引入守恒格式的自相似解进行ICF辐射驱动时变对称性分析

引入守恒格式的自相似解计算黑腔X射线能流时空分布,通过视角因子方法计算靶丸表面入射能流分布,从而进行惯性约束聚变辐射驱动时变对称性分析。分析了光斑运动、激光脉冲波形及靶丸装配偏差对靶丸辐照均匀性的影响。以二阶分量时间积分值为优化目标,最佳腔长计算值与内爆对称性调节实验结果相符,内爆腔靶组合参数扫描得到的最佳长径比与NIF目前实验值相当,模型有效性得到验证。     

定向红外光空间分布误差对冷冻靶温度场的影响分析

在惯性约束核聚变中,决定点火成功与否的关键因素在于靶丸内燃料冰层的均匀性,而影响靶丸内燃料冰层均匀性的主要因素为靶丸温度场均匀性.为了提升靶丸温度场均匀性,采用定向红外辅助均化装置实现对靶丸表面温度场的局部调控.在定向红外装置的运行过程中,红外光空间分布误差会影响到靶丸温度场的调控效果.建立了定向红外光线追踪与温度场计算耦合的数值模型,并与实验进行对照分析,确定了数值模型良好的计算精度.采用三维的冷冻靶物理模型,研究了不同形式的定向红外光空间分布误差对靶丸温度场的影响规律.结果表明:光轴偏心对靶丸温度场均匀性的影响最为剧烈,光带间距变化的影响次之,光带宽度的变化对靶丸温度场均匀性的影响最小.在实验中应当尽可能避免南北两侧光带光轴的偏心,从而保证靶丸表面温度均匀性,进而可以保证靶丸内燃料冰层的均匀性.     

定向红外条件下光纤布置形式及光源参数对低温靶温度场的影响

惯性约束核聚变成功的关键之一在于靶丸内要形成均匀的燃料冰层,靶丸外表面温度特性对惯性约束聚变低温靶内形成均匀的燃料冰层有着决定性的影响.为使得靶丸外表面温度场尽可能均匀,需采用定向红外的方式对靶丸外表面温度进行局部调控.采用全三维低温靶物理模型,建立定向红外光路追踪与温度场计算耦合计算的光热耦合数值模型,研究了定向红外条件下光纤布置形式及光源参数对低温靶温度场的影响规律.结果表明:在光纤总功率不变的前提下,光纤数量越多,靶丸外表面温度场均匀性越好.光纤数量小于等于2时,靶丸外表面温度场无法得到明显改善;光纤数量大于2时,靶丸外表面最大温差和加权温差降低幅值极限为61.94%和76.33%.光纤投射的光斑向南北两极适量偏移可以改善靶丸外表面温度场均匀性,其他的偏移方式会恶化温度场均匀性.     

二元混合燃料在靶丸内壁形成均匀液体层的数学模型

 提出了一个数学模型，描述了二元混合燃料H-D和D-T在ICF低温靶丸内壁形成均匀液体层时，远端场的温度梯度和工作温度间的关系。在靶竖直方向施加一个温度梯度后，模型显示将在气液界面产生一个垂直向上的张力梯度，它将液体从靶丸底部拉到上部，适当的张力梯度抵消了重力对液层的作用，在靶丸的内壁形成了均匀的液体层。通过运用ANSYS软件对靶丸的导热情况进行了有限元分析，模型计算结果与Kim的实验数据吻合得较好，温度梯度的变化趋势也是相似的。     

辐射换热对冷冻靶温度影响的数值分析

为了研究辐射换热对惯性约束聚变间接驱动靶系统的温度场影响,建立了带有辐射屏蔽罩的冷冻靶系统数值计算模型,利用FLUENT软件的离散坐标辐射模型分析了系统的辐射换热,并对影响辐射换热的相关结构和参数进行了模拟优化。结果表明:采用双层屏蔽罩、减小屏蔽罩的发射率、增大屏蔽罩的散射分数和金腔的吸收率、增设暴风窗,均可有效减小靶丸与外界的辐射换热,从而改善靶丸表面的温度均匀性。     

