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.      

非结构网格RKDG有限元方法求解多介质界面问题

在流体力学方程数值模拟中，多介质界面的计算是一个非常重要的问题。已有的数值模拟多采用Lagrange方法。但是，当计算长时间问题时，Lagrange方法会产生网格扭曲，进而使计算无法进行下去。另外一种是采用Euler方法，Euler方法应用于多介质流体力学，首要问题是界面捕捉，即将不同区域介质界面描述清楚，这样才能使得多介质流体计算时，不会发生流体的非物理振荡。     

内爆加载下果冻内外界面不稳定性数值计算

 采用可压缩多介质流体高精度PPM方法对实验模型进行数值计算,针对果冻内外界面10模峰对峰、峰对谷振幅为1 mm扰动模型,给出了与实验相对应时刻的数值计算结果,并对果冻内外界面位置、速度和加速度历史进行了详细分析。计算结果再现了复杂的实验现象,基本物理现象与实验图像以及计算结果和实验数据均相吻合。     

斜激波与有扰界面相互作用的数值模拟

本工作应用多流体体积分数模型，采用高分辨率PPM格式数值模拟斜激波加速有扰界面过程。侧重对比不同扰动振幅无量纲数条件下，激波加速导致快／慢界面演化的差别，并从斜压项分布差别的角度，分析涡量沉积的规律。对应不同扰动振幅无量纲数，发现了一些涡量在界面沉积及界面演化的有趣的现象。定义扰动振幅无量纲数a／L。口为扰动振幅，L是界面长度。计算的3个扰动振幅无量纲数分别为0．0，0．052，0．104。对应不同时间序列60，120，180，240，300μs，计算给出了分别对应扰动振幅无量纲数为0．0，0．052，0．104的密度、涡量、斜压项等值线图。     

内爆加载下果冻内外界面不稳定性数值计算

在界面不稳定性实研究中，一个主要的难点是如何分隔不同流体介质并形成初始扰动，其中比较新颖的方法是利用乙炔和氧气的混合气体爆轰来驱动果冻内爆，由于果冻有足够强度抵抗重力引起的变形，无须任何膜来控制界面，同时果冻和爆轰产物都具有良好的透明性，易于观察界面扰动情况，廖海东等也做过类似实验，并获得了测试图像。     

利用P-R方程推算替代制冷剂的绝热指数

应用P-R方程编制了容积绝热指数与温度绝热指数的计算程序,利用该程序计算了HFC-161,HC-290,HC-600a的绝热指数,绘出了三种制冷剂的容积绝热指数与温度绝热指数随对比压力与对比温度变化的图线,并加以对比与分析。结果表明,HC-600a的两种绝热指数值都较小,在压缩机进出口条件一致的状况下,较适于作为替代制冷剂。     

爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性实验研究

金属界面不稳定性是内爆物理压缩过程中关注的重要问题,与传统流体界面不稳定性具有显著区别.由于相关理论和实验诊断技术的限制,目前该问题的研究还明显不足.为加深对金属界面不稳定性扰动增长行为的认识,本文建立了爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性研究的实验诊断技术和数据处理方法,得到了扰动发展早期不同时刻界面扰动增长的X光图像.实验结果分析表明:在爆轰产物的无冲击加载条件下扰动波长基本保持不变,而初始扰动幅值越大,界面扰动增长的趋势就越明显;同时随着样品前界面扰动的不断发展,在样品的后自由面也出现了与前界面初始相位相反的扰动特征,即样品前界面扰动为波谷的位置所对应的后界面先运动而逐渐演变为波峰,而前界面扰动为波峰的位置所对应的后界面则演变为波谷;在5.26μs时刻,界面扰动幅值增长为初始值的700%左右,应变率达到了约105/s.结合数值模拟研究表明:在此情况下常用的Steinberg-Cochran-Guinan模型在一定程度上低估了高纯铜材料强度的强化特性,无法准确地描述强度对界面扰动增长的制稳作用,从而导致数值模拟结果要大于实验测量结果.     

多介质五方程简化模型及界面捕捉的人工压缩算法

根据两介质五方程简化模型的基本假设,发展了适用于任意多种介质的体积分数方程.为了捕捉多介质界面,将HLLC-HLLCM混合型数值通量的计算格式推广应用于二维平面和柱几何的多介质复杂流动问题,在高阶精度的数据重构过程中采用斜率修正型人工压缩方法ACM.通过一维、二维多介质黎曼问题算例测试,结果表明:发展的计算格式能够较好...     

热非局域非线性高阶界面孤子的多种孤子解

讨论了是光束在(1+1)维的热致非局域介质中的传输, 此介质在中心处被分为两部分, 两部分的线性折射率是不同的. 发现在中心处的界面附近存在多阶稳定的界面孤子. 本文研究的是五阶和六阶界面孤子, 它们都存在三种不同的孤子解. 三种孤子解的波形、束宽、光束重心、存在和稳定区间都是不相同的. 五阶孤子的三种解都存在稳定区间, 并且其中两个解存在共同稳定区域. 然而六阶孤子只有其中一种解存在稳定区间.     

