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FP-1装置铝套筒内爆动力学过程的一维磁流体力学模拟
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作者 张扬 戴自换 +9 位作者 孙奇志 章征伟 孙海权 王裴 丁宁 薛创 王冠琼 沈智军 李肖 王建国 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期46-56,共11页
作为一种重要的柱面会聚冲击和准等熵压缩加载源,磁驱动固体套筒内爆技术已广泛应用于高能量密度物理实验研究.针对FP-1装置驱动的固体套筒内爆动力学过程,建立了含强度的一维磁流体力学模型,并对典型实验进行了模拟.计算获得的套筒内... 作为一种重要的柱面会聚冲击和准等熵压缩加载源,磁驱动固体套筒内爆技术已广泛应用于高能量密度物理实验研究.针对FP-1装置驱动的固体套筒内爆动力学过程,建立了含强度的一维磁流体力学模型,并对典型实验进行了模拟.计算获得的套筒内爆速度同实验结果较为相符.模拟结果显示,该装置在40 kV充压条件下,可以将直径3 cm,厚0.5 mm的铝套筒加速至1.1 km/s,内壁速度超过1.5 km/s,同时保持大部分材料为固体状态.内爆套筒与相同材料靶筒碰撞产生的冲击压力约9 GPa.改变靶筒内部填充气体的压力,可以获得不同的靶筒运动速度、轨迹以及反弹半径,以满足不同类型实验的研究需要. 展开更多
关键词 固体套筒 磁流体力学模拟 FP-1装置 高能量密度物理
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“聚龙一号”装置磁驱动准等熵压缩实验的一维磁流体力学模拟
2
作者 张扬 薛创 +8 位作者 丁宁 刘海风 宋海峰 张朝辉 王贵林 孙顺凯 宁成 戴自换 束小建 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期52-60,共9页
国内首台多路并联超高功率脉冲装置"聚龙一号"(PTS)已被用于磁驱动准等熵实验研究,其分时分组放电特点为开展材料的动高压可控路径加载研究提供了便利.磁驱动准等熵实验的物理设计和结果分析需要依赖可靠的数值模拟平台.本文... 国内首台多路并联超高功率脉冲装置"聚龙一号"(PTS)已被用于磁驱动准等熵实验研究,其分时分组放电特点为开展材料的动高压可控路径加载研究提供了便利.磁驱动准等熵实验的物理设计和结果分析需要依赖可靠的数值模拟平台.本文介绍了含强度计算的一维磁流体力学程序MADE1D的物理模型和程序特点,讨论了"聚龙一号"装置两种不同电流波形驱动条件下准等熵实验的模拟情况.结果显示,MADE1D程序能够较好地反映电磁力引起的压缩波在样品内部的产生、传播及发展过程,计算获得的"样品/窗口"界面速度同实验测量结果符合较好.分析发现,电流波形是影响加载过程的重要因素.对于目前使用的带状电极,电流上升率不宜超过40 k A/ns,否则可能在厚度1.2 mm以上的铝样品中产生冲击. 展开更多
关键词 准等熵压缩实验 “聚龙一号”装置 磁流体力学模拟 MADE1D
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单流体二维太阳风结构的磁流体力学模拟
3
作者 薛金涛 王敬芳 +1 位作者 钱昕 邓晓华 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第1期1-6,共6页
在添加动量项的情况下,对单流体二维磁流体力学方程组进行模拟,得到了子午面上的太阳风结构.结果表明,添加动量项的形式及其被加入的位置对远区太阳风速度和质子密度有苇要的影响,本文在适当的区域加入合适的动量项得出了远区太阳风速... 在添加动量项的情况下,对单流体二维磁流体力学方程组进行模拟,得到了子午面上的太阳风结构.结果表明,添加动量项的形式及其被加入的位置对远区太阳风速度和质子密度有苇要的影响,本文在适当的区域加入合适的动量项得出了远区太阳风速和质子密度与Ulysses观测基本符合的结果.文中给出较合适的动量添加区域为3.5-10Rs(Rs为太阳半径). 展开更多
关键词 太阳风 流体力学数值模拟 动量添加项 加速 速度 密度
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赤道面磁层顶位形的磁流体力学模拟研究
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作者 李传起 顾斌 +3 位作者 母丽丽 张青梅 陈美红 蒋勇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第21期567-573,共7页
磁层顶位置和形状的动态特征描绘是地球物理和空间物理研究的难点之一.文章基于太阳风-磁层-电离层耦合的全球磁流体力学(MHD)数值模拟,运用电流密度极大法确定磁层顶位形,并具体研究两种典型太阳风动压(D_p)和几种不同行星际磁场的z分... 磁层顶位置和形状的动态特征描绘是地球物理和空间物理研究的难点之一.文章基于太阳风-磁层-电离层耦合的全球磁流体力学(MHD)数值模拟,运用电流密度极大法确定磁层顶位形,并具体研究两种典型太阳风动压(D_p)和几种不同行星际磁场的z分量(B_z)条件下,地球赤道面上方磁层顶动态特征.模拟结果显示,磁层顶日下点高度r_0主要由D_p控制.随着D_p增加,磁层顶被压缩,r_0显著减小.相同D_p条件下,在B_z由南向(B_z<0)逐渐减小,并转为北向(B_z>0)逐渐增大的过程中,r_0缓慢增大.不同条件下,磁层项张角φ变化较小,反映了赤道面磁层顶结构的相似性.与Shue98低纬磁层顶经验模型比较,MHD模拟能再现磁层顶日下点位置r_0对D_p的响应,而r_0随B_z变化的饱和性仅出现在低速太阳风条件下.MHD模拟和经验模型的磁层项张角φ差别小于2.5°,但模拟显示φ随B_z的变化趋势并非简单线性关系. 展开更多
