆实验，与LASNEX程序模拟结果进行了比较，外界面较好符合，内界面还存在一些差异，原因是LARED一S程序没有考虑实际状态方程和辐射预热，这个问题有待于将来论证。
张维岩, 叶文华, 吴俊峰, 缪文勇, 范征锋[2]2014年在《激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究》文中认为激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部叁维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和叁次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.
张占文[3]2007年在《惯性约束聚变中的双壳层靶制备技术基础研究》文中认为惯性约束聚变(ICF)是依靠惯性来约束等离子体压缩和加热燃料,实现聚变反应,新能源的开发是ICF研究目的之一。高功率激光装置是当前ICF的主要驱动器。激光聚变点火有叁种模式;中心点火、快点火和体点火,它们对应的主要点火设计靶型分别为冷冻靶、锥壳靶和双壳层靶。与目前采用的单壳层冷冻靶基本靶型比,双壳层靶燃料不需要保持在冷冻状态,可在室温下进行操作,对激光器的脉冲波形和对称性要求降低,间接驱动实验中使用的柱腔可保持真空状态,这些因素使双壳层靶的点火实验简单化,因此,有必要开展双壳层靶的制备技术研究。点火用双壳层靶在制备方面有一系列的要求。这些要求包括;内壳层使用中高原子序数材料,外壳层使用低原子序数材料,内外壳层使用的微球具有较高的球形度、同心度、壁厚均匀性和表面光洁度,内壳层微球充高压燃料气体,内外壳层之间为低密度材料或空隙。美国洛斯阿拉莫斯实验室一直采用机加工法制备双壳层靶的外壳层,经过20多年的研究,仍不能完全解决内外壳层同心度问题,不能制备出无缝连接的外壳层。国内双壳层靶制备研究工作刚刚起步,除了发展常规制备技术外,还需要探索新的制备方法以解决上述难题。根据国内ICF制靶能力、水平及开展双壳层靶研究迫切需要解决的问题,论文有针对性的开展了内壳层空心玻璃微球(HGM)充气技术、炉内微球表面涂层技术和聚-α-甲级苯乙烯(PAMS)芯轴降解技术等叁个方面的研究。炉内涂层技术和PAMS降解技术的研究将有助于双壳层靶制备新方法的探索。HGM是ICF早期实验使用的一大类靶丸,在国内相当长一段时间内,将作为双壳层靶内壳层的主要候选靶丸。文中系统研究了HGM的充气工艺,包括;HGM的耐压能力、D_2/Ne混合气体充气工艺、HGM充Ar、影响HGM气体渗透系数因素、HGM预充气挑选工艺、HGM打靶时球内气压预测和不确定度分析等,探讨了HGM作为双壳层靶内壳层微球时,充气和测量的难点及解决方案。研究表明,在350℃玻璃微球对Ne的气体渗透系数平均为K_((Ne,350℃))=2.6×10~(-18)mol·m~(-1)·s~(-1)·Pa~(-1),D_2渗透系数K_((D,350℃))=4.3×10~(-18)mol·m~(-1)·s~(-1)·Pa~(-1)。两者相近,可采用配气后混合充气,充气时间以Ne平衡时间为准。500℃以下无法通过热扩散法充Ar,在600℃高温下可实现微量Ar的渗透,外压1.0MPa,24小时可充入Ar的总量为3×10~(-3)MPa,高温充气导致微球表面光洁度由20nm以下增加到50nm～100nm,微球存活率低于50%。除了材料组成及温度外,影响HGM气体渗透系数因素还有微球壁厚、充气放气过程及表面受侵蚀情况。