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.     

管道后传声数值模拟的不稳定波抑制

在管道后传声的数值模拟中,必须考虑平均流剪切层的散射效应,然而在非均匀剪切流动下时域求解线化欧拉方程会面临Kelvin-Helmholtz不稳定波产生和放大的难题。已有的不稳定波抑制技术通常很难获得令人满意的结果。本文采用一种混合方法,首先引入有限时段的宽频声源波包将声波和不稳定波分离,进而采用声源滤波器技术对不稳定波进行抑制。数值验证算例选择半无限长轴对称环形硬壁直管道,采用计算气动声学方法时域求解2.5维线化欧拉方程,无背景流动的数值解与解析解符合很好,验证了程序的精度与可靠性,非均匀流动算例则表明所采用波包加声源滤波器混合方法对不稳定波抑制效果明显,对声场影响很小,充分显示了该方法的精度与可行性。     

电子储存环中离子俘获不稳定性的强-强模型模拟

 电子储存环中,由于被束流势阱俘获的离子会引起束流不稳定性。研究这种不稳定性的产生机制和抑制方法对提高机器的性能有重要理论和现实意义。介绍了用强-强模型对合肥光源（HLS）电子储存环中离子俘获不稳定性产生机制进行的模拟研究。模拟结果可用于理解在合肥光源（HLS）储存环上观察到的离子俘获现象。     

二维双流不稳定性静电粒子模拟

为研究双温电子等离子体中束流不稳定性的演化过程,用二维粒子模拟(PIC)代码对双温电子束流不稳定性进行了模拟,其中泊松方程用松弛迭代法求解,代码满足电荷守恒、动量守恒和能量守恒条件。在电子双流不稳定性的非线性演化过程中,得到相空间的空洞结构,实空间也相应出现了电子空洞。给出了不稳定性增长率以及相应色散关系。     

R-T界面不稳定性及湍流混合的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法研究R-T(Rayleigh Taylor)不稳定性,显示了不稳定发展的小扰动阶段、变形阶段、规则非线性阶段、不规则非线性阶段和湍流混合阶段界面演化与特征,分析了湍流混合层厚度增长的规律,同时还研究了湍流二阶相关量如动量、质量和能量通量在大尺度和亚格子尺度所占分量,验证了LES方法是处理R-T界面不稳定性和湍流混合的一种有效方法.     

高精度有限差分法模拟Kelvin-Helmholtz不稳定性

 WENO有限差分格式有较高的分辨精度,适合复杂流场的计算,在国际上被广泛采用。本文利用WENO有限差分格式求解2维守恒型欧拉方程,实现了对无粘流体中Kelvin-Helmholtz不稳定性的数值模拟。速度剪切方向采用周期边界条件;扰动增长方向采用嵌边出流边界条件,一个不稳定波长分布64个网格。数值模拟给出的扰动幅值线性增长率与线性稳定性分析给出的结果很好符合,显示了该格式的有效性和精度。数值模拟给出了清晰的密度等值线,表明该方法还具有较好的界面变形捕捉能力。     

MATLAB对静电场等势线的最小二乘描绘

用模拟法测绘静电场时,等势线是确定电场线的实验依据。利用MATLAB提供的工具,对测得的等势点进行曲线的最小二乘优化拟合并图形化,改善了传统手绘方法的人为不稳定因素,提高了实验的准确性。     

准二维光学系统的调制不稳定性分析

本文利用时间相关的变分法对准二维的非线性薛定谔方程平面波的调制不稳定性进行了研究。在拉格朗日变分的框架下推导出相与振幅的演化方程,进而对线性化扰动方程的解进行了数值模拟,直观地展示了平面波的调制不稳定性。最后通过对能量方程有效势的分析,严格地得到了平面波解调制不稳定的判断准则。     

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.     

