通量管积分瑞利-泰勒不稳定性的半球不对称和随经度变化的研究

本文利用通量管积分方法,对磁南北半球分别沿磁力线积分,研究背景电离层南-北半球不对称以及中性风场和磁偏角随经度的变化对广义瑞利-泰勒不稳定性和电离层不规则结构生成和发展的影响.结果表明,通量管积分广义瑞利-泰勒不稳定性线性增长率存在显著的半球不对称,南北半球不对称的中性风场是导致电离层不规则结构呈南北分布不对称的重要因素;随经度变化的中性风场和磁偏角对瑞利-泰勒不稳定性的经度变化有重要影响,它们可能是导致不规则结构出现率经度变化的主要控制因素.

神光Ⅱ装置上间接驱动烧蚀瑞利-泰勒不稳定性实验分析

在神光Ⅱ激光装置上开展了一系列辐射烧蚀Rayleigh-Taylor(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,实验获得了二次和三次谐波的增长数据,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。

瑞利-泰勒不稳定性的实验研究及数值模拟

通过翻转试验对瑞利-泰勒不稳定性(Rayleigh-TaylorInstabilities)引致的湍流混合过程进行实验研究,提出以染料浓度测定法结合数字图像处理技术测量确定混合物前锋的扩散位置和系数,以拉格郎日块体法(LBM)的数值格式和改进的Smagorinsky理论模式对实验过程进行了大涡模拟数值计算,修正了Voropayev用目测法测量的系数,数值模拟的结果与实验测量结果符合较好。

金属丝阵列Z箍缩装置中的瑞利-泰勒不稳定性

磁流体瑞利 -泰勒 (RT)不稳定性是 Z箍缩装置研究中的重要理论课题。引入一个金属丝阵列型 Z箍缩的雪耙模型 ,对 RT不稳定性的扰动幅值进行了初步的定量分析 ,提出了用剪切轴向流动来抑制和减弱 Z箍缩中的 RT不稳定性 ,并探索了其它可用来抑制这种超快过程产生的不稳定性的方法。

轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利-泰勒不稳定性的抑制

利用理想磁流体力学模型对有轴向剪切流的Z箍缩等离子体不稳定性进行了分析。给出了可压缩模型的色散关系,分别对可压缩及不可压缩模型中轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利 泰勒不稳定性的抑制作用进行了比较,讨论了可压缩性对含有轴向剪切流系统不稳定性的影响。结果表明,可压缩性能够减缓瑞利 泰勒 凯尔文 亥姆霍兹(RT KH)模扰动的增长,因而使得轴向剪切流对系统不稳定性的抑制作用表现得更为突出。计算结果还说明,在RT不稳定性线性增长阶段,等离子体温度较低,使用可压缩模型能够更真实地描述系统的状态。

基于小波变换的信号去噪在瑞利-泰勒不稳定性定标实验中的应用

采用Daubechies小波分析,对神光Ⅱ装置上流体力学不稳定性实验中样品扰动幅度和X光强度之间定标关系的数据进行了处理,获得了比较理想的去噪效果,并由此得到了平面调制靶波长及材料线性吸收系数等细节信息。该定标关系对准确测量瑞利-泰勒不稳定性的增长至关重要。作为对比,利用Wiener滤波方法对数据进行了处理,结果显示在处理这类信号时,Daubechies小波滤波在去除噪声和保留信号细节特征方面明显优于Wiener滤波。

三维激光烧蚀瑞利-泰勒不稳定性并行计算

给出了用三维激光烧蚀不稳定性程序求解的物理方程组 ,简要介绍了所用的数值方法 .根据所模拟问题的物理性质和数值模拟方法探索了在多处理机上实行并行计算的技术和方法 ,并行效率达 75 % ,在此基础上进行了三维多模激光烧蚀不稳定性的数值模拟 ,深化了对有关物理规律的认识 .

多模态瑞利-泰勒不稳定性的离散玻尔兹曼数值研究

瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,RT)不稳定性广泛存在于自然界和工程领域,认清RT不稳定性演化过程中的物理机理具有重要的理论意义和实用价值。本文利用离散玻尔兹曼方法模拟了可压缩流体的RT不稳定性现象,并利用该方法对界面连续的随机多模初始扰动的可压缩RT不稳定性进行了数值研究。研究结果表明,在温度梯度的影响下,与热通量相关的热力学非平衡强度呈现先增大后减小的趋势;在热扩散作用下,界面上的热力学非平衡强度先减小后增大,继而影响热力学非平衡区域的占比,使之呈现相同的变化趋势。最后,分析了全局平均热力学非平衡强度随时间的演化规律,发现在宏观物理量梯度和热力学非平衡面积的共同作用下,全局平均热力学非平衡强度先增后减,最后趋于稳定。不仅如此,热力学非平衡区域面积的增大(减小)会增强(减弱)热力学非平衡的强度;同时,物质界面物理量梯度的增大(减小)对全局平均热力学非平衡强度也有相同的影响,二者相互作用、相互竞争。

