直接驱动球内爆点火的数值模拟

实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm2,温度10 keV的点火热斑。减速阶段流体不稳定性的增长,会破坏对称压缩,减小热斑体积,直接破坏点火热斑的形成,对点火构成威胁。在原有LARED-S程序的基础上,加入热核反应和α粒子加热过程程序模块,对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究,1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符,显示α粒子加热对边缘点火起重要作用;2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响。     

直接驱动球内爆点火的数值模拟

 实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm²,温度10 keV的点火热斑。减速阶段流体不稳定性的增长,会破坏对称压缩,减小热斑体积,直接破坏点火热斑的形成,对点火构成威胁。在原有LARED-S程序的基础上,加入热核反应和α粒子加热过程程序模块,对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究,1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符,显示α粒子加热对边缘点火起重要作用;2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响。     

湍流分层燃烧的直接数值模拟和小火焰模型研究

湍流分层燃烧广泛应用于工业燃烧装置,但是目前还比较缺乏适用于湍流分层燃烧的高精度数值模型。本文利用直接数值模拟数据库,对高Karlovitz数分层射流火焰的小火焰模型表现进行了先验性评估。考虑了两种小火焰模型,一种是基于自由传播层流预混火焰的小火焰模型M1,另一种是基于分层对冲小火焰的小火焰模型M2。研究发现M1和M2在c-Z空间的结果与直接数值模拟在定性上是一致的。在物理空间,M2对过程变量反应速率脉动值的预测结果要优于M1.     

快点火背光照相数值模拟

在激光惯性约束聚变实验研究中,诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源,对内爆球壳进行瞬态辐射照相,进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序,对快点火X射线背光照相进行了研究,模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响,对于快点火实验中微米尺寸塑料小球,进行了诊断方案优化。模拟结果表明,综合考虑光通量及成像空间分辨,针孔半径为10 m时成像效果最佳;此时,采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。     

快点火背光照相数值模拟

在激光惯性约束聚变实验研究中,诊断燃料层密度通常利用纳秒激光束辐照金属靶片产生特征X射线作为背光照明光源,对内爆球壳进行瞬态辐射照相,进而推断球壳内爆燃料层的密度。利用蒙特卡罗程序,对快点火X射线背光照相进行了研究,模拟了针孔成像中不同的针孔大小、障板厚度、背光能量对成像质量的影响,对于快点火实验中微米尺寸塑料小球,进行了诊断方案优化。模拟结果表明,综合考虑光通量及成像空间分辨,针孔半径为10 m时成像效果最佳;此时,采用2.7 keV的Mo背光源可以获得最佳的密度分辨。     

幂律流体温度边界层定性分析和数值模拟

本文研究具有连续移动延伸表面的幂律流体边界层的流动和传热问题,建立了一种新的热扩散系数数学模型,定性地分析了温度边界层厚度的分布规律.数值求解得出温度场的分布,并进一步分析了物性参数和运行参数对无量纲温度分布的影响规律,结果表明:温度边界层的分布不仅和幂律指数及普朗特数有关,而且和平板速度比例参数有关.     

点火靶高熵内爆的数值模拟

使用一维多群输运程序RDMG与二维少群扩散程序LARED-S对点火靶高脚与低脚内爆进行数值模拟.相对于低熵内爆,高脚高熵内爆通过提高预脉冲的辐射温度使得烧蚀面与物质界面的流体稳定性得到明显的改善,能够抑制流体不稳定的增长与热斑混合的发展.同时,高熵设计导致燃料的压缩变差,阻滞时刻燃料的压缩密度与面密度相应降低,中子产额降低.因此,高脚高熵内爆是通过牺牲燃料的高压缩,来换取靶丸内爆流体稳定性能的改善.     

