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针对磁约束聚变等离子体边缘湍流中非线性能量传递过程的问题,开发了数据分析程序.该程序基于数字谱分析技术来求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性和非线性耦合系数以及能量转移.介绍了算法设计和程序开发的主要思想,并对程序进行了仿真测试.然后应用该程序分析了反场箍缩装置实验的一次放电实验数据,观察到湍流之间的波耦合和能量级联现象,发现或证实了聚变等离子体湍流激发与增长的一种内在机制.     

基于谱估计方法的等离子体湍流三波耦合数据处理算法

基于数字谱分析技术求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性耦合系数和能量转移,以此开发了数据处理程序用于研究HL-2A 装置等离子体边缘湍流中的非线性能量传递过程。介绍了算法设计和开发的主要思想。应用该程序对与带状流相关的一次放电的实验数据进行了数据处理研究。结果表明,带状流是由等离子体湍流的能量逆级联所驱动的。     

使用基于动态程序规划的时间延迟法分析直线磁化等离子体漂移波湍流角向传播速度和带状流结构

对等离子体湍流速度场的有效探测,有助于更加深入了解磁约束等离子体湍流以及实现对某些理论预言现象和结构(如带状流)的充分辨识.本文将基于动态程序规划的时间延迟估算技术成功应用于直线磁化等离子体装置中热阴极放电条件下的漂移波湍流角向速度涨落的实验分析,并且其结果清晰再现了漂移波湍流中通过非线性能量耦合自发产生的带状流结构.通过对采用不同频段等离子体湍流涨落通过基于动态程序规划的时间延迟估算分析所再现的带状流结构特征进行比较,进一步就该算法对载波信号中非相干噪声相对水平的抗干扰能力进行了定性评估.这些工作的成功开展,对于通过采用基于动态程序规划的时间延迟估算分析技术更为深入有效探索磁约束等离子体湍流行为特征,尤其是速度涨落场的演化提供了重要的借鉴和参考价值.     

激光等离子体不稳定性及其抑制方案研究

受激拉曼散射、受激布里渊散射等激光等离子体不稳定性（LPI）是激光等离子体物理领域最重要的研究课题之一。特别是在激光驱动的惯性约束聚变中,LPI会造成相当份额的激光能量损失,破坏辐射对称性,产生的超热电子还会预热靶丸,进而影响压缩效率和聚变能量增益。近期,在美国国家点火装置上开展的实验表明对LPI物理过程的充分理解和有效控制对成功实现ICF点火至关重要。我们对近期LPI方面的一系列研究进展进行了简单介绍与讨论。首先,回顾了描述LPI过程的三波耦合理论,由此得出了LPI在线性阶段的增长率。接着讨论了一些复杂情景下的LPI物理过程,譬如LPI的非线性发展阶段、级联LPI、多光束LPI以及LPI间的非线性耦合。最后,着重介绍了一系列抑制LPI的技术方案,包括束匀滑技术、光束时域整形、宽带激光、偏振旋转激光以及外加磁场等。     

8mm微波在等离子体离子声湍流上的散射测量

湍流是等离子体物理的前沿课题之一.离子声湍流是该课题常见的研究对象.作者用8mm微波在小型稳态放电装置上对电流激励离子声湍流的色散关系及饱和湍流能量波数谱进行了散射测量.该类实验目前国内未见报道. 一、散射角分辨率对测量的影响 设向等离子体传播的入射微波的波矢和频率分别为Ki和ωi,从等离子体散射的微波的波矢和频率分别为 Ks和ωs,等离子体密度涨落的波矢和频率分别为K和ω,散射区间沿K1方向的长度为L,电子密度涨落为Ne,电子经典半径为r0,散射角(Ki与Ks的夹角)为θs,K的单位矢量为EK,入射波与散射波功率分别为Pi、和Ps,…     

超短超强激光与气体靶相互作用中的背向受激Raman散射

 实验诊断测量了超短超强激光与气体靶相互作用产生的背向受激Raman散射,在实验条件下呈现强耦合模式,背向受激Raman散射出现非线性Stokes多峰伴线结构,峰值的频率间隔小于等离子体波的频率,可以大致地推断出激光打靶过程中产生的等离子体密度偏低,其结果与等离子体强耦合理论计算结果一致。     

核物理与等离子体物理学科研究进展

1 理论物理 1．1 等离子体物理 深入开展了激光等离子体相互作用理论研究。为了模拟和研究激光与大尺度黑腔等离子体相互作用问题，分析了激光入射场、散射波场和离子声波的传播的耦合关系，考虑动力学效应，提出了描述自聚焦、受激散射非线性演化的耦合模型，完成流体程序的物理方案；研究了SRS时空演化机制，发现一些新物理现象；对超强激光与超高密度等离子体作用问题进行模拟，研究了高能电子、单能离子产生的新特征。     

激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展

激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍（属于内禀困难）是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象（如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸）中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置（NIF）内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。     

弱磁化等离子体中受激拉曼散射和受激布里渊散射抑制研究

本文针对典型激光聚变等离子体参数条件,利用动理学粒子模拟程序研究横向磁场和激光带宽在抑制受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)中的作用。模拟发现横向磁场对非均匀等离子体中SRS的非线性自共振增强有显著抑制作用,分析认为横向磁场作用于SRS激发的电子等离子体波(EPW)势阱中的俘获电子,使它们在横向上加速,对EPW造成非线性阻尼,同时减小EPW的非线性频移量,从而缩窄非均匀等离子体中SRS的自共振空间,极大降低SRS反射率。在此基础上利用横向磁场抑制SRS的特性,以及SBS增长对激光带宽的敏感性,提出了利用横向磁场和宽带激光将SRS和SBS同时抑制在低反射率水平的方案。在采用数十特斯拉横向磁场和实验中易于达到的千分之一量级的激光带宽时以及慢性约束聚变(ICF)相关参数下,SBS和SRS的反射率都得到了有效抑制。     