用高精度有限差分法模拟烧蚀瑞利-泰勒不稳定性

求解烧蚀面附近流场的定常解,并以此作为基本流实现用高精度的WENO格式对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性的数值模拟.线性增长率与Lindl公式以及线性稳定性分析给出的结果相符合,证明该数值模拟方法的准确性与精度,该方法还具有较好的界面变形捕捉能力.

不可压结构聚合运动耦合增长的瑞利-泰勒不稳定性研究

推导并计算了不可压圆筒结构的扰动增长方程及具有弹性的运动方程 ,讨论了氧气 乙炔混合气体聚爆明胶圆筒的耦合扰动增长规律 ,研究结果为会聚结构的瑞利 泰勒不稳定性实验提供了很好的理论依据。

球壳结构馈通增长的瑞利-泰勒不稳定性

利用小扰动分析法 ,导出不可压缩球壳结构的馈通增长方程 ,数值模拟了高压气体驱动外表面有初始扰动的明胶球壳的瑞利 泰勒不稳定性模型。计算结果表明 :对于低波数扰动 ,外界面比较稳定 ,内表面的馈通增长较快 ,具有比较明显的三个演化阶段和波形反转现象。高波数扰动的增长恰好与低波数相反。

改进的物理融合神经网络在瑞利-泰勒不稳定性问题中的应用

基于相场法的物理融合神经网络PF-PINNs被成功用于两相流动的建模,为两相流动的高精度直接数值模拟提供了全新的技术手段.相场法作为一种新兴的界面捕捉方法,其引入确保了界面的质量守恒,显著提高了相界面的捕捉精度;但是相场法中高阶导数的存在也降低了神经网络的训练速度.为了提升计算训练过程的效率,本文在PF-PINNS框架下,参考深度混合残差方法 MIM,将化学能作为辅助变量以及神经网络的输出之一,并修改了物理约束项的形式,使辅助变量与相分数的关系式由硬约束转为了软约束.上述两点改进显著降低了自动微分过程中计算图的规模,节约了求导过程中的计算开销.同时,为了评估建立的PF-PINNS在雷诺数较高、计算量较大的场景中的建模能力,本文将瑞利-泰勒RT不稳定性问题作为验证算例.与高精度谱元法的定性与定量对比结果表明,改进PF-PINNs有能力捕捉到两相界面的强非线性演化过程,且计算精度接近传统算法,计算结果符合物理规律.改进前后的对比结果表明,深度混合残差方法能够显著降低PF-PINNS的训练用时.本文所述方法是进一步提升神经网络训练速度的重要参考资料,并为探索高精度智能建模方法提供了全新的见解.

双模瑞利-泰勒不稳定性的预热烧蚀效应研究

针对双模扰动下的烧蚀瑞利-泰勒不稳定性增长问题,采用高精度的数值计算方法,研究了不同预热程度下模耦合产生的多个高次谐波幅值的发展和演化问题。研究表明,三种预热烧蚀条件下,当扰动基模满足长波与短波耦合方式时,谐波中的长波模态占主导,而短波模发展明显受到抑制;当满足短波与短波耦合时,耦合结果带来了许多新的增长较快的长波模态,此时短波模增长呈现小幅震荡形式。比较两种耦合方式可以发现,长波结构在烧蚀瑞利-泰勒不稳定性弱非线性阶段都占主导地位,尤其是短波与短波耦合中气泡与尖钉表现出不同于两个基模的长波模结构。进一步分析预热效应对模耦合增长的影响,发现预热程度越强就越能削弱耦合谐波的增长,这说明预热对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性具有致稳作用,这对惯性约束聚变工程中控制烧蚀瑞利-泰勒不稳定性发展具有重要意义。

基于格子玻尔兹曼多相流通量求解和分形理论的微尺度瑞利-泰勒不稳定性

采用MLBFS(multiphase lattice Boltzmann flux solver)方法对两种不相混溶、不可压缩流体的微尺度下瑞利-泰勒(R-T)不稳定性进行数值模拟。通过分析R-T不稳定性初期线性阶段的漩涡发展来比较不同粘度的影响。当该过程进入非线性阶段,界面会呈现一定的分形特性;在高雷诺数情况下尤其明显。结合分形理论,运用盒维数法对界面图像进行处理,得到不同情况下界面分形维数的发展情况。研究表明当雷诺数较小时,界面分形维数呈现近似线性的增长;随着雷诺数增大,界面扰动不断加剧界面分形维数增长呈现明显的非线性状态,当雷诺数足够大时,界面的分形维数增长呈现相似性并且趋于饱和。同时,也对比了重力作用恒定时表面张力对R-T不稳定性的影响。当Bo数稍大时,表面张力的变化对界面的发展几乎没有影响;但是当Bo数极小时,表面张力对界面不稳定抑制作用明显,界面分形维数也明显小于Bo稍大的情形。