超音速等离子体点火过程的三维数值模拟

为了研究等离子体点燃超音速混合气流的过程,设计并验证了超音速燃烧室的三维计算模型,计算出了燃烧室等离子体点火时的流场参数和化学反应规律,分析了等离子体点火对燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明:高温等离子体射流的滞止作用通过增加混合气在燃烧室内的停留时间提高了点火效率; 等离子体点火时燃烧区域的压力扩散比较充分,内部为压力相对平衡的低速流动; 高温等离子体射流高速射向混合气流时产生的速度矢量偏移扩大了点火面积,从而使点火效率得到提高; 氢气、空气燃烧的燃烧产物主要是水,燃烧区域局部温度主要受局部放热反应的影响。     

热对流条件下双颗粒沉降的直接数值模拟

在任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法模拟等温惰性颗粒两相流的基础上,增加对能量方程的联立求解,对热对流条件下双颗粒的沉降进行了直接数值模拟.结果表明:双颗粒在等温流体、热流体和冷流体中运动形式是不同的,造成不同的主要因素是热对流引起了颗粒不同的动态尾迹,在热流体中颗粒尾部形成了涡的脱落,在冷流体中颗粒尾部形成了羽流.     

混合物冲击温度的数值模拟

 介绍温度的数值模拟方法，采用三维动力学有限元程序模拟冲击压缩状态，分析了数值模拟的准确性。模拟了铜和铝两种金属单质组成混合物的冲击压缩性能，在分析了热传导影响后，计算了混合物的冲击温度和冲击绝热线。     

非平衡等离子点火中放电过程的数值模拟

非平衡等离子点火是一种利用非平衡等离子体的化学效应和热效应来引燃混合物的新型点火方式。具有拓宽稀燃极限、降低点火延迟等优点,近年来引起研究人员的关注。等离子体是一个带电粒子的复杂系统,粒子间存在电离、激发、离解、电荷转移等复杂的相互作用。本文分析了非平衡等离子体中电子影响下的碰撞,以氮氧混合物为例模拟了约化电场强度高于100 Td时电子对分子的激发和电离作用。采用高约化电场强度下的简化机理,对氮气氧气中的介质阻挡放电过程进行了模拟,分析了激发态粒子的产生和O自由的生成过程。     

直接甲醇燃料电池热传递数值模拟

本文建立了二维两相非等温的直接甲醇燃料电池(DMFC)模型,综合考虑了DMFC中的电化学反应、热传递、组分传递和甲醇串流。计算了电池内的温度分布、不同电流密度下的膜电极内部最大温差和膜电极平均温度;在此基础上研究了环境和甲醇进口浓度对电池性能、膜电极内平均温度和最大温差的影响。结果表明:膜电极内阴极的温度高于阳极;甲醇进口浓度的上升导致膜电极内平均温度和最大温差上升;环境对电池性能的影响很小。     

旋流喷雾燃烧的直接数值模拟

对三维旋流喷雾燃烧进行了初步的直接数值模拟,其中液滴蒸发采用无限热传导蒸发模型描述,气相燃烧采用自适应单步反应机理,液滴的跟踪在拉格朗日框架中进行。模拟结果表明,喷雾燃烧的火焰结构十分复杂,仅采用传统的非预混燃烧模型是不够的。在蒸发和燃烧共存并存在强烈相互作用的区域,组分与混合物份额之间存在着复杂的关联,这给发展精确的湍流喷雾燃烧模型带来了挑战。     

HCCI工况下氨氢混合物燃烧的直接数值模拟

本文利用直接数值模拟方法对均质压燃(HCCI, Homogeneous Charge Compression Ignition)工况下氨氢混合物的着火和燃烧特性进行了研究。结果表明,着火首先从局部孤立区域处发生,随后发展到整个计算区域;最高燃烧温度和热释率随着掺氢比的增加而增加;通过与零维计算结果对比,发现湍流和热分层使得氨氢混合物着火提前。利用直接数值模拟数据计算了反应锋面的位移速度,并据此分析了自着火和火焰传播这两种燃烧模式。发现在低掺氢比的情况下,燃烧模式以自着火为主;而在高掺氢比的情况下,燃烧模式以火焰传播为主。     

地下爆炸空腔压力和温度历程数值模拟

将气体的渗透、气体与空腔壁的辐射换热、气体与周围介质的热传导三种因素相结合,建立地下爆炸空腔稳定后气体温度和压力变化的数学模型,编制一维球对称有限体积数值模拟程序.用该程序对美国内华达试验场冲积土介质中一次地下核爆炸空腔温度和压力历程进行数值模拟,并对压力监测结果进行分析.     