等离子体四波混频精确解透射光栅位形

给出等离子体介质中的简并与近简并四波混频形成透射光栅时的普适四波非线性耦合方程组。得到了在任意复耦合系数下的精确解析解，其解不仅适用于各种等离子体形态，也可以推广到光致折射材料中去。对进一步理论研究四波混频相位共轭原理以及研制新型非线性光学器件有所帮助。     

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Based on the Ritz method to resolve the waves-coupling equation, the data processing code was developed to investigate the non-linear energy transfer progress in plasma edge turbulence in HL-2A tokamak. The arithmetic principle and the development methods of this code were introduced. By use of this program, the discharge data with relation to zonal flow were processed and studied. The results show that zonal flow was driven by the inverse energy cascade in the plasma turbulence.     

电子回旋共振加热情形锯齿振荡的数值分析

采用磁重联模型与湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了电子回旋共振加热(ECRH)情形下T-10托卡马克中锯齿振荡.其中之一是近轴的ECRH,另一个是远轴的ECRH,数值结果与实验的比较表明用湍流模型得到了较好的预测结果,相反,由于重联模型的一些基本缺陷,不可能由重联模型得到满意的结果. 关键词： 锯齿振荡 磁重联模型 湍流模型 电子回旋共振加热     

TOKAM-3D: A 3D fluid code for transport and turbulence in the edge plasma of Tokamaks

We present a new code aiming at giving a global and coherent approach for transport and turbulence issues in the edge plasma of Tokamaks. The TOKAM-3D code solves 3D fluid drift equations in full-torus geometry including both closed field lines and SOL physics. No scale separation is assumed so that interactions between large scale flows and turbulence are coherently treated. Moreover, the code can be run in transport regimes ranging from purely anomalous diffusion to fully established turbulence. Specific numerical schemes have been developed which can solve the model equations whether the presence of a limiter in the plasma is taken into account or not. Example cases giving an overview of the field of application of the code as well as verification results are also presented.     

采用高分辨率高精度格式求解跨音压气机转子内三维粘性流场

采用一种新型的ＬＵ隐式算法及４－５阶高分辨率ＴＶＤ格式求解了叶轮机械内的三维Ｎ－Ｓ方程和ｑ－ｗ湍流模型。应用几何法与ＰＤＦ方法混合的网格生成程序,得到了ＲＯＴＲＯ３７跨音速压气机转子内的Ｈ型网格,并将数值模拟的结果同ＬＤＶ实验值进行了比较。     

Variational multiscale turbulence modelling in a high order spectral element method

In the variational multiscale (VMS) approach to large eddy simulation (LES), the governing equations are projected onto an a priori scale partitioning of the solution space. This gives an alternative framework for designing and analyzing turbulence models. We describe the implementation of the VMS LES methodology in a high order spectral element method with a nodal basis, and discuss the properties of the proposed scale partitioning. The spectral element code is first validated by doing a direct numerical simulation of fully developed plane channel flow. The performance of the turbulence model is then assessed by several coarse grid simulations of channel flow at different Reynolds numbers.     

涡流管内三维强旋转流场数值模拟与分析

涡流管内可压缩气体的强旋转流动是涡流管能量分离的根本原因和驱动力,因而涡流管内流场研究是揭示涡流管能量分离物理机制的首要关键问题。由于涡流管内可压缩气体的三维强旋转湍流流动,实验测量中存在诸多问题,而CFD数值模拟技术对此具有很大的优势。文中以涡流管内部流场为研究对象,建立了涡流管计算域模型并进行网格划分,讨论了边界条件、湍流模型以及线性方程组求解策略等问题,对不同冷气流率下的涡流管内三维强旋流流场结构特性进行数值模拟,获得了不同冷气流率下的旋转运动、轴向运动、径向运动和循环流的分布特性。研究表明Realizableκ-ε湍流模型能够充分反映强旋流动特点,数值模拟结果与文献中实验值基本吻合。     

Large-eddy simulations of the Richtmyer-Meshkov instability of rectangular interfaces accelerated by shock waves

A parallel algorithm and code MVFT(multi-viscous-fluid and turbulence) of large-eddy simulation(LES) is developed from our MVPPM(multi-viscous-fluid piecewise parabolic method),and performed to solve the multi compressible Navier-Stokes(N-S) equations.The effect of the unresolved subgrid-scale(SGS) motions on the large scales is represented by different SGS stress models in LES.A Richtmyer-Meshkov instability experiment of the evolution of a rectangular block of SF6,which occupies half of the height of the ...     

锯齿振荡的湍流模型数值模拟

用Dubois & Samain与Lichtenberg等人提出的解释托卡马克中锯齿振荡的湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了欧姆加热情形T-10托卡马克中锯齿振荡行为,同时对得到的数值结果作了分析.与采用磁重联模型模拟得到的结果比较表明,采用湍流模型得到的数值结果与实验符合较好,而用磁重联模型则难以得到满意的结果.