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     

柱输运管中扩散超声速辐射波的能流

采用于敏关于直角坐标系下两平板间粒子传输的辐射能流计算的理论模型，给出了柱输运管中与径向位置相关的谱辐射能流的计算公式.研究结果表明，由于管壁的自由程远小于传输介质的自由程，从而导致辐射能流中几何因子随径向变化，并认为这是最近关于扩散超声速辐射波实验中测得的辐射波强度随径向呈拱形分布的又一个重要原因.另外，还给出对横截面平均的谱辐射能流、以及当辐射与物质处于局部热动平衡时的辐射能流的计算公式，并将其中的几何因子与人们传统的通过几何自由程获得的几何因子进行了比较.为方便数值模拟，还给出了辐射能流公式中含有多 关键词： 柱管中扩散超声速辐射波传输 辐射能流 几何因子     

PELE侵彻金属靶破碎效应的相似分析

为了研究横向效应增强型侵彻体（penetrator with enhanced lateral effects, PELE）侵彻金属靶板破碎效应的相似规律，选取PELE的壳体破碎长度和靶后破片散布半径作为衡量PELE破碎效应的两个物理参量，基于量纲理论对PELE破碎效应问题进行相似分析，应用AUTODYN软件开展了4组相似模型数值模拟，并进行了两组相似模型验证试验。研究结果表明：通过相似理论分析，确定了PELE破碎效应满足严格的几何相似律。在800～2 000 m/s撞击速度范围内，归一化处理的壳体破碎长度和靶后破片散布半径数值模拟结果及试验结果与几何尺寸无关，仅随撞击速度的提升呈线性增长，从而证明了PELE侵彻金属靶的破碎效应满足几何相似律。     

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针对核聚变反应堆中受到复杂磁场作用的限制器叶片,用悬臂导电薄板作为其简化结构,从导电介质所满足的电磁学及力学的基本定律和方程出发,建立了描述其力-电-磁耦合作用下几何非线性动态响应问题的理论模型,给出了数值计算的求解过程,定量模拟了面内磁体力和几何非线性对薄板挠度的影响。仿真结果显示,在横向磁场很小时,面内磁体力和大挠度都不考虑时的线性结果是可靠的,但是随着横向磁场的增加,几何非线性的影响越来越大,面内磁体力的作用也越发明显,且考虑几何非线性得到的挠度峰值要比线性情形的小,这表明了在导电结构设计中必须同时考虑面内磁体力和几何非线性效应。     

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用林文漪，杨彬，周力行（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：多重网格，数值模拟，湍流一、前言现代燃烧设备多具有复杂的流场结构、多级燃烧的特点及庞大的几何尺寸，无疑地为其数值模拟带来了困难。为了保证计算精度...     

高功率离子束在偏压电荷收集器内部的电荷输运模拟

利用2.5维KARAT软件对高功率离子束在偏压电荷收集器内部的电荷输运过程进行PIC数值模拟，模拟结果表明在偏压电荷收集器内部电荷中和而电流不中和。在模拟中考虑了收集器的几何尺寸和离子束密度，因此模拟结果比一维数值计算的结果更为可靠。同时还模拟了偏置电压与电荷收集器离子收集效率之间的关系，对于峰值能量为500keV的高功率离子束，偏压为－800V即可满足测量要求，这一结果与实验吻合较好。     

高功率离子束在偏压电荷收集器内部的电荷输运模拟

 利用2.5维KARAT软件对高功率离子束在偏压电荷收集器内部的电荷输运过程进行PIC数值模拟，模拟结果表明在偏压电荷收集器内部电荷中和而电流不中和。在模拟中考虑了收集器的几何尺寸和离子束密度，因此模拟结果比一维数值计算的结果更为可靠。同时还模拟了偏置电压与电荷收集器离子收集效率之间的关系，对于峰值能量为500keV的高功率离子束，偏压为－800V即可满足测量要求，这一结果与实验吻合较好。     

