一维拉氏计算中交错格式与单元中心格式的数值研究

在拉氏计算中,根据流体速度未知量离散在网格位置的不同将计算格式分为交错格式和单元中心格式两大类.这两类格式各自在计算中取得显著的成果,但少有人关注这两种格式的对比.本文通过大量一维算例进行数值试验,系统研究了这两种格式的特点,并详细比较了两种格式的计算精度.结果表明:两种格式总体上均能较精确地刻画流场并捕捉激波和接触间断.交错格式由于引入了人工粘性导致在间断处的精度降低,且人工粘性的形式,参数会较大影响其计算结果;而单元中心格式能在间断处能保持一致精度,但其在计算中需要根据不同问题选择合适的数据重构方法和Riemann问题合适的近似解法.

电磁脉冲驱动套筒内爆压缩磁化靶研究

采用磁流体方程和有限差分法,对内爆过程中高能量密度状态下的磁场对带电粒子和压缩过程的作用机制进行研究。结果显示:内爆过程中的各项参数为电子离子温度(50keV)、压强(1TPa)、粒子数密度(1024 cm-3)。套筒材料对约束时间、点火条件有重要影响;同时当磁感应强度大于5T时,电子热传导系数比无磁场时减小2个数量级,离子热传导系数也出现了明显下降,在压缩峰值处,磁感应强度超过5T时α粒子能量沉积密度比磁感应强度为0和1T时相对增加约200倍。磁化在一定程度上也会阻碍内爆压缩过程。

惯性约束聚变中内爆混合的模型构建

从热斑质量方程和能量守恒方程入手,重新计算考虑混合后聚变燃料的比内能和比热容等热力学参数,分析混合效应在轫致辐射损失等能量输运方面的作用,构建有杂质混合情况的热斑燃烧动力学模型.根据静态模型中的热斑燃烧的功率平衡条件,研究烧蚀层杂质混合比例与点火阈值和热斑自持燃烧的关系.理论分析和数值计算表明,混合效应导致热斑中的轫致辐射增强是点火失败的重要因素之一.通过调整不同掺杂材料、混合浓度及混合方式,得到壳层混合与热斑面密度、热斑离子温度的演化之间的关系.最后,基于模拟结果给出两种降低混合影响的方法.

脉冲驱动磁化等离子体内爆升温点火的数值模拟

通过建立物理模型,用一维三温拉氏磁流体力学程序分析了由强电流(MA)脉冲驱动的金属套筒内爆压缩磁化等离子体的升温点火及能量增益过程。分析了脉冲驱动的金属套筒内爆、不同驱动源对金属套筒内爆升温的影响、Z箍缩过程中内嵌磁场和预加热温度对磁化等离子体升温的影响,以及点火需要的初态参数和点火后的能量输出。此外,对该过程中磁场增加α粒子能量沉积、降低电子离子热传导能量损失的物理机制做了介绍和分析。磁流体数值模拟结果显示:当初始的内嵌磁场和燃料的预加热温度分别取5T和250eV时,即可获得超过4keV的升温,初始参数包括内嵌磁场、预加热温度、燃料密度、套筒尺度、驱动脉冲幅值、加载时间等。在一定的条件下,点火成功,可产生kT量级的强磁场,并获得百kJ/mm量级的能量输出。