激光烧蚀瑞利－泰勒不稳定性模拟

 给出了激光烧蚀流体不稳定性计算程序EUL2D的物理方程,介绍了计算中使用的活动网格和一些技术问题处理。EUL2D程序的计算结果与Takabe公式、FAST2D程序和LASNEX程序的结果较好符合。数值计算日本大阪大学激光烧蚀瑞利－泰勒不稳定性实验,再现了实验结果。发现了横向电子热传导烧蚀在长波长扰动的非线性瑞利－泰勒不稳定性演变中起重要作用。     

烧蚀瑞利-泰勒不稳定性线性增长率的预热致稳公式

烧蚀瑞利泰勒(RT)不稳定性增长的准确估计是惯性约束聚变(ICF)的重要研究课题.增大低温电子热传导系数以考虑烧蚀面预热效应时,烧蚀面密度分布得到改善,烧蚀RT不稳定性线性增长率的二维计算值明显降低,与美国利弗莫尔实验室的实验值符合较好.考虑烧蚀面预热效应后,Lindl公式γ=kg/(1+kL)-βkVa与二维计算值有较大偏差.在分析研究发生偏差原因的过程中,发现了预热情况的Atwood数变小致稳现象.在合理近似下,得到了烧蚀RT不稳定性线性增长率的预热致稳公式γ=Akg/(1+AkL)-2kVa.此公式     

激光烧蚀RT不稳定性线性增长率和非线性行为的数值研究

 给出了不同情况下多种波长的烧蚀瑞利 泰勒不稳定性线性增长率的二维计算结果，并与Takabe公式和Sanz公式进行了比较，最后给出了单模激光烧蚀RTI非线性发展行为的数值结果。线性增长率的二维计算结果很好验证了Sanz公式，表明β值应是2，不是3。当烧蚀速度较大或烧蚀面较宽时，用Takabe公式估计的烧蚀RTI线性增长率与二维计算值明显不符。     

平面调制靶瑞利-泰勒不稳定性初步研究

 瑞利-泰勒不稳定性增长的准确估计是激光聚变的重要研究课题。在神光Ⅱ装置上，利用面向背光照相技术对正弦调制平面靶的瑞利-泰勒不稳定性增长进行了实验研究，得到了清晰的时空分辨图像；采用傅里叶变换取基模法和求波峰波谷差值法分析了实验结果；两种方法得到的靶扰动增长因子相同。实验中平面靶扰动增长较小可能是密度梯度致稳和烧蚀致稳抑制了扰动增长，也可能是扰动进入了非线性阶段而使增长不大。     

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。     

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. 关键词： 高温烧蚀初始印记 激光脉冲形状 瑞利-泰勒不稳定性 针孔辅助点投影     

辐射烧蚀界面的单模Rayleigh-Taylor不稳定性分析

首先对惯性约束聚变(ICF)遇到的流体力学界面不稳定性作了简要的分析;其次讨论了Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性在ICF中所起的作用;第三,根据一维数值计算结果,按照考虑密度梯度和烧蚀致稳的RT不稳定性增长的定标规律对不稳定性增长作了估计。最后在计算结果的讨论中,对有关实验测量提出某些倾向性的建议。     

靶参数对收缩几何瑞利-泰勒不稳定性诊断的影响

面向背光照相技术是诊断惯性约束聚变(ICF)中瑞利-泰勒(RT)不稳定性的重要方法,讨论了利用该技术对球形靶丸扰动幅度测量时由于收缩几何效应带来的影响。通过计算,分析了一个简化模型下扰动振幅的实际值和测量值,讨论了偏移距离、靶丸外半径、扰动波长和扰动振幅等因素对实验结果相对误差的影响。计算表明,合理选择这些参数能使诊断的系统误差小于3%,而且可通过计算模型对测量结果进行修正。研究结果可为即将开展的神光III激光装置上的收缩几何烧蚀RT不稳定性实验参数设计和结果分析提供依据。     

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，验证了得到的非线性阈值公式. 关键词： 瑞利-泰勒不稳定性 非线性阈值 密度振幅     

烧蚀瑞利—泰勒不稳定性线性增长率的预执致稳公式

煤蚀瑞利－泰勒（ＲＴ）不稳定性增长的准确保计是惯性约束聚变（ＩＣＦ）的重要研究课题,增大低温电子热传导系数以考虑烧蚀面预热效应时,烧蚀面密度分布得到改善,烧蚀ＲＴ不稳定性线性增长率的二维计算值明显降低,与美国利旨莫尔实验室的实验值符合较好,考虑烧蚀面预热效应后,Ｌｉｎｄｌ公式ｒ＝√ｋｇ／１（１＋ｋＬ）－βｋＶａ与二维计算值有较大偏差,在分析研究发生偏差原因的过程中,发现了预热情总的Ａｔｗｏｏｄ数变     

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.     