串级热声发动机的机理分析及数值模拟

简要综述了热声发动机的发展历程,把三种典型的发动机形式作了比较分析,在此基础上,对国际上最近提出的串级型发动机进行了定性讨论,并结合一定的几何结构,运用线性热声理论对该类型热声机进行了数值模拟。     

薄膜沿均匀加热平板下落的直接数值模拟

采用拉格朗日有限元法(FEM)，对均匀加热下落薄膜进行了直接数值模拟．在线性阶段，由数值结果得到的空间增长率与线性稳定性理论的结果是一致的．在非线性阶段，对于4种不同的小扰动频率，薄膜流动最终分别发展为饱和周期波、准周期波、多峰波状结构以及弧立波(solitary hump)．表明该数值模拟方法有着相当高的精度。     

同心壳层结构中超声速扩散辐射波的几何自由程

在局域热动平衡近似下,研究几何壳层结构所产生的腔体约束对辐射过程的影响.基于同心圆柱和同心圆球的壳夹层光输运模型,给出垂直于光子通路的谱辐射能流径向分布和平均能流公式,通过数值求解得到截面平均的壳层结构平均几何自由程,研究输运通道的径向光学厚度和几何结构对几何自由程的影响.由于球几何对光子的三维束缚,球壳层结构对辐射过程的影响比柱壳层更大,辐射过程必须根据实际几何构型和辐射通道的光学厚度予以几何自由程的修正.为方便使用,根据一定几何构型结合严格数值解给出了几何自由程的拟合公式.     

非理想流体中Rayleigh-Taylor和Richtmyer-Meshkov不稳定性气泡速度研究

在随气泡顶端运动的坐标系中, 通过将理想流体模型推广到非理想流体的情况, 研究了流体黏性和表面张力对Rayleigh-Taylor (RT)和Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性气泡速度的影响. 首先得到了RT和RM不稳定性气泡运动的控制方程 (自洽的微分方程组); 其次给出了二维平面坐标和三维柱坐标中气泡速度的数值解和渐近解, 并定量分析了流体黏性和表面张力对RT和RM气泡速度和振幅的影响. 结果表明: 从线性阶段到非线性阶段的全过程中, 非理想流体中的气泡速度和振幅小于理想流体中的气泡速度和振幅. 也就是说, 流体黏性和表面张力对RT和RM不稳定性的发展都具有致稳作用. 关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性 Richtmyer-Meshkov不稳定性 气泡速度 非理想流体     

Effects of Compressibility on the Rayleigh-Taylor Instability in Z-pinch Implosions

In this paper we shall consider the effect of compressibility on the RT instability in Z-pinch implosions, importance is the comparing growth rates of the RT instability for two systems of the compressible and incompressible MHD plasma. For which reason, we shall use as simple model as possible. Obviously, slab geometry is the most simple. For example, in the case of annular plasma implosion, during the linear growth phase of the RT instability there are vacuums at both sides of the annular plasma shell and its thickness is sufficiently smaller than the pinch radius, allowing us to use slab geometry instead of the annular one. For simplicity, we do not consider the effects of the finite Larmor radius and the sheared axial flow which are the important physical mechanisms to compress the RT instabilities.     

柱面内爆驱动金属界面不稳定性的数值模拟研究

对柱面爆轰驱动内壁刻有正弦扰动的金属钢壳与内部硅橡胶界面产生不稳定性问题进行数值模拟,计算结果与实验结果定性符合.与不考虑金属强度情况对比分析认为,未熔化状态下金属强度对不稳定性具有较强抑制作用,在某些加载条件下会使扰动增长率随扰动模数增加而减小.之后,对强度因素影响下内爆压缩驱动金属不稳定性问题的扰动发展规律进行了总结.在聚心反射波到达壳体之前,造成初始界面反转的RM不稳定性起主导作用,随着扰动模数增加扰动由呈近似线性发展到基本不发展变化,基本不变化后的扰动振幅也随模数增加而减小.聚心反射波作用到壳体内界面后,减速RT不稳定性作用明显增强,与强度等因素共同作用造成扰动呈明显非线性发展.无论是前期RM不稳定性主导阶段还是之后以减速RT不稳定性为主的扰动发展阶段,强度因素均能造成未熔化状态下金属不稳定性截止波长存在.     

