高空核爆炸下大气的X射线电离及演化过程数值模拟

利用数值模拟程序模拟了不同高度核爆炸下大气的X射线电离及演化过程.结果表明: X射线电离产生的电子数密度在射线到达后约100 ns时刻达到峰值, 峰值数密度随着到裸核区距离的增加而减小;电子具有较长的寿命, 电子寿命随着到裸核区距离的增加而增大; X射线电离空气产生正离子O⁺, O₂⁺, N₂⁺,爆高为120 km情况下 O⁺的峰值数密度与O₂⁺的相近,能维持约1 s. X射线对空气的电离影响范围在数十千米以内,在距裸核区较近的区域, 爆高为80 km时产生的电子峰值数密度比爆高为120 km时的电子峰值数密度高, 在距裸核区较远的区域则相反.     

高能电子碰撞电离对高空核爆炸辐射电离的影响

利用数值模拟程序模拟了不同高度核爆炸下距离爆点不同位置处大气的X射线电离及演化过程,分析了高能电子碰撞电离过程对高空核爆炸电离效应的影响.结果表明:高能电子碰撞电离过程对高空核爆炸的电离结果产生了重要影响,在80 km爆高1 kt当量高空核爆炸条件下,在距离爆点1.5 km处高能电子的碰撞电离效应使得电子的峰值数密度提高了约2个数量级;随着时间的增加,高能电子能谱逐渐向低能方向发展,在5μs后高能电子数密度随电子能量近似呈负指数分布;电子峰值时间与爆高有关,随着爆高的增加而增大,电离的影响区域也随着爆高的增加而增大.在80 km爆高1 kt当量情况下电离效应对近百千米范围内的微波通信具有严重影响.     

高空核爆炸形成人工辐射带的数值模拟

基于Stmer关于带电粒子在地球磁场中运动的理论模型,分析得出高能电子在地球周围的运动区域.结合高空核爆形成放射性烟云的经验模型,推断高空核爆在地球周围形成人工辐射带的基本区域.进而利用高空核爆裂变特性和辐射带中高能粒子的分布特性,计算得到高空核爆形成人工辐射带的电子密度通量,并对高空核爆激发的人工辐射带特征与核爆炸的爆点纬度、高度及当量之间的关系作了初步的定量分析.数值模拟结果表明,在一定的条件下,0.1—1Mt TNT当量的高空核爆,预计在地球周围可形成电子通量密度比自然辐射带高3—4个量级的人工辐射带.形成的人工辐射带中心位置主要受核爆爆点地磁纬度的影响,核爆的爆高和核爆的当量则对人工辐射带的厚度及其中高能电子的通量密度有一定的影响. 关键词： 高空核爆 人工辐射带 高能电子通量 爆炸当量     

高空核爆炸瞬发辐射电离效应的数值模拟

采用蒙特卡罗方法模拟了高空核爆炸瞬发辐射中子、γ射线、X射线电离大气的过程,给出了几种爆炸场景下瞬发辐射产生的附加电离电子密度空间分布.针对大气密度随高度非均匀连续变化的特性,采用质量距离抽样方法取代常用的步长抽样方法,无需根据大气密度随高度的变化进行分层处理,提高了计算效率.结果表明:对于不同的爆高,瞬发辐射电离分布存在显著的差异;随着爆高的增加,瞬发辐射附加电离区范围增大,但电子密度的峰值减小. 关键词： 高空核爆炸 瞬发辐射 大气电离 蒙特卡罗方法     

空中核爆炸电离效应的数值模拟

根据电离平衡方程组和射线在大气中的能量沉积方程，在完善中性大气层模型基础上，通过数值模拟方法得到了空间核爆炸电离效应的时空分布.数值分析结果表明：低空核爆炸产生的自由电子的密度最大值要高于高空核爆炸；对于瞬发核辐射的影响，低空核爆炸和高空核爆炸有着显著的差异；而缓发核辐射的持续时间、影响范围，高空核爆炸情况要大于低空核爆炸. 关键词： 核爆炸 低空 高空 电离效应     

高空电磁脉冲环境计算中的自洽方法

高空电磁脉冲环境计算中包含自洽过程,康普顿电流既是产生电磁脉冲的源项,同时又受电场的影响.本文从一维模型出发,经过合理近似,推导出康普顿电流与本地电场之间的解析关系.利用等效电导率的概念,将该自洽过程加入到原有计算模型中.利用粒子模拟和时域有限差分方法,对推导出的康普顿电流和电场关系进行验证.最后给出一个考虑自洽过程的高空电磁脉冲算例.     