2μm以上厚壁球对D_2的气体渗透系数约5.0×10~(-22)mol·m~(-1)·s~(-1)·Pa~(-1),而壁厚小于1μm时,渗透系数约1.56×10~(-20)mol·m~(-1)·s~(-1)·pa~(-1),两者相差30倍。预充气挑选工艺对微球的气体渗透系数也产生一定影响,对于薄壁空心玻璃微球一次充放气气体渗透系数增加约50%,两次充放气则增大一倍左右。分析了微球制备工艺、表面微裂纹、混合气体互扩散系数、离子通道效应等因素对气体热扩散过程的影响。炉内涂层技术是制备微球表面涂层的一种方法,该方法可在双壳层靶内壳层HGM表面制备各种可形成化学溶液的涂层。在分析炉内涂层基本原理、制备过程及在炉内各阶段发生的物理化学变化基础上,建立了炉内涂层的运动模型和传质传热模型,并利用数值方法求解。论文以PS微球表面制备PVA涂层为研究重点,同时进行了HGM表面制备PAMS涂层的实验研究。研究表明,影响涂层质量和性能的主要因素为初始溶液浓度,待涂层微球的直径、炉内温度和温度分布,以及炉内气氛的种类和压力。炉温较高、He和Ar混合气体中He比例增加,微球烘干时间缩短;小直径PS微球及高浓度PVA溶液有利于制备厚的PVA涂层。在PVA浓度为5%,PS外直径300μm,炉温250℃时,利用现有设备可制备PVA涂层的最大厚度为2.2μm。PS直径250μm到550μm时,PVA厚度为2.4μm到1.0μm。制备的PVA涂层表面光洁度3nm～10nm。降解芯轴技术是制备ICF靶丸的重要技术之一,是制备等离子体聚合物(GDP)微球、大直径或厚壁HGM、聚酰亚胺微球、金属铍铜微球的关键技术之一。制备过程以PAMS/GDP为例,在PAMS表面制备GDP涂层后,降解去除PAMS,得到空心的GDP球壳。采用热重法、称重法和裂解色谱.质谱法等研究了四种不同分子量PAMS的降解过程和PAMS降解产物,采用气体吸附-解吸方法和SEM研究了GDP涂层的孔结构,采用量子化学从头计算法计算了降解产物的分子体积,建立了降解产物在GDP壳层中的扩散模型。研究表明,重均分子量1.8万的进口PAMS降解温度最高,热重测量的失重温度范围为270℃～410℃,合成的PAMS重均分子量分别为76万、114万和244万的PAMS,热重测量的失重温度范围为200℃～340℃。热降解产物主要有;α-甲基苯乙烯单体、二聚体和苯、乙苯、苯乙烯、异丙基苯和新丁基苯等,主要降解产物为单体,含量为94%～100%。PAMS的热降解属于解聚反应。称重法研究表明,平衡温度在255℃以上,PAMS降解速度较快。热重动力学研究表明,PAMS热降解的活化能为244kJ/mol。GDP涂层基本为致密结构,体相中存在部分孔缺陷,PAMS降解产物穿过GDP球壳的渗透过程为溶解-扩散模型。PAMS/GDP热降解实验研究表明,合成的PAMS降解过程中不会转变成流动的液体,但对GDP表面将产生影响,PAMS/GDP热处理过程导致GDP微球表面粗糙度增加。
郁晓瑾[4]2006年在《直接驱动惯性约束聚变点火模拟研究》文中研究说明目前实现惯性约束聚变(ICF)点火以中心点火方式为主，流体不稳定性破坏内爆压缩和点火燃烧，对驱动均匀性和靶丸制作提出苛刻要求，是减少实现点火的驱动器能量和降低激光器造价的关键问题。本论文工作从较简化的物理模型出发，在原有LARED-S程序柱球版本的基础上，发展了考虑α粒子加热的直接驱动二维点火模拟程序，进行直接驱动点火靶的一维和二维模拟研究，加深了有关物理规律的认识和物理过程的理解。 论文程序工作主要完成了热核反应和α粒子加热部分程序模块的编制，并解决了直接驱动一维和二维点火模拟中的一些技术问题，所编程序的一维模拟结果与α粒子热传导自相似解很好地相符。