一种等离子体湍流实验数据分析程序的设计与应用

针对磁约束聚变等离子体边缘湍流中非线性能量传递过程的问题,开发了数据分析程序。该程序基于数字谱分析技术来求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性和非线性耦合系数以及能量转移。介绍了算法设计和程序开发的主要思想,并对程序进行了仿真测试。然后应用该程序分析了反场箍缩装置实验的一次放电实验数据,观察到湍流之间的波耦合和能量级联现象,发现或证实了聚变等离子体湍流激发与增长的一种内在机制。     

基于谱估计方法的等离子体湍流三波耦合数据处理算法

基于数字谱分析技术求解波耦合方程,进而计算与三波相互作用相关联的线性耦合系数和能量转移,以此开发了数据处理程序用于研究HL-2A 装置等离子体边缘湍流中的非线性能量传递过程。介绍了算法设计和开发的主要思想。应用该程序对与带状流相关的一次放电的实验数据进行了数据处理研究。结果表明,带状流是由等离子体湍流的能量逆级联所驱动的。     

使用基于动态程序规划的时间延迟法分析直线磁化等离子体漂移波湍流角向传播速度和带状流结构

对等离子体湍流速度场的有效探测,有助于更加深入了解磁约束等离子体湍流以及实现对某些理论预言现象和结构(如带状流)的充分辨识.本文将基于动态程序规划的时间延迟估算技术成功应用于直线磁化等离子体装置中热阴极放电条件下的漂移波湍流角向速度涨落的实验分析,并且其结果清晰再现了漂移波湍流中通过非线性能量耦合自发产生的带状流结构.通过对采用不同频段等离子体湍流涨落通过基于动态程序规划的时间延迟估算分析所再现的带状流结构特征进行比较,进一步就该算法对载波信号中非相干噪声相对水平的抗干扰能力进行了定性评估.这些工作的成功开展,对于通过采用基于动态程序规划的时间延迟估算分析技术更为深入有效探索磁约束等离子体湍流行为特征,尤其是速度涨落场的演化提供了重要的借鉴和参考价值.     

8mm微波在等离子体离子声湍流上的散射测量

湍流是等离子体物理的前沿课题之一.离子声湍流是该课题常见的研究对象.作者用8mm微波在小型稳态放电装置上对电流激励离子声湍流的色散关系及饱和湍流能量波数谱进行了散射测量.该类实验目前国内未见报道. 一、散射角分辨率对测量的影响 设向等离子体传播的入射微波的波矢和频率分别为Ki和ωi,从等离子体散射的微波的波矢和频率分别为 Ks和ωs,等离子体密度涨落的波矢和频率分别为K和ω,散射区间沿K1方向的长度为L,电子密度涨落为Ne,电子经典半径为r0,散射角(Ki与Ks的夹角)为θs,K的单位矢量为EK,入射波与散射波功率分别为Pi、和Ps,…     

激光等离子体不稳定性及其抑制方案研究

受激拉曼散射、受激布里渊散射等激光等离子体不稳定性（LPI）是激光等离子体物理领域最重要的研究课题之一。特别是在激光驱动的惯性约束聚变中,LPI会造成相当份额的激光能量损失,破坏辐射对称性,产生的超热电子还会预热靶丸,进而影响压缩效率和聚变能量增益。近期,在美国国家点火装置上开展的实验表明对LPI物理过程的充分理解和有效控制对成功实现ICF点火至关重要。我们对近期LPI方面的一系列研究进展进行了简单介绍与讨论。首先,回顾了描述LPI过程的三波耦合理论,由此得出了LPI在线性阶段的增长率。接着讨论了一些复杂情景下的LPI物理过程,譬如LPI的非线性发展阶段、级联LPI、多光束LPI以及LPI间的非线性耦合。最后,着重介绍了一系列抑制LPI的技术方案,包括束匀滑技术、光束时域整形、宽带激光、偏振旋转激光以及外加磁场等。     

