一种超高速发射实验装置的改进及其数值模拟

 以流体比容方法和三阶PPM方法为基础,给出了适用于三级气炮超高速发射过程数值模拟的多流计算方法和计算代码MFPPM。利用Sandia实验室一系列的实验装置及其结果对计算代码进行了验证和确认,获得了较好的数值模拟结果（其中最大相对误差为1.07%）,同时对冲击波物理与爆轰物理实验室设计的实验装置进行了数值模拟,计算结果与实验结果相差1.04%。为了更好地满足超高压下材料状态方程的测量,提出了一种带汇聚型的改进装置设计,并给出了相应的数值模拟结果。     

毛细管中R22替代制冷剂流动特性的实验研究

本文自行设计、安装和调试了一个小型制冷实验装置,并且在此小型制冷装置上进行绝热毛细管流动过程的实验研究.详细阐述了实验系统的设计,各个部件的机构以及制作工艺.利用此实验装置测量了制冷剂R22的替代制冷剂R134a、R407C和R410A在毛细管中的流动参数,并与已经过验证的绝热毛细管数学模型的计算结果进行了比较,实验值与计算值吻合良好.     

RFD装置优化设计理论及方法研究

本文对周期性脉冲运动下的RFD装置进行了简化,建立了以装置流量和效率为优化目标的优化设计模型,进行了传统枚举法和现代遗传算法的计算和比较。通过枚举法计算结果总结了有关参数对RFD装置流量和效率的影响规律,强调了参数之间配套关系的重要性,最后通过比较计算值和实验值,验证了本文优化理论及其计算方法的正确性。     

HL—1装置铁芯变压器气隙研究

本文对HL-1装置铁芯变压器气隙进行了实验研究和理论计算。模拟实验给出了不同气隙情况下,空载和负载放电时,等离子体区的杂散场和铁芯磁化曲线测试结果。并用HL-1装置的理论计算值及力线分布做了验证。     

家用空调冷凝器的仿真与实验研究

为了缩短对家用空调冷凝器的性能研究时间和开发新产品的周期,开发了冷凝器仿真程序。利用分布参数模型对家用空调冷凝器进行仿真计算,并设计建立了冷凝器实验装置,对仿真结果进行实验验证。对冷凝器进行了在不同风速,不同冷凝温度下的实验,进行分析得到实验结果。并将其与仿真程序的计算结果进行了比较。通过比较证明了仿真结果和实验结果总体变化趋势一致;在相同工况下,模拟换热量的数值比实验换热量要低7.7%~12%;由此验证了仿真程序的可行性。     

一种磁绝缘传输线真空功率流的电路计算方法

介绍了基于电报方程的磁绝缘传输线真空功率流电路计算方法的基本原理,开发了相应的计算程序,对Angara-5-1装置4600发次实验进行了计算,电路模拟结果与实验结果符合较好,提供了一种新的计算磁绝缘传输线真空功率流的方法,分析了Angara-5-1装置磁绝缘传输线阻抗突变处损失电流随时间的变化规律,讨论了该方法与TLCODE和Bertha等电路模拟方法的区别,采用该电路模拟方法计算Angara-5-1等工作在超磁绝缘状态的脉冲功率装置,不仅能够保证计算精度而且提高了解的收敛性,使得对磁绝缘传输线损失电流的计算更加自洽。     

聚龙一号装置磁驱动加载实验的全电路模拟

聚龙一号装置由24路模块并联组成, 通过调整24路模块中激光触发气体开关的导通时序可实现负载电流波形的精确调节, 以满足磁驱动加载实验所要求的负载电流波形灵活调节的需求。针对聚龙一号装置开展的磁驱动加载实验, 建立了能够描述能量从Marx发生器开始至负载整个传输过程的全电路模型, 开发了相应的电路计算程序, 并基于实验结果对计算程序进行了校验, 电路模拟结果与实验结果符合较好。电路模拟程序的计算效率比采用Pspice软件进行全电路计算的效率显著提高, 其不仅可应用于在给定激光触发气体开关导通时序的情况下对聚龙一号装置的输出特性进行预测和评估, 同时也为负载电流波形调节的方案设计提供了一种有效工具。     

污垢热阻动态监测装置及其传热计算方法的研究

介绍了污垢热阻动态监测装置的构成及特点.根据传热学基本原理,对该套装置进行了光滑管对流换热性能测试,结果表明两侧流体热平衡最大偏差小于10%,实验结果与经验公式计算的Nu数相吻合,其最大偏差小于l0%.用该装置进行换热表面污垢的动态自动监测,可以得出准确可靠的实验结果.     