标准有限元方法模拟大气压流注等离子体中数值振荡与伪扩散问题研究与改进

基于商用软件的等离子体数值模拟方案大多是基于标准Galerkin格式的有限元方法,在计算大气压流注放电时,存在数值振荡和伪扩散的问题,计算结果可靠性不高.针对针-板体流注放电结构,构建了修正的COMSOL Multiphysics等离子体模型.修正模型与COMSOL Multiphysics内置等离子体模块的区别主要在于增加了基于弱形式的人工稳定项.利用修正模型复现了经典的雪崩-流注转捩算例,并与经典纳秒秒冲过电压针板放电实验结果进行了对比验证.结果表明,引入修正后的商用软件模型能够克服数值振荡和伪扩散缺陷,确保等离子体数值计算的准确性和可复现性.      

微穿孔板抑制不稳定燃烧的声学数值仿真

为了研究微穿孔板吸声结构对不稳定燃烧的抑制作用,采用高精度的计算气动声学(Computational Aeroacoustics,CAA)方法开展时域下的数值仿真。首先对带有压力时滞模型的三维声学扰动方程进行求解,给出发动机不稳定燃烧的频率信息。然后通过解析模型分析微穿孔板吸声结构的阻抗特性,并由多自由度宽频阻抗模型模拟微穿孔板对该不稳定频率的抑制作用。仿真捕捉到的不稳定燃烧频率与地面试车测得的频率相一致。表明采用的计算气动声学方法及相应模型可以准确地捕捉不稳定燃烧的频率信息,并分析微穿孔板对不稳定燃烧的抑制作用,对于工程上快速预测不稳定燃烧具有一定意义。      

Vibration of a liquid with a free surface in a spinning spherical tank

The problem of forced fluid vibrations in a partially filled spinning spherical tank is solved numerically by using the finite element method. The governing equations include Coriolis acceleration and spatially homogeneous vorticity. An exponential instability is detected in the present simulation for fill ratios below 0·5 and centrifugal acceleration to thrust ratios less than 1·7. This fictitious instability appears in the model as a result of the homogeneous vortex assumption since the free slosh equations are neutrally stable in the Liapunov sense.     

用高精度有限差分法模拟烧蚀瑞利-泰勒不稳定性

求解烧蚀面附近流场的定常解,并以此作为基本流实现用高精度的WENO格式对烧蚀瑞利-泰勒不稳定性的数值模拟.线性增长率与Lindl公式以及线性稳定性分析给出的结果相符合,证明该数值模拟方法的准确性与精度,该方法还具有较好的界面变形捕捉能力.     

BEPC上离子引起的耦合束团不稳定性分析

对在北京正负电子对撞机(BEPC)上观测到的由离子引起的电子束二极耦合束团不稳定性的实验数据作了分析处理,给出了这种二极耦合束团不稳定性的边带.首先用离子俘获的线性两束流理论定量计算了离子引起的二极耦合束团不稳定性发生的阈值束流流强和不稳定性的增长时间,然后用基于束流–离子强弱作用模型的模拟程序跟踪了在实验情况下束流与离子的相互作用过程,跟踪结果成功地再现了离子引起的二极耦合束团不稳定性边带,并给出了比较合理的不稳定性增长时间.     

Directly driven Rayleigh—Taylor instability of modulated CH targets

Directly driven ablative Rayleigh-Taylor (R-T) instability of modulated CH targets was studied using the face- on X-ray radiography on the Shen-Guang II device. We obtained temporal evolution images of the R-T instability perturbation. The R-T instability growth factor has been obtained by using the methods of fast Fourier transform and seeking the difference of light intensity between the peak and the valley of the targets. Through comparison with the the theoretical simulation, we found that the experimental data had a good agreement with the theoretical simulation results before 1.8 ns, and was lower than the theoretical simulation results after that.     