关键词 赤道面层顶 位置结构特征 磁流体力学模拟
原文传递
外日球层激波事件的一维磁流体力学数值模拟
5
作者 郭孝城 周昱成 +1 位作者 王赤 李晖 《深空探测学报(中英文)》 2020年第6期560-566,604,共8页
“旅行者1号”在2012年8月穿越日球层顶后连续探测到了星际磁场的局地突然变化,通常被认为对应于激波事件,且为太阳风事件向外传播后形成的大尺度结构与日球层顶相互作用的产物。但由于观测的限制,日球层内的太阳风大尺度结构与星际空... “旅行者1号”在2012年8月穿越日球层顶后连续探测到了星际磁场的局地突然变化,通常被认为对应于激波事件,且为太阳风事件向外传播后形成的大尺度结构与日球层顶相互作用的产物。但由于观测的限制,日球层内的太阳风大尺度结构与星际空间的激波事件的对应关系尚未明确。通过一个包含太阳风等离子体和星际中性原子的双流体磁流体力学数值模型检验了这种对应关系。在距日1 AU的内边界输入2010—2017年分别位于不同经度上的OMNI,STEREO A和STEREO B的太阳风观测数据,研究了这期间太阳风与星际中性原子电荷交换后在外日球层区的传播和演化,并与“旅行者1号”和“旅行者2号”的观测数据做对比。结果表明,“旅行者1号”探测的星际空间激波事件与“旅行者2号”探测到的日球层鞘区内的压力脉冲事件具有明显的关联。 展开更多
关键词 外日球层 激波事件 太阳风 流体力学数值模拟
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行星际激波导致内磁层脉冲电场的模拟研究
6
作者 张典钧 刘文龙 +1 位作者 杜俊峰 张钊 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4429-4436,共8页
行星际激波压缩地球磁层会产生全球尺度的脉冲电场,这种脉冲电场进而会导致相对论电子发生快速的加速和注入行为,因此脉冲电场的研究对内磁层的动力学问题的理解具有重要的意义.我们利用SWMF模型模拟了2015年12月19日的行星际激波事件,... 行星际激波压缩地球磁层会产生全球尺度的脉冲电场,这种脉冲电场进而会导致相对论电子发生快速的加速和注入行为,因此脉冲电场的研究对内磁层的动力学问题的理解具有重要的意义.我们利用SWMF模型模拟了2015年12月19日的行星际激波事件,来研究内磁层脉冲电场的演化和分布特性,模拟结果表明:(1)脉冲电场主要沿环向向西;(2)脉冲电场在日侧的幅度普遍大于夜侧的幅度;(3)脉冲电场在日侧的持续时间普遍小于夜侧的持续时间.模拟结果中脉冲电场的特征与Zhang等人(2018)中基于范艾伦卫星数据的统计结果一致,从而验证了统计结果的可靠性.这些结果将有助于对辐射带高能粒子对极端空间天气的快速响应的理解. 展开更多
关键词 行星际激波 磁流体力学模拟 空间等离子体
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太阳风向磁层输入电磁能量研究 被引量:2
7
作者 荆浩 吕建永 +3 位作者 蒋勇 王明 胡慧萍 刘子谦 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期269-277,共9页
利用全球磁流体力学(MHD)模拟结果,通过确立包含磁层顶的太阳风流线内边界来识别三维磁层顶位形,并以极尖区位置作为磁层顶日侧与夜侧的分界线,在此基础上定量研究了不同条件下穿过磁层顶向磁层内输入的电磁能量.研究发现,磁层顶的能量... 利用全球磁流体力学(MHD)模拟结果,通过确立包含磁层顶的太阳风流线内边界来识别三维磁层顶位形,并以极尖区位置作为磁层顶日侧与夜侧的分界线,在此基础上定量研究了不同条件下穿过磁层顶向磁层内输入的电磁能量.研究发现,磁层顶的能量传输与太阳风条件密切相关,磁重联是控制电磁能量传输的重要机制.结果表明,当IMF(行星际磁场)南向时,极尖区后方的磁尾附近存在电磁能输入最大值,当IMF北向时,电磁能输入最大值发生在极尖区附近;南向IMF条件下,在IMF强度增大或太阳风密度增大时,磁层顶电磁能传输的电磁能量比北向IMF条件时增加更显著.太阳风通过调节磁层顶面积间接影响到磁层顶能量传输大小.研究还发现,北向IMF与南向IMF条件下穿过磁层顶的电磁能输入的比值范围约为10%~30%,此比值一定程度上反映了北、南方向IMF与地磁场磁重联效率的比值. 展开更多
关键词 层顶 能量传输 重联 磁流体力学模拟
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电离层等效电流体系对行星际激波的响应研究 被引量:1
8
作者 张青梅 孙天然 +2 位作者 张佼佼 李传起 王赤 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期486-493,共8页
行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明... 行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明,在激波作用下伴随着异常场向电流对的产生,电离层在午前午后出现一对反向的等效电流涡.这对涡旋一边向极侧和夜侧运动,一边经历强度增强和减弱直至消失的过程.激波过后等效电流体系图像逐渐演化为激波下游行星际条件控制的典型图像.这个响应过程与行星际激波强度有关,激波强度越强,则反向的等效电流涡旋强度越大,寿命也就越短. 展开更多
关键词 磁流体力学模拟 行星际激波 电离层等效电流
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低高度极尖区位形的经验模式
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作者 刘子谦 李晖 +2 位作者 王赤 韩金鹏 王江燕 《地球与行星物理论评(中英文)》 2023年第4期466-475,共10页