预脉冲的抑制及Z-pinch实验可允许的预脉冲电压分析

 分析了脉冲功率装置特别是使用Blumlein线装置的预脉冲电压的产生机理，提出了通过一个连接于Marx和地之间的附加电感来平衡充电电路以抑制预脉冲的方法。用Pspice计算的实例表明：使用该方法可以有效地减小预脉冲电压。使用金属丝的比作用量和汽化热两种计算方法分析了Z Pinch实验中丝阵负载可承受的预脉冲电压，计算结果与实验结果对比表明，实验中铝丝的预脉冲电流远大于计算结果的最大值，铝丝发生汽化，验证了计算方法的正确性。     

用MONTE CARLO方法计算托卡马克装置的中性氢原子密度分布

简要描述了计算托卡马克中性氢密度分布的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法。 计算了ＨＴ－６Ｂ、ＨＴ－６Ｍ装置的中性氢原子密度分布,与实验结果进行了比较。     

Kr喷气箍缩等离子体的数值研究

 探讨了Z箍缩等离子体辐射磁流体模拟二维三温物理模型及其数值计算方法，针对“强光一号”加速器上Kr喷气实验的具体条件，利用辐射磁流体力学程序Z-pinch 2D-DG模拟了Kr喷气等离子体聚爆过程，分析了X射线辐射的特点，给出了等离子体密度和温度的演化图像以及喷气箍缩中一些带有普遍性的结论。     

间接驱动的内爆不对称性随腔长和时间变化的研究

在激光间接驱动惯性约束聚变中, 为达到高密度压缩以实现点火, 对靶丸内爆对称性和黑腔辐射场均匀性有严格的要求. 为了研究内爆不对称性随腔长和时间的变化, 实验中采用了三种不同尺寸的黑腔, 利用X光分幅相机观测了靶丸燃料区自发光, 获得了压缩变形过程和椭圆度变化规律, 初步判断了在三种腔型中腔长1700 μm 的黑腔较接近神光Ⅲ原型装置内爆对称性要求. 根据视角因子程序计算得到辐射流不对称性随时间变化情况, 通过一个简化的解析模型推导出内爆形变不对称性随时间变化过程, 与实验结果大致符合. 由此进一步分析了黑腔辐射场不均匀性的演化导致内爆不对称性随腔长和时间变化的物理机制. 关键词： 内爆不对称性 黑腔辐射场不均匀性 腔长 视角因子程序     

神光Ⅲ激光装置直接驱动内爆靶产生的连续谱X光源

激光驱动的内爆靶通过轫致辐射过程可以产生覆盖1—100 keV能区的小尺寸、短脉冲和高亮度的光滑连续谱X光源,可用于高密度等离子体的点投影照相和吸收谱诊断等.本文对30—180 k J输出能量的神光Ⅲ激光装置直接驱动氘氚冷冻靶产生的连续谱X光源辐射特性进行了模拟研究,为优化内爆光源提供物理基础.采用了美国OMEGA激光装置和美国国家点火装置(NIF)使用的定标率来给出不同驱动能量时的靶参数和激光脉冲参数.研究发现,内爆靶丸在停滞阶段瞬时的密度和温度剧增可以产生尺寸约100μm、发光时间约150 ps的X光脉冲;X光辐射主要产生于被压缩的氘氚冰壳层内侧、而不是中心的高温气体热斑区;等离子体的自吸收可以显著降低1—3 keV的较低能区的X光发射,但对更高能区没有影响;X光辐射主要集中在30 keV的较低能区,氘氚聚变反应可以增强30 keV的硬X光辐射、但对30 keV的较软的X光辐射没有明显贡献.     