非共轴椭球面聚光阵列式高焦比太阳模拟器

为使太阳模拟器的接收靶得到高能流高均匀度光斑,需要对聚光系统进行优化设计。提出利用非共轴椭球面聚光镜优化光斑质量的方法,使光斑的能流分布均匀度有明显改善。利用蒙特-卡罗光线追迹方法,设计了聚集型高焦比太阳模拟器。在第二焦面处,80mm直径的接收靶面上可接收10kW的辐射光能,光斑对称性和均匀性好,系统的传递效率为23.81%,80mm直径靶面内的平均能流密度为2MW/m2,50mm直径靶面内平均能流密度达到3.64MW/m2,对应的理论色温超过2800K。采用非共轴椭球面聚光镜,成功研制了由电源控制系统、冷却系统、氙灯光源和聚光系统构成的太阳能模拟器。经实验测试,太阳模拟器的聚光光斑与光学仿真软件TracePro模拟光斑符合得很好。     

神光III主机极向驱动靶丸表面辐照均匀性

极向驱动是在间接驱动构型的激光装置中,通过重瞄各束激光的位置,实现较均匀的靶丸表面激光辐照,以研究直接驱动惯性约束聚变的关键物理问题.介绍了神光III主机装置的激光排布和焦斑特点,以及激光束重瞄方法和靶丸表面激光辐照均匀性优化原则.给出了三阶和五阶超高斯近似下的激光焦斑强度分布,Φ540 μm靶丸在能量沉积满足cos²γ和cos γ假设时靶丸表面最均匀辐照的移束参数,以及二维辐射流体程序模拟最优移束时的内爆对称性结果.二维模拟结果表明,按cosγ假设移束的热斑更对称.分析了激光的束间功率不平衡、激光束重瞄精度和靶丸定位精度对靶丸表面辐照均匀性的影响.模拟结果表明,为了不显著降低靶丸表面辐照均匀性,需要将束间功率不平衡控制在5%以内,激光束重瞄精度和靶丸定位精度控制在7 μm以内.     

黑腔冷冻靶传热与自然对流的数值模拟研究

惯性约束聚变的设计要求在靶丸内形成均匀光滑的氘氚冰层, 靶丸周围的热环境对冰层的质量特别是低阶粗糙度有很大的影响. 本文对自主研发的黑腔冷冻靶实验装置中的热物理问题展开了数值模拟, 重点考察了黑腔冷冻靶的传热和流体力学特性. 通过参数分析得到了自然对流对靶丸温度均匀性产生影响的临界条件. 比较了黑腔不同布置朝向时的流场和温度分布, 结果显示黑腔水平布置时自然对流更加强烈, 造成的靶丸温度不均匀性也更大. 在此基础上, 讨论了消除自然对流影响的可能性, 结果发现仅当黑腔垂直布置时利用黑腔分区方法能够消除对流效应对靶丸温度不均匀性的影响而黑腔水平布置时不能消除. 研究结论对于实验中冷冻靶结构的设计、改进和实验的开展等具有指导意义.     

神光Ⅲ主机极向驱动靶丸表面辐照均匀性

极向驱动是在间接驱动构型的激光装置中,通过重瞄各束激光的位置,实现较均匀的靶丸表面激光辐照,以研究直接驱动惯性约束聚变的关键物理问题.介绍了神光Ⅲ主机装置的激光排布和焦斑特点,以及激光束重瞄方法和靶丸表面激光辐照均匀性优化原则.给出了三阶和五阶超高斯近似下的激光焦斑强度分布,Φ540μm靶丸在能量沉积满足cos~2γ和cosγ假设时靶丸表面最均匀辐照的移束参数,以及二维辐射流体程序模拟最优移束时的内爆对称性结果.二维模拟结果表明,按cos吖假设移束的热斑更对称.分析了激光的束间功率不平衡、激光束重瞄精度和靶丸定位精度对靶丸表面辐照均匀性的影响.模拟结果表明,为了不显著降低靶丸表面辐照均匀性,需要将束间功率不平衡控制在5%以内,激光束重瞄精度和靶丸定位精度控制在7μm以内.     