对直接驱动ICF内爆点火进行了数值模拟研究。首先，参照美国国家点火装置(NIF)的直接驱动全DT点火靶设计进行一维球内爆点火模拟，对一维点火的物理过程有了较全面的理解，模拟结果与美国直接驱动NIF点火靶设计的一些主要指标符合。其次，对α粒子加热在点火中的作用及点火边缘情况进行了分析研究，表明在点火边缘情况α粒子对中心热斑的加热对能否点火起关键作用，较小驱动能量情况需要靠电子和α粒子对热斑边缘冷DT的烧蚀增大热斑的ρR值，才能实现点火，但点火要求的热斑ρR值在最大压缩之后才达到，流体对外膨胀减慢热斑温度的提高，冷DT密度快速降低严重影响聚变燃烧，轻则聚变增益明显减少，重则不能点火。第叁，对减速阶段流体不稳定性进行二维数值模拟研究，结果表明：减速阶段流体不稳定性导致内界面扰动快速增长，破坏对称压缩，产生向中心快速运动的冷尖顶，明显增大了内界面热传导降温作用，热斑体积减小，直接破坏点火热斑的形成，对点火构成威胁，即使点火仍能成功，聚变放能和增益也会明显降低；减速阶段后期，电子热传导和α粒子加热对高阶模扰动增长有明显抑制作用，扰动增长截止波长随电子温度的升高和α粒子加热的增大而逐渐变长；减速阶段扰动模2D＜l＜45有较大的增长；减速阶段初期扰动幅度一般较大，内界面经受一次冲击减速期间，高次谐波被快速激发，非线性作用很强，因温度较低高阶模扰动增长较大，后期烧蚀致稳作用增强，高阶模扰动增长变慢，低阶模扰动增长变快，非线性作用变弱；随着模数l增大，点火失败对应的低阶模扰动幅度明显降低，对于l≥10扰动模，存在与一维对应的点火临界ρR值，而较低阶的扰动模(如l=2，3)热斑二维效应明
吴振洪[5]2018年在《汇聚激波的分子动力学研究》文中研究指明汇聚激波是一种向球形或者柱形汇聚中心不断汇聚的激波,与平面激波传播过程不同,其波面面积在汇聚过程中不断减小,激波强度持续增强,最终可在激波汇聚中心形成高温高压的区域,因此汇聚激波通常作为一种在小区域内高效地聚集能量的手段。汇聚激波广泛存在于各种尺度的物理现象中,从天文尺度上的超新星崩塌,再到微尺度上气泡塌陷发光。其重要意义不仅存在于科学研究中,在实际的工程应用也是至关重要的,如惯性约束核聚变。同时汇聚激波在传播过程中,汇聚激波的稳定性会影响汇聚中心的聚集能量的效率。目前对于汇聚激波的研究通常集中在宏观尺度上,但是由于汇聚激波的汇聚过程和汇聚激波作用下的界面不稳定性均是多尺度问题,并且对于微观尺度的汇聚现象研究较少,因此本文通过经典分子动力学模拟研究微观尺度下汇聚激波的汇聚过程和汇聚激波作用下的界面不稳定性问题,具体工作如下:首先,本文实现了经典分子动力学中柱形汇聚激波的生成,并对势函数的有效性进行验证,研究微观尺度的汇聚激波的传播过程以及特性。本文对传播过程中不同时刻的密度、径向速度以及温度等参数的变化进行分析,发现无量纲之后不同强度汇聚激波的自相似性规律差异不大。然后,本文模拟汇聚激波作用下的Cu-He无扰动界面的演化,研究微观尺度下无扰动界面的发展和演化特征。发现在模拟设置条件下,无扰动界面在向内运动直至从汇聚中心反射回来的二次激波作用之前没有明显的减速阶段;同时对于初始无扰动的Cu-He界面,在初始汇聚激波作用之后,由于原子的随机热运动,无扰动界面形成了微小的扰动,在二次激波的再次作用之后,这些微小的界面扰动振幅迅速增长。因此,微观尺度的无扰动界面,在汇聚激波作用下由于原子的热运动造成的微小扰动由于汇聚激波多次作用而产生不可忽略的增长。最后,本文模拟了汇聚激波作用下的Cu-He单模扰动界面的演化,研究微观尺度下的单模扰动界面的发展和演化特征,并系统地研究振幅、波数以及Atwood数对于界面的不稳定性发展的影响。