超短超强激光与气体靶相互作用中的背向受激Raman散射

实验诊断测量了超短超强激光与气体靶相互作用产生的背向受激Raman散射,在实验条件下呈现强耦合模式,背向受激Raman散射出现非线性Stokes多峰伴线结构,峰值的频率间隔小于等离子体波的频率,可以大致地推断出激光打靶过程中产生的等离子体密度偏低,其结果与等离子体强耦合理论计算结果一致。     

中国聚变工程实验堆等离子体螺旋波阻尼系数的研究

中国聚变工程实验堆(CFETR)是我国自主设计和研制的新一代磁约束聚变装置.基于快波的色散关系,通过理论分析和数值求解等离子体色散函数Z(ξ),获得了螺旋波(快磁声波)与等离子体相互作用波阻尼因子G与等离子体参数和波频率等的关系.研究结果表明:在CFETR等离子体放电参数下,螺旋波能够产生显著的离轴波功率沉积和波驱动电流,波与等离子体相互作用的主要物理机制是电子朗道阻尼.此外,螺旋波阻尼系数与发射波(谱)的平行折射率和等离子体参数密切相关,但总是随着波频率增加而变大.对CFETR装置混合运行模式的GENRAY/CQL3D模拟研究结果表明, 800 MHz的螺旋波能够在r≈0.5a处产生显著的波功率沉积和波驱动电流,驱动电流的效率约为50 kA/MW.     

再入尾迹湍流对雷达散射截面影响分析

通过探讨高超声速再入湍流尾迹等离子体场中电磁波的散射机制,推导出在工程上描述湍流亚密等离子体雷达散射的一阶畸变波Born近似模型,分析了该模型在充分发展湍流尾迹等离子体场中的适用性,完成了适用于三维尾迹等离子体场的程序设计.以已有的湍流尾迹等离子体流场数据为基础,分析了再入尾迹湍流等离子体流动对雷达散射截面的影响.选取考察的几个有代表性的因素为:湍流模型、转捩过程、湍流尺度、电子组分脉动初始条件等.由结果可以看到,湍流转捩过程和湍流尺度对雷达散射截面值影响不大;电子组份脉动强度初始值影响较明显;湍流模型在特定条件下影响亦不大.     

离子温度梯度模湍流的带状流最小自由度模型

在离子温度梯度模(ITG)湍流背景中,通过最小自由度模型中模耦合方式产生带状流,对此模型做了动力学稳定性分析及数值求解.并在此基础上初步探讨了湍流中漂移波与带状流的能量转移,以及雷诺协强与带状流的关系. 关键词： 等离子体 离子温度梯度模 湍流 带状流     

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基于Hasegawa-Wakatani湍流模型,数值模拟了托卡马克边缘等离子体中漂移波湍流和相关的反常粒子输运.从等离子体动量守恒方程出发导出了不采用常规的布辛涅斯克近似的带状流方程,论证了大振幅密度扰动和湍性粒子流对激发带状流的贡献可等效地对应于低阶负粘滞阻尼效果.数值模拟表明,大振幅密度扰动的非线性大大增强了带状流饱和振幅,从而有效抑制了湍性粒子输运.研究结果阐明了托卡马克边缘等离子体大振幅密度扰动的非线性对驱动等离子体旋转、动量输运和带状流的重要性.     

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Based on the Ritz method to resolve the waves-coupling equation, the data processing code was developed to investigate the non-linear energy transfer progress in plasma edge turbulence in HL-2A tokamak. The arithmetic principle and the development methods of this code were introduced. By use of this program, the discharge data with relation to zonal flow were processed and studied. The results show that zonal flow was driven by the inverse energy cascade in the plasma turbulence.     