高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流的数值模拟

用传输线法对高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流进行了数值模拟,得到了电缆皮电流随入射场波形、电缆长度、电缆屏蔽层两端接地状态的变化规律,部分计算结果与时域有限差分法计算结果及实验结果进行了比较,它们间有较好的一致性。     

高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流的数值模拟

 用传输线法对高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流进行了数值模拟，得到了电缆皮电流随入射场波形、电缆长度、电缆屏蔽层两端接地状态的变化规律，部分计算结果与时域有限差分法计算结果及实验结果进行了比较，它们间有较好的一致性。     

高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算

电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述,在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式,它们是电离层参数和作用电场的函数,并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的,将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例,计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况,并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明:电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的,爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。     

高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算

 电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述,在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式,它们是电离层参数和作用电场的函数,并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的,将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例,计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况,并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明:电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的,爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。     

高空核爆炸碎片云早期扩展规律研究

利用磁流体力学理论建立了描述碎片云运动的壳层模型,采用该模型模拟了美国Starfish高空核爆炸试验碎片云的运动参数,通过与文献模拟结果的比对,验证了所建模型的正确性.针对典型大当量和小当量核爆的不同,重点模拟了千吨级利百万吨级核武器在100,400和1500 km高度爆炸时碎片云运动扩展情况,分析了当量的差异引起的扩展规律的不同.结果表明:高空核爆炸时不同爆炸条件和大气环境对碎片云的扩展规律有着显著的影响,不同方向上碎片云的环境参数差异明显.     

超高速撞击产生碎片云相分布数值模拟

空间碎片与航天器的撞击速度通常大于10 km/s,这种速度条件下撞击过程的物理特点是高温、高压和高应变率,同时伴随着熔化、汽化及等离子体等相变问题发生。利用AUTODYN/SPH的二次开发功能,在程序中嵌入Sesame状态方程数据库和铝材料的相图,数值模拟出撞击速度为5.0和5.6 km/s时的防护屏穿孔直径分别为9.02 mm和9.34 mm,计算结果与实验结果符合较好,说明物理建模及参数的选取合理,同时也验证了数值模拟方法的正确性及有效性。通过计算给出碎片云的热力学量压力和温度分布,结合铝的相图,对超高速撞击产生碎片云的相分布进行了初步计算,给出了碎片云中固、液、气相的分布范围。     

不同电离度下大气等离子体粒子行为的数值模拟

利用一个空间零维大气等离子体模型对其中的主要粒子在不同电离度情况下的变化规律进行了研究.得到放电后不同初始电子密度下的电子寿命,同时给出了主要带电粒子和中性粒子密度随时间的演化.结果表明,电子密度随时间快速衰减,电子寿命随电离度的增大而减小.对一些重要的中性粒子(如O,N,O₃和NO)随电离度增大的行为进行了分析. 关键词： 电离度 大气等离子体 数值模拟     

磁流体动力学磁控进气道流场分布数值模拟

采用磁流体控制的办法能提高超燃冲压发动机的推进性能。结合了Maxwell方程组和描述流体力学规律的Navier-Stokes方程组,并对这些方程进行了简化,建立了适用于计算磁流体动力学(MHD)超燃冲压发动机磁控进气道流场分布的数值模拟模型。研究了在特定工况下,流场特征、电势、电流以及提取功率等参数的变化。磁流体发生器能够降低管道出口马赫数和流向速度,降低出口处的总焓,但是出口处的温度有所提高。在电极上,电势保持常数,而绝缘壁面的电势较高,电场在电极端点出现周期性的极性。y方向电流在电极板附近很高,而在绝缘板上几乎为零。电流主要从正电极流向负电极,而且沿着x方向略有减小。y方向电流最大值出现在绝缘壁面上,而绝缘板上的z方向值几乎为零。z方向电流最大值出现在管道的边角处,而在绝缘壁面上几乎为零,电流在绝缘壁面的法线分量为零。     

单隔间内氢气流动分布特性数值模拟与实验验证

以局部隔间氢气流动分布特性研究实验装置中的单个隔间作为几何结构,建立小空间内氢气分布数值研究的计算流体动力学分析模型,对不同湍流模型适用性展开讨论分析,通过对比实验数据和模拟数据,给出最优湍流模型的选择,进一步对低质量流量工况下氢气在小空间内的流动分布进行数值模拟。模拟结果表明：在选取的6种两方程湍流模型中,采用Realizable k-ε、RNG k-ε、Standard k-ε湍流模型计算得到的结果与实验值吻合较好,能够准确地反映氢气在小空间内的释放过程和分布情况;低质量流量工况下,氢气主流区域径向范围较小,氢气在容器中上部呈稳定均匀分布。