可压缩磁化等离子体中量子效应对瑞利-泰勒不稳定性的影响

研究了可压缩磁化等离子体中,量子效应对瑞利-泰勒(RT)不稳定性的影响.通过对量子磁流体动力学方程的求解,得到描述速度扰动的微分方程.导出了固定边界条件下的RT不稳定性的增长率.研究表明:在可压缩磁化等离子体中,磁场和量子效应都起到致稳RT不稳定性的作用,这与不可压缩磁化等离子体中的结论一致.

有限拉莫尔半径和剪切轴向流组合稳定瑞利-泰勒不稳定性

本文参照不可压缩粘滞磁流体动力学方程，考查粘滞对环形等离子体内爆瑞利一泰勒（RT）不稳定性的影响。这里，粘滞效应按文献是指有限拉莫尔半径，用有限拉莫尔半径代替通常的平均自由程。换言之，把有限拉莫尔半径项看成有效粘滞项。即，在等离子体动量方程中称为同旋粘滞项。由于引入了速度剪切，开耳芬．亥姆霍兹不稳定性也包含其中。结果表明，在Z箍缩内爆中，有限拉莫尔半径对磁瑞利-泰勒不稳定性起强稳定作用，而且剪切轴向流和有限拉莫尔半径的组合效应能够极大减小瑞利-泰勒不稳定性。

二维不可压流体瑞利-泰勒不稳定性的非线性阈值公式

分析了二维情况下平面几何、柱几何和球几何中瑞利 泰勒不稳定性发生非线性偏离的阈值问题 ,给出了三种几何中密度扰动振幅的定义 ,以及与界面扰动振幅的关系 .由此得到了三种几何中密度扰动的非线性阈值公式 ,用高精度流体程序对三种几何中的不稳定性进行了数值模拟 。

高温烧蚀初始印记及其瑞利-泰勒不稳定性发展的研究

直接驱动惯性约束聚变中,高温烧蚀初始印记在压缩过程的不稳定性发展中起着重要作用.利用X射线针孔辅助点投影成像法,研究了不同波形激光脉冲驱动下CH平面靶及其瑞利-泰勒不稳定性发展的情况.结果表明,在相同驱动激光能量作用下,初始阶段激光强度越低,上升越缓慢,高温烧蚀初始印记引起的密度调制幅度越大.提高预脉冲强度能显著抑制高温烧蚀初始印记效应.

激光驱动瑞利-泰勒不稳定性实验研究中的数据处理

建立了一套激光驱动瑞利-泰勒(R-T)不稳定性正向诊断实验数据的处理流程和方法,主要包括:利用拟合背光曲线的方法扣除背光的不均匀性;采用快速傅里叶变换(FFT)方法对数据进行光滑化处理(去除高频噪声)后得到探针穿越调制靶后的强度信息;结合R-T不稳定性的物理模型,给出R-T不稳定性随时间演化的一些物理规律。并使用这套方法,对神光II装置上取得的直接驱动铝平面调制靶动态诊断实验原始数据进行了处理,并从中得到了光学厚度和增长振幅等物理量随时间的演化规律。

磁瑞利-泰勒不稳定性非线性演化数值模拟

基于理想磁流体力学模型,采用5阶WENO有限差分格式结合磁场伪散度清除投影算法,发展二维数值模拟程序,利用线性理论对程序进行检验,在此基础上研究磁瑞利-泰勒(MRT)不稳定性非线性演化物理过程和发展规律。结果表明:垂直于加速度方向磁场在线性和非线性阶段对MRT扰动发展都有较强的制稳作用,而平行于加速度方向磁场在线性阶段对MRT扰动发展影响较小,但在MRT扰动非线性发展阶段会对由于流场变化产生的K-H不稳定性有显著的制稳作用,从而抑制总的扰动发展。在MRT非线性发展过程中,由于波模耦合相互作用,单模演化会产生高次谐波;双模演化会产生除基模和谐波以外的其他波模,其扰动幅度甚至超过基模;多模演化过程中发生逆级联过程,即短波长扰动逐渐向长波长扰动发展。