Z箍缩内爆的MARED程序1维模拟分析

 研制可靠的数值模拟工具对Z箍缩内爆产生X光辐射过程进行理论研究、实验分析以及负载设计至关重要。介绍了2维三温辐射磁流体力学程序（MARED）的物理方案,给出了MARED程序的1维检验结果,验证表明MARED程序适用不同装置条件、不同负载参数。结合丝阵Z箍缩实验的数值模拟和分析表明：相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X光辐射功率远大于铝丝阵产生的X光功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到X光功率越低;X光功率随着负载电流增加而增加。     

Numerical Simulation of 2-D Radiation-Drive Ignition Implosion Process

A Lagrangian compatible radiation hydrodynamic algorithm and the nuclear dynamics computing module are developed and implemented in the LARED Integration code, which is a radiation hydrodynamic code based on the 2-D cylindrical coordinates for the numerical simulation of the indirect-drive Inertial Confined Fusion. A number of 1-D and 2-D ignition implosion numerical simulations by using the improved LARED Integration code (ILARED) are presented which show that the 1-D numerical results are consistent with those computed by the 1-D radiation hydrodynamic code RDMG, while the simulation results of the 2-D low-mode radiative asymmetry and hydrodynamic instability growth,according to the physical analysis and anticipation, are satisfactory. The capsules driven by the sources from SGII experiments are also simulated by ILARED, and the fuel shapes agree well with the experimental results. The numerical simulations demonstrate that ILARED can be used in the simulation of the 1-D and 2-D ignition capsule implosion using the multi-group diffusion model for radiation.     

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。     

Implosion dynamics of a radiative composite Z-pinch

Two-dimensional simulation of a composite Z-pinch was performed by the complete radiative magnetohydrodynamic (MHD) code ZETA including detailed calculation of equations of state, spectral properties of materials, and radiation transport in non-local thermodynamic equilibrium multicharged ions plasma. The initial geometry, the substance components, and the electric current through the Z-pinch were similar to the joint experiment set up JEX-94 at Angara-5 facility. The geometry was: annular argon gas puff with inner and outer diameter of a nozzle cross section, 3 cm and 3.4 cm, respectively, and specific mass of 80 μg/cm. Inside it along the axis a foam cylinder 30% KCl in agar-agar with total mass 60 μg and diameter 1 mm was put. The initial gas distribution was modelled with a divergence of a jet along the Z-axis. A coupling of the Z-pinch with the electric current generator was modelled by an electrical circuit with a given electromagnetic wave, a resistance, an inductance, and a variable load (Z-pinch) similar to the Angara-5-1 output parameters. During the plasma implosion the total current reached the value of 3 MA at a time of 85 ns from the voltage start. Such current amplitude is much less than through the matched load (up to 4 MA as a rule): The plasma implosion is accompanied by the development of different types of short and long wave instabilities (thermal, radiative, nonisothermal, and MHD Rayleigh-Taylor modes). In this report, the detailed plasma implosion dynamics, the influence of instabilities, and the spectral radiation yield are discussed, and a comparison with the experimental results is done     

神光Ⅱ间接驱动内爆实验ArX射线谱线模拟研究

ICF内爆物理研究中,示踪元素X射线谱诊断方法是推测内爆压缩温度、 密度以及燃料混合状态的有效方法.针对其中的非平衡物理过程, 研制了非局域热动平衡(non-LTE)下一维谱线输运程序Alpha.程序以辐射流体计算给出的温度、 密度等量为输入条件,求解细致组态(DCA)模型下的原子动力学方程和辐射输运方程, 自洽给出谱线不透明度,和成像面上的X射线谱分布.
利用该程序,模拟了神光Ⅱ装置上的掺Ar靶丸内爆示踪元素X射线谱诊断实验, 研究结果表明,谱线的自吸收效应影响发射的X射线谱的强度和形状, 谱线的宽度对自吸收效应的强弱也有影响.因此,在对X射线谱的数值模拟中应该考虑自吸收效应. 另外,与LTE近似下的发射谱的比较表明, LTE近似下,等离子体电离度大～1, 发射谱的形状与non-LTE的结果不同,且LTE近似下,谱线的强度比non-LTE的谱线强度大5-10倍, 采用LTE近似是不合适的.     

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.     

直接驱动柱内爆流体力学不稳定性数值模拟

 给出了LARED-S程序对直接驱动柱内爆流体力学不稳定性模拟的物理方程，介绍了一种直接驱动柱内爆靶的结构，给出了模拟中使用活动网格追踪和其他一些需要注意的问题。对OMEGA激光器直接驱动柱内爆实验物理模型进行了简化处理：使用理想气体状态方程，假设烧蚀层、标识层和内部填充材料为同一介质，只在密度上有差别；采用全电离和单温近似，在内爆过程中仅考虑热传导过程而忽略辐射和非局域电子热传导等过程的影响。模拟结果表明：LARED-S程序与LASNEX程序的计算结果基本上符合。