单点金刚石超精密车削快点火靶丸微孔精度控制北大核心CSCD

研究了单点金刚石超精密车削技术(SPDT)加工靶丸微孔中的精度控制方法,建立了靶丸微孔加工误差的仿真模型,并理论分析了不同误差因素对微孔尺寸误差的影响规律;根据误差分析结果提出了基于刀具阶梯进给运动方式的微孔精度控制方法,用以控制靶丸微孔精度;在单点金刚石超精密车床上进行了辉光放电聚合物(GDP)靶丸微孔的车削实验,实验结果表明:采用该精度控制方法,靶丸微孔尺寸误差和圆度误差分别降低了70.7%和87.5%,实验结果表明了所提出方法的有效性。     

电子激励表面等离极化激元的粒子模拟

采用极化电流微分方程,对贵金属中自由电子与外电场的共振过程进行描述。将该微分方程与麦克斯韦方程相结合,运用时域有限差分(FDTD)方法,在粒子PIC模拟软件CHIPIC3D的基础上,实现了电子激励表面等离极化激元(SPPs)的模拟。通过对100 keV电子平行于银薄膜表面运动、激励起表面等离极化激元的模拟,观测并分析了SPPs的场强及模式在银薄膜表面的分布,并验证了模拟结果的正确性。     

RTG及其在目标跟瞄视景仿真中的应用

 视景仿真为科研人员提供了空间认知事物规律的手段；为考察激光雷达对动态目标的捕获跟踪过程，初步开发了基于局域网的激光雷达分布式交互仿真系统；在该系统的开发过程中，目标跟瞄过程视景仿真系统是关键。介绍了3维图形开发工具包RTG，并与目前流行的视景仿真软件Vega进行了比较，同时对目标跟瞄视景仿真系统开发中重要组成部分的具体实现进行了较详细的阐述。     

激光动态光束定向系统的跟踪识别过程仿真

 根据目标和背景亮度计算公式和3维图形开发包,建立了仿真3维场景。基于仿真场景,对激光动态光束定向系统的跟踪识别过程进行了仿真研究。分析了跟踪、瞄准过程中各种误差的涵义,研究了视场大小、目标成像姿态对跟踪过程的影响,通过头部跟踪顶点滑动误差的理论值与仿真实验值的比较校验了仿真场景的建立与图像处理方法的正确性。研究了头部边缘跟踪算法,仿真结果基本满足了激光动态光束定向系统对跟踪精度的较高要求。     

基于数据驱动的弹射救生可视化软件开发

以第三代弹射救生系统为基本仿真对象,根据实际座椅系统的工作过程,基于Unity3D游戏引擎,数据驱动3DsMax建模软件建立的三维仿真实体模型,结合基于C#编程开发语言的Visual Studio 2010开发平台,利用计算机图形图像生成技术,将弹射救生过程中的相关信息以三维图像直观地显示出来,表现人椅系统出舱过程、离机过程和人伞系统工作过程在真实的实验数据驱动下弹射救生全过程。通过开发弹射救生可视化软件系统,把弹射救生这一复杂过程直观形象地展现出来,为研究防护救生技术提供一条行之有效的手段。     

Plastic deformation modeling of backward extrusion process for Nd–Fe–B ring magnets

3D finite element-based software (3D DEFORM) was used to simulate the thermal extrusion process of nanocrystalline magnetic ring. The effective stresses and effective strains for a ring magnet at different stages of the extrusion process were determined by simulation. The effective strains at different stages are displayed. The effective stresses on the cross section are determined by simulation. The test results of magnetic properties were of good validation of the three-dimensional finite element analysis for nanocrystalline backward extruded ring. 3D finite element-based plastic deformation simulation is proved to be an effective way to analyze the hot extrusion process of nanocrystalline magnetic ring, and to provide guiding for the mold design of thermal extrusion.     