电子回旋共振加热情形锯齿振荡的数值分析

采用磁重联模型与湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了电子回旋共振加热(ECRH)情形下T-10托卡马克中锯齿振荡.其中之一是近轴的ECRH,另一个是远轴的ECRH,数值结果与实验的比较表明用湍流模型得到了较好的预测结果,相反,由于重联模型的一些基本缺陷,不可能由重联模型得到满意的结果. 关键词： 锯齿振荡 磁重联模型 湍流模型 电子回旋共振加热     

TOKAM-3D: A 3D fluid code for transport and turbulence in the edge plasma of Tokamaks

We present a new code aiming at giving a global and coherent approach for transport and turbulence issues in the edge plasma of Tokamaks. The TOKAM-3D code solves 3D fluid drift equations in full-torus geometry including both closed field lines and SOL physics. No scale separation is assumed so that interactions between large scale flows and turbulence are coherently treated. Moreover, the code can be run in transport regimes ranging from purely anomalous diffusion to fully established turbulence. Specific numerical schemes have been developed which can solve the model equations whether the presence of a limiter in the plasma is taken into account or not. Example cases giving an overview of the field of application of the code as well as verification results are also presented.     

采用高分辨率高精度格式求解跨音压气机转子内三维粘性流场

采用一种新型的ＬＵ隐式算法及４－５阶高分辨率ＴＶＤ格式求解了叶轮机械内的三维Ｎ－Ｓ方程和ｑ－ｗ湍流模型。应用几何法与ＰＤＦ方法混合的网格生成程序,得到了ＲＯＴＲＯ３７跨音速压气机转子内的Ｈ型网格,并将数值模拟的结果同ＬＤＶ实验值进行了比较。     

Variational multiscale turbulence modelling in a high order spectral element method

In the variational multiscale (VMS) approach to large eddy simulation (LES), the governing equations are projected onto an a priori scale partitioning of the solution space. This gives an alternative framework for designing and analyzing turbulence models. We describe the implementation of the VMS LES methodology in a high order spectral element method with a nodal basis, and discuss the properties of the proposed scale partitioning. The spectral element code is first validated by doing a direct numerical simulation of fully developed plane channel flow. The performance of the turbulence model is then assessed by several coarse grid simulations of channel flow at different Reynolds numbers.     

涡流管内三维强旋转流场数值模拟与分析

涡流管内可压缩气体的强旋转流动是涡流管能量分离的根本原因和驱动力,因而涡流管内流场研究是揭示涡流管能量分离物理机制的首要关键问题。由于涡流管内可压缩气体的三维强旋转湍流流动,实验测量中存在诸多问题,而CFD数值模拟技术对此具有很大的优势。文中以涡流管内部流场为研究对象,建立了涡流管计算域模型并进行网格划分,讨论了边界条件、湍流模型以及线性方程组求解策略等问题,对不同冷气流率下的涡流管内三维强旋流流场结构特性进行数值模拟,获得了不同冷气流率下的旋转运动、轴向运动、径向运动和循环流的分布特性。研究表明Realizableκ-ε湍流模型能够充分反映强旋流动特点,数值模拟结果与文献中实验值基本吻合。     

Large-eddy simulations of the Richtmyer-Meshkov instability of rectangular interfaces accelerated by shock waves

A parallel algorithm and code MVFT(multi-viscous-fluid and turbulence) of large-eddy simulation(LES) is developed from our MVPPM(multi-viscous-fluid piecewise parabolic method),and performed to solve the multi compressible Navier-Stokes(N-S) equations.The effect of the unresolved subgrid-scale(SGS) motions on the large scales is represented by different SGS stress models in LES.A Richtmyer-Meshkov instability experiment of the evolution of a rectangular block of SF6,which occupies half of the height of the ...     

锯齿振荡的湍流模型数值模拟

用Dubois & Samain与Lichtenberg等人提出的解释托卡马克中锯齿振荡的湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了欧姆加热情形T-10托卡马克中锯齿振荡行为,同时对得到的数值结果作了分析.与采用磁重联模型模拟得到的结果比较表明,采用湍流模型得到的数值结果与实验符合较好,而用磁重联模型则难以得到满意的结果.