地球极尖区是太阳风等离子体进入内磁层和电离层的一个重要“窗口”,但其总体结构长期以来尚未确定.2008年3月8日两个连续亚暴期间,太阳风的整体变化范围较大,基于全球三维数值模拟我们建立了一个由行星际磁场(interplanetary magnetic ... 地球极尖区是太阳风等离子体进入内磁层和电离层的一个重要“窗口”,但其总体结构长期以来尚未确定.2008年3月8日两个连续亚暴期间,太阳风的整体变化范围较大,基于全球三维数值模拟我们建立了一个由行星际磁场(interplanetary magnetic field,IMF)B_(Y)、B_(Z)控制的低高度(1.1个地球半径高度)极尖区的预报模式.该模式由椭圆函数构造而成,拟合函数由极尖区位置和宽度控制并取决于IMF B_(Y)和B_(Z).极尖区地磁纬度(geomagnetic latitude,MLAT)随着向北IMF B_(Z)的增加而增加,随着向南IMF B_(Z)的增加而明显降低.当B_(Y)=0时,磁地方时(magnetic local time,MLT)接近12,当IMF为东向(西向)时,极尖区中心将位于北半球下午(上午)侧.MLAT宽度随IMF B_(Z)从北转南而减小,MLT宽度随IMF B_(Z)从北转南而增大.通过与DMSP卫星观测结果的比较分析,验证了该模型的有效性.基于低高度极尖区预报模式,将进一步建立极尖区三维预报模式,这将有助于空间天气预报. 展开更多
关键词 极尖区 经验模式 太阳风 磁流体力学模拟
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纳秒级铝单丝电爆炸过程中金属态–非金属态转变研究 被引量:3
10
作者 王坤 姜林村 +2 位作者 史宗谦 徐鸿飞 赵建材 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期2957-2964,共8页
脉冲电流驱动金属丝负载从金属态到非金属态的转变对理解等离子体电热不稳定性的演化有重要意义。该文利用高时空分辨率诊断手段和磁流体力学数值模拟,开展铝丝和镀膜铝丝在纳秒级脉冲电流作用下金属态-非金属态的转变过程。基于Ioffel-... 脉冲电流驱动金属丝负载从金属态到非金属态的转变对理解等离子体电热不稳定性的演化有重要意义。该文利用高时空分辨率诊断手段和磁流体力学数值模拟,开展铝丝和镀膜铝丝在纳秒级脉冲电流作用下金属态-非金属态的转变过程。基于Ioffel-Regel条件、金属化密度和电阻率温度系数等分析铝丝从金属态转变为非金属态的过程,确定了铝丝对电热不稳定性最不稳定的状态。铝丝和镀膜铝丝在电爆炸初始阶段经历了相似的相态演化,出现了由电热不稳定性引起的条纹结构。在电压击穿时刻,铝丝的电阻率远高于标准金属的电阻率。铝丝在电压击穿之前已经完成金属态-非金属态的转变。该结果能为电流驱动金属负载构型的电热不稳定性研究奠定基础。 展开更多
关键词 电爆炸丝 金属态-非金属态转变 磁流体力学模拟 电热不稳定性
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广义拉格朗日乘子MHD方程组的两类逆风分裂格式 被引量:1
11
作者 张璟珂 李会超 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期8-18,共11页
开发高性能的磁流体力学数值模拟方法是提高空间天气数值预报研究的一个重要方面.有限体积法的逆风分裂格式具有良好的间断捕获能力,Steger-Warming和AUSM(Advection Upstream Splitting Method)是逆风分裂格式FVS(Flux Vector Splitti... 开发高性能的磁流体力学数值模拟方法是提高空间天气数值预报研究的一个重要方面.有限体积法的逆风分裂格式具有良好的间断捕获能力,Steger-Warming和AUSM(Advection Upstream Splitting Method)是逆风分裂格式FVS(Flux Vector Splitting)方法中具有代表性的两种格式.采用这两种格式求解具有伽利略不变性的扩展型广义拉格朗日乘子磁流体力学(EGLM-MHD)方程组,对Orszag-Tang涡流问题和三维爆炸波问题进行数值模拟,结果表明两种格式均能得到稳定精确的数值结果.与StegerWarming格式相比,AUSM格式产生的磁场散度误差更小,计算速度更快. 展开更多
关键词 流体力学数值模拟 Steger-Warming格式 AUSM格式
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A Possible Interpretation of Burst-Like Characteristics of Explosive Events 被引量:1
12
作者 FANQuan-Lin FENGXue-Shang XIANGChang-Qing 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2004年第5期790-794,共5页