首先分析汇聚激波作用下的单模扰动界面的演化过程,发现紊乱透射激波在汇聚的过程中逐渐恢复成完整的柱形。然后,分析不同初始振幅的界面演化特征,发现大振幅下二次激波作用后,界面的扰动振幅增长率趋于一致;分析不同初始波数的界面演化特征,发现大波数下,界面的扰动振幅速度减慢,较早的出现饱和现象;分析不同的Atwood的界面演化特征,发现对比较接近的几个不同Atwood数,在初始激波作用下界面的扰动增长率几乎相同,然而在二次激波作用之后,界面的扰动振幅增长率随即出现了明显的差异。最后,分析汇聚中心区域压力的变化,发现汇聚中心区域的初始压力峰值和初始扰动振幅不相关,但是随后的压力峰值则受到界面不稳定性发展的影响,扰动会减弱汇聚中心区的压力。
何凯, 缪文勇, 涂绍勇, 袁永腾, 贺拾贝[6]2017年在《靶参数对收缩几何瑞利-泰勒不稳定性诊断的影响》文中提出面向背光照相技术是诊断惯性约束聚变(ICF)中瑞利-泰勒(RT)不稳定性的重要方法,讨论了利用该技术对球形靶丸扰动幅度测量时由于收缩几何效应带来的影响。通过计算,分析了一个简化模型下扰动振幅的实际值和测量值,讨论了偏移距离、靶丸外半径、扰动波长和扰动振幅等因素对实验结果相对误差的影响。计算表明,合理选择这些参数能使诊断的系统误差小于3%,而且可通过计算模型对测量结果进行修正。研究结果可为即将开展的神光III激光装置上的收缩几何烧蚀RT不稳定性实验参数设计和结果分析提供依据。
丁举春[7]2016年在《汇聚Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验与数值研究》文中研究指明当不同密度流体的分界面受到激波的冲击加速后,界面上的初始扰动会随时间增长,在扰动发展的后期界面上生成许多小尺度涡,最终形成湍流混合,这种界面不稳定性被称作Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性。由于RM不稳定性在自然界和工程应用中广泛存在,国内外许多学者对其进行了大量的研究。目前为止,绝大多数的研究只关注平面RM不稳定性,关于汇聚RM不稳定性的研究开展得很少。然而,在武器内爆、惯性约束核聚变等重大工程应用中的界面不稳定性通常都是由汇聚激波冲击导致的。因此,本文新设计了一套半环形汇聚激波管,并利用该激波管实验研究汇聚激波与单模界面的相互作用。其次,本文开发了适用于多组分流动的高精度数值模拟程序HOWD(high order WENO and double-flux methods),并利用HOWD对汇聚RM不稳定性进行了初步的数值研究。最后,鉴于叁维性对气柱演化的重要影响,本文利用HOWD数值研究了平面激波与叁种(二维、叁维凹、叁维凸)气柱的相互作用,并分析了叁维性对气柱演化的影响。在实验方面,本文设计、加工了一套半环形汇聚激波管,并基于激波管实验段的半柱形结构,设计了一套“抽屉”形界面生成装置,解决了汇聚激波管实验段里不易生成界面的难题,使得在该激波管设备里开展汇聚RM不稳定性的实验研究成为可能。激波管半环形段的压力测量结果以及汇聚激波传播的高速纹影图,验证了半环形汇聚激波管的可行性和可靠性。在半环形汇聚激波管里实现了汇聚RM不稳定性实验,首次获得了汇聚激波冲击下air/SF6单模界面的演化过程,并分析了汇聚RM不稳定性中叁个特有的物理机制(Bell-Plesset(BP)效应、Rayleigh-Taylor(RT)效应、二次作用)对扰动发展的影响。随后,实验研究了不同初始条件(不同振幅、波数、激波强度)下界面的演化发展,分析初始条件对界面演化的影响。