二维气/液界面不稳定性数值模拟

 以多介质的体积分数方法和三阶PPM（Piecewise Parabolic Method）方法为基础,给出了适用于多介质流体动力学数值模拟的计算方法和程序MFPPM。利用MFPPM程序对在高压气体冲击作用下的气体/液体交界面的Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性及其引起的流体混合现象进行了数值模拟研究。主要研究在不同的初始扰动情况下流体混合区的发展,并细致研究了流体混合区的宽度、气泡和尖钉高度随时间的增长情况及不同初始扰动对它们的影响;同时还研究了网格尺度不同时混合区、气泡以及尖钉的构型和高度的增长情况。通过对计算结果的分析得出,流体混合区、气泡以及尖钉的发展与初始扰动有密切的关系,特别是在后期影响更为显著;混合区宽度的变化过程和尖钉相似,而气泡高度的变化基本上呈线性增长趋势,且受初始扰动的影响比较小,但是其构型却有明显差别;网格的影响也主要体现在对混合区、气泡和尖钉的构型上。     

求解Euter方程组的一种简单的守恒误差

本文提出了一种解一维不定常Euler方程组的较简单的一阶,二阶守恒差分格式,一阶格式简称为FUDE(First-Order UPwind Difference Scheme for Euler Equations),二阶格式简记为SUDE。本文的格式避免了大的数值振荡及膨胀激波,同时计算量较MacCormack^[1]格式仅略有增加,文中若干数值试验表明本文格式的分辨率是令人满意的。     

求解双曲型守恒律方程的高精度迎风紧致群速度控制法

从迎风紧致逼进[1]出发,提出求解流体力学双曲型守恒律的一种高精度的数值方法,同时采用群速度控制方法捕捉激波。该方法在光滑区具有三阶精度。     

基于Lyapunov指数的摇摆条件下自然循环流动不稳定性混沌预测

运用基于最大Lyapunov指数的混沌预测方法对摇摆条件下自然循环系统的流量脉动进行了预测. 对不规则复合型脉动的流量脉动实验数据进行相空间重构, 计算关联维数、二阶Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数等几何不变量, 在说明不规则复合型脉动是混沌运动的基础上, 根据最大Lyapunov指数对不规则复合型脉动进行了预测. 通过预测结果和实验结果对比发现: 对于复杂的两相自然循环流动不稳定性, 预测结果具有较高的精度, 说明预测方法的可行性. 同时, 确定了混沌系统可预测的尺度, 提出用动态预测的方式监测系统流量脉动. 本文的研究方法为两相流复杂的流动不稳定性研究提供了新的思路. 关键词： 混沌时间序列 实时预测 最大Lyapunov指数 两相流动不稳定性     

The equation of state of a heterogeneous mixture of explosives and explosion products in the chemical reaction zone: A kinetic approximation

Systems of gas dynamics and kinetics equations for explosives with different closure schemes are considered and the physical meaning of these equations is analyzed. The adiabatic, isothermal, and kinetic schemes are compared. It is shown that the kinetic closure does not lead to any nonphysical situations when numerical algorithms are used. The applicability scope of the kinetic approach is discussed.     

On the Structure of the Mixing Zone at an Unstable Contact Boundary

The interface between two media of different densities (contact boundary) moving with an acceleration directed from the less dense medium to the more dense one is unstable (Rayleigh–Taylor instability) [1, 2]. The initial perturbations of the interface grow indefinitely and, as a result, a medium mixing zone growing with time is formed at the interface. The structure of such a mixing zone at gas–gas and gas–liquid interfaces is discussed on the basis of laboratory experiments on shock tubes of various types. It is concluded that the regions of turbulent and laminar flows are combined in the mixing zone.     

A LAX-WENDROFF TYPE SCHEME WITH PREDICTOR-CORRECTOR

In this paper a Lax-Wendroff type scheme with predictor-corrector is presented for solving the hyperbolic equations of fluid flow. The predictor solutions without introducing nonphysical oscillation are obtained by the method of flux vector splitting. The numerical flux of the corrector step is an anti-diffusive term, on which contraints are imposed to decrease the oscillation. Numerical experiments are presented to illustrate the performance of our proposed scheme.     

电子衍射条件对Si(111)外延时反射式高能电子衍射强度振荡的影响

本文研究了不同电子衍射条件对Si(111)外延时的反射式高能电子衍射(RHEED)强度振荡的影响,在保持生长条件不变的情况下,沿[112]方位观测时,不同入射角下其强度振荡的相位和初始瞬态响应变化很大,甚至会发生180°相位变化,而在[011]方位观测时,其相位的变化不明显,结合Si(111)面的RHEED强度摇摆曲线测量结果,表明这种与电子衍射条件有关的振荡特性变化,实际上反映了由电子多重散射机理引起的RHEED强度振荡两种情形,对RHEED强度的初始瞬态响应机理也作了探讨。 关键词：     

THE APPLICATION OF ADIABATIC THEOREM TO THE BEAA DYNAMICS IN ACCELERATORS

In this paper, the adiabatic criterion and the formulae for calculating the increment of adiabatic invariant due to the nonadiabatic change of paramters in Hamiltonian are derived and we have found that this increment is quite small, even in the case where the Landau's adiabatic criterion^[1] is violated.     

Finite element method for modeling radiative transfer in semitransparent graded index cylindrical medium

Both Galerkin finite element method (GFEM) and least squares finite element method (LSFEM) are developed and their performances are compared for solving the radiative transfer equation of graded index medium in cylindrical coordinate system (RTEGC). The angular redistribution term of the RTEGC is discretized by finite difference approach and after angular discretization the RTEGC is formulated into a discrete-ordinates form, which is then discretized based on Galerkin or least squares finite element approach. To overcome the RTEGC-led numerical singularity at the origin of cylindrical coordinate system, a pole condition is proposed as a special mathematical boundary condition. Compared with the GFEM, the LSFEM has very good numerical properties and can effectively mitigate the nonphysical oscillation appeared in the GFEM solutions. Various problems of both axisymmetry and nonaxisymmetry, and with medium of uniform refractive index distribution or graded refractive index distribution are tested. The results show that both the finite element approaches have good accuracy to predict the radiative heat transfer in semitransparent graded index cylindrical medium, while the LSFEM has better numerical stability.