PEM燃料电池内水分布和温度分布的数值模拟

本文建立了一个两相流、非等温、三维模型来研究PEM燃料电池内的传递过程,讨论了其内部水分布和温度分布特性。模拟结果表明水分布和温度分布都不均匀。沿着流动方向阳极侧水浓度逐渐降低,而阴极侧水浓度却不断升高,导致阴极容易形成液态水;在垂直流动方向上,脊下水的浓度和液态水饱和度都高于流道下;不同放电电压下阴极GDL中液态水分布趋势不同。沿流动方向温度逐渐降低,反应气体不足时降低梯度更大;脊下膜电极中温度低于流道下;垂直膜电极方向上最高温度在阴极催化层,放电电压越低,温度梯度越大;相同放电电压下质子交换膜越厚,各处的温度越低,温度梯度也越小。     

精细分层注水约束的油藏数值模拟

考虑分层注水的井筒约束方程作为内边界条件,基于黑油模型建立精细分层注水约束的油藏数值模型,形成带有加边七对角稀疏系数矩阵的封闭线性系统,采用分块矩阵乘法与预处理共轭梯度法相结合的方法进行求解.通过实例计算五点井网分层注水与笼统注水的开发效果,评价不同分段和配注模式对开发效果的影响.     

点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程数值模拟

为满足分层掺杂点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程物理分析的需求,在激光聚变二维总体程序LARED集成上发展了辐射输运建模下的多介质ALE方法-RTALE(Radiative Transfer Arbitrary-Lagrangian-Eulerian)。为提高多介质ALE方法的健壮性,发展了驰豫网格重构算法,该重构算法生成的新网格能自适应流场的变化。数值模拟了激波与气柱相互作用的RM不稳定性实验,模拟的气泡变形程度与试验结果基本一致,其中驰豫网格重构算法中的驰豫因子能够很好地反映流场密度梯度。基于辐射多群输运建模的LARED集成程序能够完整模拟辐射驱动不对称性条件下掺杂点火靶二维内爆过程,克服了传统ALE方法计算不下去和算不好的困难,界面变形程度也符合物理分析。     

点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程数值模拟

为满足分层掺杂点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程物理分析的需求,在激光聚变二维总体程序LARED集成上发展了辐射输运建模下的多介质ALE方法-RTALE(Radiative Transfer Arbitrary-Lagrangian-Eulerian)。为提高多介质ALE方法的健壮性,发展了驰豫网格重构算法,该重构算法生成的新网格能自适应流场的变化。数值模拟了激波与气柱相互作用的RM不稳定性实验,模拟的气泡变形程度与试验结果基本一致,其中驰豫网格重构算法中的驰豫因子能够很好地反映流场密度梯度。基于辐射多群输运建模的LARED集成程序能够完整模拟辐射驱动不对称性条件下掺杂点火靶二维内爆过程,克服了传统ALE方法计算不下去和算不好的困难,界面变形程度也符合物理分析。     

微型固体火箭内部点火阶段温度场的数值模拟

本文针对微型固体火箭中点火阶段的瞬时加热过程,分别采用传统的傅里叶导热模型,C-V模型和双元相滞后（TheDuelPhaseLag）模型,描述了微型固体火箭中的瞬态导热过程,并对微型固体火箭内的温度分布进行了数值模拟。结果表明,在本文所研究的条件下,经历大约40微秒,火药的最高温度大约可上升至180℃,点火的具体过程还与火药的物理化学性质（最小点火能,反应速率等）有关;在升温速率很大时,非傅里叶效应的影响不可以被忽略;Tt和Tq的值越大影响越大。