A New View of Incipient Plastic Instability during Nanoindentation

Whether the dislocation nucleation or the sudden dislocation multiplication dominates the incipient plastic instability during the nanoindentation of initial defect-free single crystal still remains unclear. In this work, the dislocation mechanism corresponding to the incipient plastic instability is numerically investigated by coupling discrete dislocation dynamics with the finite element method. The coupling model naturally introduces the dislocation nucleation and accurately captures the heterogeneous stress field during nanoindentation. The simulation results show that the first dislocation nucleation induces the initial pop-in event when the indenter is small, while for larger indenters, the incipient plastic instability is ascribed to the cooperation between dislocation nucleation and multiplication. Interestingly, the local dislocation densities for both cases are almost the same when the sudden load drop occurs. Thus it is inferred that the adequate dislocations generated by either nucleation or multiplication, or both, are the requirement for the trigger of incipient plastic instability. A unified dislocation-based mechanism is proposed to interpret the precipitate incipient plastic instability.     

色散缓变光纤中的调制不稳定性分析

研究了色散缓变光纤中调制不稳定效应,得到了增益谱与光纤纵向色散参量的一般关系式.结果表明,色散缓变光纤较常规光纤具有较宽的增益谱.选取色散级变光纤的色散参量可以获得较大的增益带宽.数值模拟显示,利用色散缓变光纤中的调制不稳定性可以产生高重复率的基本孤子脉冲串.     

RT instability in cylindrical implosion of jelly ring

The interfacial RT instability experiments on imploding jelly liners in cylindrically convergent geometry have been performed. The liner‘s instability growth was observed clearly with a high-speed framing camera. Jelly liners have different initial perturbation forms on their inner and outer interfaces, being either smooth or sinusoidal. The initial perturbations also have different magnitudes and spatial frequencies (for example, mode n=-5, 10, 20). The experimental results show that the growth and coupling of perturbations on inner and outer surfaces are remarkably different. Meanwhile, the relevant 2-D numerical simulation of hydrodynamics combined with Level Set method has been performed. Using the numerical code, we can design the parameters of imploding jelly liner, and predict the experimental results. The results of simulation are demonstrated to be in good agreement with the measured data in a series of experiments.     

扫描型红外成像系统仿真及TOD曲线预测方法研究

针对实际三角形方向鉴别（TOD）阈值温差测试的数据量大、时间长,以及测试结果常具有不稳定和不确定性等问题,提出一种扫描型红外成像系统效应仿真。建立了红外成像系统性能预测仿真平台,并对靶标效应图进行人眼判定。根据人眼判定结果对神经网络进行了训练。由基于BP神经网络的TOD阈值温差预测方法判定仿真样条的方向,统计正确的判定概率,实现TOD曲线的预测。实验结果表明：该方法预测的TOD曲线与实际测量的TOD曲线具有很好的一致性。     

激波加载初始非均匀气体流场界面不稳定性数值模拟

流体力学界面不稳定性及其后期的界面混合现象,是一种十分复杂的多尺度非线性物理问题,在惯性约束聚变、天体物理以及水中爆炸等领域有着广泛的应用前景,对该问题的研究不仅具有很高的学术价值,而且对促进相关领域的发展具有重要意义.中国工程物理研究院流体物理研究所基于Euler有限体积方法,发展了适用于可压缩多介质黏性流动具有多亚格子尺度模型的大涡模拟程序MVFT,并评估分析了不同亚格子尺度模型对界面不稳定性及界面混合的模拟能力;提出了流场非均匀性对R-M不稳定性影响的问题,并在激波驱动轻重气体双模扰动R-M界面不稳定性实验中成功应用并解读了新的实验现象和规律,在此基础上进而开展了反射激波作用下两种初始非均匀流场界面不稳定性引起的界面混合数值模拟研究,探讨了流场非均匀性对激波反射后强非线性阶段界面不稳定性发展、演化规律的影响,近期还对非均匀流场R-M不稳定性的演化规律、初始流场非均匀性和初始扰动效应及其影响的物理机制进行了分析和研究.