在数值模拟方面,本文开发了一套适用于多组分流动的高精度数值模拟程序HOWD,该程序实现了高阶WENO重构与双通量算法的耦合,不仅能准确模拟激波、物质界面等间断解,而且能够捕捉流场中的小涡结构,程序的可靠性得到了经典算例的验证。利用HOWD程序数值模拟汇聚RM不稳定性流动,发现在演化的后期,数值结果和实验结果有较大的差异,并分析了差异的原因。利用HOWD程序数值研究了平面激波与叁维气柱的相互作用,计算结果和实验结果在定性和定量上均取得了较好的一致性,进一步验证了HOWD程序的可靠性。从数值结果中发现：在叁维凹气柱的演化过程中,边界面上气柱的演化受到促进,对称面上气柱的演化受到抑制;而在叁维凸气柱的演化过程中,边界面上气柱的演化受到抑制,对称面上气柱的演化受到促进。总之,本文设计了一套半环形汇聚激波管,并在该激波管中实验研究了汇聚激波与air/SF6单模界面的相互作用,发现汇聚RM不稳定性中叁个特有的物理机制：BP效应、RT效应、二次作用,分析了叁种机制对界面演化的影响。其次,系统研究了不用初始条件(不同扰动振幅、波数、激波强度)下单模界面的演化发展,分析了初始条件对界面演化的影响。最后,利用新开发的HOWD程序数值研究平面激波与叁维气柱的相互作用,发现叁维性对气柱演化有重要影响。
雷凡[8]2017年在《汇聚Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验与理论研究》文中认为当激波冲击使具有初始扰动的流体分界面被加速时,界面附近因压力梯度和密度梯度的不重合(斜压机制)而生成斜压涡量,从而诱导界面扰动不断增长,最终形成湍流混合。这种激波诱导的界面不稳定性又称为Richtmyer-Meshkov不稳定性(简称为RMI)。在自然界和工程应用中广泛存在RMI,例如在惯性约束核聚变(ICF)中,靶丸外层材料受激光(或x光)照射烧蚀后会产生向内运动的球形汇聚激波,并依次穿过靶丸内部的多层物质界面。不同层之间的扰动发展会相互耦合,使得汇聚RMI问题变得非常复杂。因此,研究扰动界面在汇聚激波冲击下的不稳定性发展和耦合规律,有助于我们更好地预测甚至控制靶丸内部的扰动发展。本文在两套不同的汇聚激波管(竖直同轴无膜汇聚激波管和半环形汇聚激波管)中,分别开展了圆形汇聚激波与单模界面的相互作用以及半圆形汇聚激波与双层单模界面相互作用的实验研究,并从理论上对汇聚RMI问题中扰动增长的规律进行了深入分析。在实验方面,首先利用竖直同轴无膜激波管、采用粒子示踪结合平面片光的流场观测技术,获得了单模轻/重界面在柱形汇聚激波冲击后的演化过程,深入研究了不同初始条件(振幅、波数等)下单模界面RMI的发展规律,并分析了初始条件对界面演化影响的内在机理;其次在半环形汇聚激波管中通过“抽屉”形界面生成装置结合肥皂膜技术生成了双层气体界面,首次在激波管设备中获得了汇聚激波冲击下不同初始扰动组合双层扰动界面的演化过程,并实验研究了不同初始扰动组合(外扰动,内扰动以及双扰动)双层界面在汇聚激波作用下的发展规律,分析了双层界面的相互耦合关系。在理论方面,本文首先在前人关于汇聚RMI问题理论研究的基础之上,考虑了可压缩性对扰动发展的影响,并深入分析了多种汇聚效应对扰动增长的定量贡献;其次对汇聚激波冲击双层界面问题,提出了汇聚空间中扰动激波冲击扰动界面的环量模型,给出了不同初始扰动组合的双层界面在反射激波作用后界面上生成的斜压涡量。综上所述,本文利用自行研制的汇聚激波管设备以及先进的流场诊断系统开展了汇聚RMI的实验和理论研究。首先,在竖直同轴无膜激波管中研究了具有不同初始参数(波数和振幅等)的单模界面在柱形汇聚激波冲击下的演化过程,分析了波数和振幅对扰动增长的影响。另外,发现了汇聚RMI中存在叁个特有的物理机制: BP效应、RT效应、可压缩效应,并从理论上分析了叁种汇聚效应对扰动增长的定量影响。其次,在半环形激波管中研究了多种双层气体界面在柱形激波冲击下的详细演化过程,获得了汇聚激波和双层界面相互作用的第一批激波管实验数据,并发展了柱形空间中扰动激波和扰动界面相互作用的环量模型,对实验中双层界面扰动增长规律给予了较好的解释。
