离子-电子非平衡机制降低中心热斑点火条件

提出通过离子-电子非平衡物理模型来降低惯性约束聚变中心热斑点火的聚变点火条件。在该物理模型中,强调离子比电子具备更高的温度,从而使得热斑的热核聚变反应增强,轫致辐射和电子热传导造成的能量漏失相对降低。通过对中心热斑的自加热分析和热斑燃烧动力学分析,发现相对于平衡聚变点火模型,非平衡模型可以显著扩大聚变点火区在热斑面密度和热斑温度空间的范围。同时采用LARED-S程序的数值模拟,研究了通过尖峰脉冲波形、二次冲击物理机制强化中心热斑聚变点火的非平衡性。     

A Weakly Nonlinear Model for Kelvin-Helmholtz Instability in Incompressible Fluids

A weakly nonlinear model is proposed for the Kelvin-Helmholtz instability in two-dimensional incompressible fluids by expanding the perturbation velocity potential to third order. The third-order harmonic generation effects of single-mode perturbation are analyzed, as well as the nonlinear correction to the exponential growth of the fundamental modulation. The weakly nonlinear results are supported by numerical simulations. Density and resonance effects exist in the development of mode coupling.     

二维球坐标系中子输运方程的一种并行SN算法

针对二维球坐标系下中子输运方程的SN算法, 提出基于(单元, 方向)二元组的有向图模型, 在已有的基于有向图的并行流水线算法基础上, 设计粒度可控多级并行SN算法。其中, 采用区域分解和并行流水线相结合的方式挖掘空间-角度方向的并行度, 提出能群流水并行方法, 并通过设置合适的流水线粒度来平衡有向图调度、通信和空闲等待开销。实验结果表明: 该算法可以有效地求解二维球坐标系下的中子输运方程。在某国产并行机1920核上, 对于96万网格、60个方向、24能群、数十亿自由度的典型中子输运问题, 获得了71%的并行效率。     

瑞利-泰勒不稳定性线性增长的密度梯度致稳

 研究了密度梯度对瑞利-泰勒不稳定性的致稳作用,采用有限元算法求解钱得拉塞卡方程本征值问题,得到不同密度分布下理想不可压流体力学量的扰动线性增长率及扰动速度分布。扰动增长率结果与修正的Lindl公式的计算结果比较发现：扰动分布的峰值位于密度梯度标长的取值位置处,波长与密度标长可比拟时,扰动增长率显著偏离Lindl公式,而长波和短波极限情况下,数值解和Lindl公式符合较好。     

Multimode Coupling Theory for Kelvin-Helmholtz Instability in Incompressible Fluid

A weakly nonlinear model is proposed for multimode Kelvin-Helmholtz instability. The second-order mode coupling formula for Kelvin-Helmholtz instability in two-dimensional incompressible fluid is presented by expanding the perturbation velocity potential to second order. It is found that there is an important resonance in the course of the sum frequency mode coupling but the difference frequency mode coupling does not have. This resonance makes the sum frequency mode coupling process relatively complex. The sum frequency mode coupling is strongly dependent on time especially when the density of the two fluids is adjacent and the difference frequency mode coupling is not.     

二维可压缩流体Kelvin-Helmholtz不稳定性

利用高精度数值格式,研究了二维可压缩流体中的Kelvin-Helmholtz不稳定性,主要研究了可压缩性对Kelvin-Helmholtz稳定性增长率的影响.模拟定量的给出低Mach和高Mach数两种情况下,初始静压和对流Mach数以及Kelvin-Helmholtz不稳定性线性增长率的关系.模拟结果和自由剪切层以及混合层的实验结果以及理论分析一致.模拟表明,对流Mach数是描述流体可压缩性的合适参数,对流Mach数越小流体越不可压,Kelvin-Helmholtz不稳定性的线性增长率随对流Mach数的增加而减小. 关键词： Kelvin-Helmholtz不稳定性 可压缩流体 Mach数 超音速流体     

超声速流体Kelvin-Helmholtz不稳定性速度梯度效应研究

利用加权本质上无振荡（WENO）方法模拟超声速流体Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性,研究速度梯度对KH不稳定性线性增长率和后期非线性演化的影响.模拟发现超声速流体中的速度梯度对KH不稳定性具有较强的致稳作用,给出了包含速度梯度致稳的线性增长率经验公式.数值模拟和经验公式符合得很好.模拟给出了清晰的流场密度等值线,这说明WENO方法模拟超声速流体KH不稳定性具有较好的界面变形捕捉能力.模拟结果表明速度梯度影响KH涡的演化,在给定密度梯度的情况下速度梯度越大KH涡的横向尺度越小. 关键词： Kelvin-Helmholtz不稳定性 超声速流体 速度梯度     

用NND格式模拟Kelvin-Helmholtz不稳定性

使用局部Steger-Warming通量分裂方法,利用NND有限差分格式求解守恒型流体力学方程组,实现对Kelvin-Helmholtz不稳定性的数值模拟.数值模拟给出的线性增长率与线性稳定性分析给出的结果相符合,得到锐利的界面变形图像.     

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。     

通过理论定标律研究激光间接驱动的参数空间

系统地梳理了激光间接驱动点火靶内爆压缩的物理过程,使用理论方法和一维流体力学模拟给出了靶丸内爆过程中的关键定标律公式。通过这些定标律公式获得了在给定黑腔辐射温度、飞行熵增因子、整形速度和烧蚀材料的条件下,靶丸装量——半径参数空间的点火岛区域。研究了靶丸性能参数随辐射温度、飞行熵增因子等的变化规律:当靶丸所处黑腔辐射温度升高时,内爆的稳定性将变好;设计上在靶丸装量不变的条件下,靶丸半径需要减小。当靶丸的飞行熵增因子增大时,内爆增益略微减小,内爆稳定性变好;但是点火阈值因子减小导致点火岛的区域变窄。当靶丸的整形速度增大时,点火岛的区域略微变大,内爆稳定性变化不显著;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要增大靶丸半径,这会导致靶丸壳层形状因子变大。当改变靶丸烧蚀材料,提高质量烧蚀速率与烧蚀压时,能量增益变大且稳定性增强;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要减小靶丸半径。