黏性、表面张力和磁场对Rayleigh-Taylor不稳定性气泡演化影响的理论分析

采用理论分析的方法考察了磁场中非理想流体中Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性气泡的演化过程,在与磁场垂直的平面中,综合考虑流体黏性和表面张力的影响,推导了二维非理想磁流体RT不稳定性气泡运动的控制方程组,给出了不同情况下气泡速度的渐近解和数值解,分析了流体黏性、表面张力和磁场对气泡发展的影响,分析结果表明:流体黏性和表面张力能够降低气泡速度和振幅,即能够抑制RT不稳定性;而磁场对RT不稳定性的影响是由非线性部分引起的,并且磁场非线性部分的方向决定了磁场是促进还是抑制RT不稳定性的发展,     

Influence of flow shear on localized Rayleigh–Taylor and resistive drift wave instabilities

The impact of velocity shear on the localized solutions of Rayleigh–Taylor (RT) and resistive drift wave (DW) instabilities has been investigated. Slab geometry is used, and the plasma density gradient is assumed to have a finite spatial structure. It demonstrates that the velocity shear has quite different effects on these instabilities: while it stabilizes RT instability and causes tilting of the eddies of equipotential contour, it has a very mild impact on the resistive DW instability and simply shifts the eddies with no tilting.     

Surface waves at the boundaries of relativistic plasma streams

A study is made of stable and unstable electromagnetic surface waves at the boundaries of the plane and cylindrical relativistic plasma streams in the frequency range corresponding to positive values of the plasma permittivity. It is demonstrated that there are critical parameters for the transition from slow to fast waves, namely, the angle between the velocity and the wave vector in plane geometry and the smallest mode number in cylindrical geometry. It is shown that the critical parameter for the onset of the firehose instability of an electron stream is the transverse size of the stream. Higher firehose modes of the stream are shown to be suppressed by applying a strong longitudinal magnetic field.     

ηi-Mode Related Properties of Collisionless Anisotropic Plasmas

An extended eigenvalue problem for collisionless electrostatic driftwaves in cylindrical and slab geometry is discussed and solved in local approximation. The fact of a minimum threshold for the ITG instability (η_i-mode) is used to get a unique concept for profile determination.     

Rayleigh-Taylor不稳定性弱非线性阶段界面效应对谐波的影响

为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性弱非线性阶段谐波的影响,文章采用3阶小扰动展开法,解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律,并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究.当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同,球坐标系中初始扰动半径为无穷大时（即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时）,球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同.研究表明:由初始界面曲率引起的Bell-Plesset（BP）效应和空间效应（直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间）对谐波发展有较大的影响.即在不同正交曲线坐标系下,不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响.对于柱坐标空间和球坐标空间,2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩.研究还表明:界面效应增加了2次谐波的负反馈,然而,对于基模和3次谐波却有不同的影响.      

Structural and morphological characterization of CdSe:Mn thin films

The nonlinear propagation of cylindrical and spherical dust-ion-acoustic (DIA) envelope solitary waves in unmagnetized dusty plasma consisting of dust particles with opposite polarity and non-extensive distribution of electron is investigated. By using the reductive perturbation method, the modified nonlinear Schrödinger (NLS) equation in cylindrical and spherical geometry is obtained. The modulational instability (MI) of DIA waves governed by the NLS equation is also presented. The effects of different ranges of the non-extensive parameter q on the MI are studied. The growth rate of the MI is also given for different values of q. It is found that the basic features of the DIA waves are significantly modified by non-extensive electron distribution, polarity of the net dust-charge number density and non-planar geometry.