基于USB总线的通用武器仿真系统设计与实现

为综合航电仿真系统和工程任务需求设计实现了一种通用武器仿真系统。采用综合式的系统架构,1553B总线和离散量I/O信号采用分立式,数字仿真模块采用联合式,共同实现武器系统的仿真,减少了系统硬件资源的消耗;使用USB总线作为计算机控制、通信总线,解决了设备即插即用和热插拔的问题。提出了系统总体设计、硬件实现、软件配置和工作流程,给出了系统硬件的框架结构、软件架构,对系统的驱动、编码解码、接口控制文件(ICD,Interface Control Document)类型和人机交互界面进行了讨论。     

粉末高速压制成形过程中的应力波分析

应用离散单元法,模拟了粉末高速压制成形过程中的压力传播过程.根据粉末高速压制成形的工艺特性,把一次压制过程分为弹性加载、塑性变形、弹性卸载三个阶段;基于离散单元法的基本理论,分别建立了三个阶段的控制方程;应用PFC2D软件对粉末高速压制过程模腔内部颗粒的运动状态进行了数值模拟,给出了压坯内部的压力分布,得出了实验中无法测量的压坯内部应力传播波形.数值模拟结果显示,压力作用曲线表现出明显的弛豫现象,形成了倾斜度不同的锯齿状加载波形和卸载波形,压坯底层的应力波与实验得到的应力波相符. 关键词： 高速压制成形 离散单元法 接触模型 应力波     

Simulation for light power distribution of 3D InGaN/GaN MQW LED with textured surface

In this paper, we introduce a full 3D simulation for light power distribution of an InGaN/GaN MQW LED with a textured surface. Device simulation was performed with the APSYS software to get power distribution of light sources inside the LED. Based on this, ray tracing simulation was carried out to get light power distribution outside the LED. During the process of ray tracing, the textured surface was treated as a special material interface whose reflectivity, transmittance and refraction angle are obtained with a Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method instead of using the usual Fresnel formulas for normal material interfaces. By comparing the ray tracing results with and without the textured surface, we found that the textured surface yields a smoother transmitted power distribution and greatly improved power extraction efficiency, which are comparable to experiment. These effects may be further improved by optimizing the texture geometry.     

A discrete nonlinear mass transfer equation with applications in solid-state sintering of ceramic materials

The evolution of grain structures in materials is a complex and multiscale process that determines the material's final properties [1]. Understanding the dynamics of grain growth is a key factor for controlling this process. We propose a phenomenological approach, based on a nonlinear, discrete mass transfer equation for the evolution of an arbitrary initial grain size distribution. Transition rates for mass transfer across grains are assumed to follow the Arrhenius law, but the activation energy depends on the degree of amorphization of each grain. We argue that the magnitude of the activation energy controls the final (sintered) grain size distribution, and we verify this prediction by numerical simulation of mass transfer in a one-dimensional grain aggregate.     

双视场红外光学系统的无热化设计

基于中波红外320240制冷型探测器设计了一套双视场红外光学系统,利用光学被动式补偿温度焦移,实现对系统的无热化设计。介绍光学系统结构参数的求解过程,用Zemax软件进行设计,并对该系统在不同温度下进行仿真以及像质评价。实验结果表明:光学系统采用二次成像结构,使用8片透镜在3.7 m~4.8 m波段实现了50 mm和200 mm两档变焦,满足100%冷阑匹配,在-20℃~60℃温度范围内,系统Nyquist频率处MTF值均大于0.5。