Explosive events have been observed to occur consecutively in bursts at intermittent locations along theboundary near the opposite polarity. The aim of the present paper is to explore a possible mechanism to interpret... Explosive events have been observed to occur consecutively in bursts at intermittent locations along theboundary near the opposite polarity. The aim of the present paper is to explore a possible mechanism to interpret thisburst-like characteristic of explosive events. The 2D magnetohydrodynamic (MHD) numerical simulations with resistivityhave been carried out to reproduce the intermittent spatial-temporal magnetic reconnection events taking place along thelong, compressible current sheet. The observed density enhancements in previously published results have been verifiedto be associated to magnetic reconnection sites. Late observational evidences, which support present attempts, have alsobeen found, at least in morphological evolution of the consecutive explosive events. 展开更多
关键词 explosive events magnetic reconnection MAGNETOHYDRODYNAMICS solar transition region numerical simulation
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Two Independent Numerical Studies Demonstrating How to Efficiently Eliminate Electrolysis Side Reactions in Magneto-Hydro-Dynamic Pumping System
13
作者 Adam Bouras Raoudha Chaabane Kamel Charrada Rachid Sald 《Journal of Chemistry and Chemical Engineering》 2012年第6期536-546,共11页
In this work, a numerical study for designing a new kind of MHD (Magneto-Hydrn-Dynamic) pumps is presented. This technique makes a compromise between electrolysis prevention and high flow rate performance. This tech... In this work, a numerical study for designing a new kind of MHD (Magneto-Hydrn-Dynamic) pumps is presented. This technique makes a compromise between electrolysis prevention and high flow rate performance. This technique should eliminate electrolytic bubble generation, electrodes wear and fluid propriety modification. All these side phenomena are prevented by considering isolated electrodes. The numerical presented results in this paper demonstrate that continuous MHD pumping is possible with isolated electrodes. The MHD excitation combines a high frequency altering current with a low frequency altering magnetic field. In order to validate our results, two independent theoretical methods for computing flow rate are followed. The two presented independent approaches show that high flow rate is possible even with isolated electrodes. To overcome the problem of dimensioning this kind of pumps, a generic numerical analysis is proposed. Hence, the pump performances as functions of the external parameter are studied and tools to calculate for a given fluid and the optimal high frequency regime are provided. 展开更多
关键词 Magneto-Hydro-Dynamic iorenz force high frequency regime electric line model characteristic impedance high flow rate.