Interface coupling effects of weakly nonlinear Rayleigh–Taylor instability with double interfaces

Taking the Rayleigh–Taylor instability with double interfaces as the research object,the interface coupling effects in the weakly nonlinear regime are studied numerically.The variation of Atwood numbers on the two interfaces and the variation of the thickness between them are taken into consideration.It is shown that,when the Atwood number on the lower interface is small,the amplitude of perturbation growth on the lower interface is positively related with the Atwood number on the upper interface.However,it is negatively related when the Atwood number on the lower interface is large.The above phenomenon is quantitatively studied using an analytical formula and the underlying physical mechanism is presented.     

Lattice Boltzmann study of three-dimensional immiscible Rayleigh–Taylor instability in turbulent mixing stage

In this paper, we numerically studied the late-time evolutional mechanism of three-dimensional (3D) single-mode immiscible Rayleigh–Taylor instability (RTI) by using an improved lattice Boltzmann multiphase method implemented on graphics processing units. The influences of extensive dimensionless Reynolds numbers and Atwood numbers on phase interfacial dynamics, spike and bubble growth were investigated in details. The longtime numerical experiments indicate that the development of 3D singlemode RTI with a high Reynolds number can be summarized into four different stages: linear growth stage, saturated velocity growth stage, reacceleration stage and turbulent mixing stage. A series of complex interfacial structures with large topological changes can be observed at the turbulent mixing stage, which always preserve the symmetries with respect to the middle axis for a low Atwood number, and the lines of symmetry within spike and bubble are broken as the Atwood number is increased. Five statistical methods for computing the spike and bubble growth rates were then analyzed to reveal the growth law of 3D single-mode RTI in turbulent mixing stage. It is found that the spike late-time growth rate shows an overall increase with the Atwood number, while the bubble growth rate experiences a slight decrease with the Atwood number at first and then basically maintains a steady value of around 0.1. When the Reynolds number decreases, the later stages cannot be reached gradually and the evolution of phase interface presents a laminar flow state.     

基于强度介质Richtmyer-Meshkov不稳定性理论的微缺陷喷射模型

采用二维多介质欧拉弹塑性流体动力学程序,对金属界面Richtmyer-Meshkov不稳定性和物质喷射进行流体动力学模拟分析,得到强度效应对界面扰动增长和物质喷射的影响特征,揭示扰动增长与物质喷射之间的内在联系.基于理想弹塑性固体界面Richtmyer-Meshkov不稳定性理论,建立强度介质微喷射形成临界判据、喷射总量和最大速度的理论模型.     

Application of Galerkin spectral method for tearing mode instability

Magnetic reconnection and tearing mode instability play a critical role in many physical processes. The application of Galerkin spectral method for tearing mode instability in two-dimensional geometry is investigated in this paper. A resistive magnetohydrodynamic code is developed, by the Galerkin spectral method both in the periodic and aperiodic directions. Spectral schemes are provided for global modes and local modes. Mode structures, resistivity scaling, convergence and stability of tearing modes are discussed. The effectiveness of the code is demonstrated, and the computational results are compared with the results using Galerkin spectral method only in the periodic direction. The numerical results show that the code using Galerkin spectral method individually allows larger time step in global and local modes simulations, and has better convergence in global modes simulations.     

二维粒子模拟方法及在空间物理中应用

在粒子模拟的PIC(particle in cell)模式中,与场有关的物理量如电磁场等分配在固定的网格点上,而粒子则可在计算区域的任意位置上.设计了一个二维三分量的粒子模拟程序,并用它计算了空间物理中两种常见的物理现象:束流不稳定性和磁场重联.在束流不稳定性问题中,一束速度为V_b=10V_A(V_A为Alfvén速度)的等离子体在背景等离子中运动,通过波粒相互作用可激发沿磁场方向传播的Alfvén波.在磁场重联问题中,具有Harris形态的电流片可自发地引起磁场重联,并且B_y分量的磁场具有四极形分布.     

A numerical study on Rayleigh-Taylor instability of aluminum plates driven by detonation

The authors,using elastic-plastic hydrodynamic code,present the Rayleigh-Taylor (RT) instability of Al plates driven by high-explosive detonation. Our numerical study assumes the material is fluid,or it is an elastic-plastic solid,and we compare the results of these simulations with the experimental data. For the numerical simulation of Rayleigh-Taylor instability of the metal driven by high-explosive detonation,the elastic-plastic effect must be assumed. The result of the simulation is different from the e...     

惯性约束聚变激光烧蚀驱动内界面不稳定性数值模拟

利用水平集方法和三阶本质无振荡(ENO)方法研究了流体力学界面不稳定性和激光烧蚀驱动内界面不稳定性数值模拟,并用数值算例与LARED-S程序的运算结果进行了比较.数值结果表明此方法计算惯性约束聚变激光烧蚀驱动内界面不稳定性的有效性和精确性.