赵继波[9]2014年在《一维磁流体动力学程序SSS-MHD研究和实验构形模拟计算》文中研究指明由脉冲强电流流经导体电极板产生的平滑上升的磁压力对平面固体样品材料进行准等熵压缩加载,是具有重要应用前景的崭新实验技术。炸药爆轰驱动圆柱形金属套筒内爆运动,压缩其内部预置的初始磁场,在轴线附近区域达到极高磁场和磁压,是对低密度材料进行(柱形)高压等熵压缩的主要手段,也是国内新开拓的实验领域。以爆炸或冲击电流为原动力的多种多样的磁驱动、磁压缩实验技术,已成为当代高能量密度物理领域的主要加载手段之一。这类实验的特点是必须考虑作为负载的实验样品构件与传输结构及外电路的电磁相互作用,而且实验中只能使用先进的无接触、高精度光电测量技术,其设计涉及到样品构形形状、几何尺度和加载波形及时间的确定,其数据处理必须根据可测定的样品表面数据去推演样品内部的物理场分布。因此,磁驱动、磁压缩实验的数值模拟必须采用基于多物理过程的基本方程组,多介质、多空腔的样品构形以及与外电路实时耦合计算,才能给出满足设计和实验分析所需要的数据。这类实验的加载手段、电磁传输、光电测量和数据反演以及样品自身的力学、物理和化学过程,其多物理数值模拟计算必须包括爆轰作用、流体弹塑性、等离子体物理、磁流体力学和辐射流体力学。国内现已发表的有关磁流体力学计算基本上只限于磁流体力学方程组本身,缺少计算多空腔(力学空隙与真空磁腔)的功能,往往借助于实验测量的负载电流作为加载条件,不能从给定外电路参数起算,这样的计算不够完备,预示能力不足。对于完整的实验构形磁流体力学计算来说,存在磁场的真空力学腔也是一种“介质”,其力学运动直接影响到电路的变化,并且力学样品与电磁学负载合二而一,只有解决了这两个关键问题,才能通过样品力学构形的动态电感计算与集中参数外电路进行实时耦合,实现这两种差别很大,但又互相耦合的物理过程的自洽计算。本文根据磁流体力学基本方程组,对一维弹塑性反应流体动力学编码SSS进行了拉格朗日坐标下磁流体力学计算功能的扩展,针对各种一维的Z或θ实验构形,实现材料动力学、反应流体动力学和磁流体力学的一体化计算,并且较好地解决了计算模型与外电路方程组的实时耦合计算问题,不需要提供实验负载电流作为输入数据。使用本文编制的SSS-MHD编码,对磁驱动实验中平面样品的准等熵压缩过程、磁驱动高速金属飞片、爆炸磁通量压缩实验中内爆圆柱套筒的磁聚积过程和对样品管的准等熵压缩过程,进行了系统的数值模拟研究,得到了与多种实验测量数据较好符合的负载电流历史和样品表面速度历史,并且给出了样品内部压力、密度、温度和熵增的分布曲线。本文的组成分为7章。第1章为绪论；第2章为磁驱动、磁压缩实验的研究现状；第3章为磁驱动、磁压缩实验原理、装置、测量技术和数据处理；第4章为弹塑性反应磁流体力学编码SSS-MHD研制；第5章为磁驱动准等熵压缩平面样品和磁驱动高速飞片的磁流体力学计算；第6章为内爆圆柱套筒磁通量压缩实验的磁流体力学计算；第7章为总结与展望。
参考文献：
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