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Z箍缩内爆的MARED程序数值模拟分析 被引量:4
14
作者 丁宁 邬吉明 +6 位作者 戴自换 张扬 尹丽 姚彦忠 孙顺凯 宁成 束小建 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期8707-8716,共10页
MARED程序是模拟Z箍缩内爆过程的二维三温辐射磁流体力学程序,它适用于不同装置条件和不同负载参数.利用MARED程序对Z箍缩内爆进行模拟,结合丝阵Z箍缩实验分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X射线辐射功率远大于铝丝阵产生的... MARED程序是模拟Z箍缩内爆过程的二维三温辐射磁流体力学程序,它适用于不同装置条件和不同负载参数.利用MARED程序对Z箍缩内爆进行模拟,结合丝阵Z箍缩实验分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X射线辐射功率远大于铝丝阵产生的X射线功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到的X射线功率越低;X射线功率随着负载电流增加而增加.MARED程序能够较好地反映Z箍缩内爆动力学过程,特别是不稳定性发展的二维图像,能够给出与不稳定性简化模型的理论分析及实验结果定性一致的演化规律.MARED程序模拟丝阵填充泡沫形成辐射场的初步计算得到了与Sandia实验室模拟Z装置上丝阵填充泡沫定性一致的结果. 展开更多
关键词 丝阵Z箍缩内爆等离子体 MARED程序 辐射流体力学数值模拟 X射线辐射
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PTS装置Z箍缩负载设计分析 被引量:8
15
作者 丁宁 张扬 +2 位作者 宁成 束小建 肖德龙 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期3027-3037,共11页
介绍了PTS装置丝阵负载设计思路,用简化的薄壳模型(零维)和辐射磁流体力学模型(一维)数值模拟了丝阵Z箍缩内爆过程,给出了PTS丝阵负载设计参数,分析了初步优化结果,确定了优化选择的箍缩常数.经脉冲功率驱动器与负载优化匹配设计,PTS实... 介绍了PTS装置丝阵负载设计思路,用简化的薄壳模型(零维)和辐射磁流体力学模型(一维)数值模拟了丝阵Z箍缩内爆过程,给出了PTS丝阵负载设计参数,分析了初步优化结果,确定了优化选择的箍缩常数.经脉冲功率驱动器与负载优化匹配设计,PTS实验平台能够获得100TW量级的X射线功率,最佳插头能量转换效率10%.预计PTS实验平台的X射线输出能力基本达到Saturn装置长脉冲模式放电的水平.结果将为PTS开展Z箍缩研究提供有价值的参考. 展开更多
关键词 PTS装置 Z箍缩丝阵负载 零维薄壳模型 一维辐射流体力学数值模拟
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地球极区电离层上空发现“太空台风”
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作者 张清和 《物理》 CAS 北大核心 2021年第4期266-266,共1页
台风或飓风是低层大气中发生的强烈热带气旋。那么,在地球或其他行星的高层大气中是否存在类似台风或飓风的现象呢?研究者一直在寻找它的踪迹。针对这一挑战,山东大学张清和、中国科学院国家空间科学中心王赤带领团队利用电离层卫星等... 台风或飓风是低层大气中发生的强烈热带气旋。那么,在地球或其他行星的高层大气中是否存在类似台风或飓风的现象呢?研究者一直在寻找它的踪迹。针对这一挑战,山东大学张清和、中国科学院国家空间科学中心王赤带领团队利用电离层卫星等的观测数据,结合磁流体力学数值模拟,开展了系列研究,近期取得了突破性进展。 展开更多
关键词 高层大气 热带气旋 极区电离层 流体力学数值模拟 中国科学院 飓风 空间科学 台风
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