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.     

靶丸支撑膜对ICF内爆性能影响的模拟研究

使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S,模拟研究靶丸支撑膜在惯性约束聚变氘氘（DD）气体靶内爆过程中的扰动演化过程及其对内爆性能的影响.二维模拟表明：靶丸支撑膜显著降低DD气体靶内爆的中子产额,二维模拟产额为一维结果的55.2%.内爆性能下降的主要物理机制是支撑膜使靶壳生成大幅度的尖钉深入DD气体区,使烧蚀层与DD气体之间物质界面处的电子热传导漏失功率显著增大,导致DD核反应速率显著降低,中子反应速率峰值时刻（bang-time时刻）提前.相比一维理想内爆的模拟结果,支撑膜引入的扰动显著降低bang-time时刻DD气体压强与内爆动能转化为DD气体内能的效率,壳层剩余动能相应大幅增加.     

Optimization of the Doped Ablator Layers for the Plastic Ignition Capsule

The paper investigates theoretically the optimization of the doped ablator layers for the plastic ignition capsule. The high-resolved one-dimensional implosion simulations show that the inner pure CH layer of the Si-doped design is excessively preheated by the hard x-ray, leading to the unstable ablator-fuel interface compared to the Ge-doped capsule. This is because that the Si K-shell absorption edge (1.8 keV) is higher than the Ge L-edge (1.3 keV), and Si dopant makes more hard x-ray penetrate through the doped ablator layers to preheat the inner pure CH layer. So an optimization of the doped ablator layers (called "Si/Ge capsule") is performed: an Si-doped CH layer is placed next to the outer pure CH layer to keep the high implosion velocity; next to the Si-doped layer is a thin Ge-doped layer, in order to absorb the hard x-ray and protect the inner undoped CH-layer from excessively preheating. The simulations show that the Si/Ge capsule can effectively improve hydrodynamic stability at the ablator-fuel interface while keeping the high implosion velocity.     

SSS程序在电磁内爆中的数值模拟

 对SSS程序的边界条件进行修改,将修改后的SSS程序用于固体套筒内爆实验的数值模拟,并与现有的一维磁流体力学程序的计算结果进行比较,对比结果表明,对SSS程序的改造是成功的,也可以预见将SSS程序改造成一维磁流体力学计算程序是可行的。     

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。     

快点火锥壳靶内爆自发光图像数据处理

为研究快点火预压缩过程中导引锥对压缩靶丸芯部辐射对称性的影响,在神光Ⅲ原型上开展了快点火预压缩的自发光测量实验。采集了相同长度黑腔中不同类型靶丸的内爆自发光图像和不同长度黑腔中同类靶丸的内爆自发光图像,利用最小二乘椭圆拟合方法对芯部的自发光半峰值强度等高线进行椭圆拟合,通过椭圆特征来分析靶丸在最强发光时刻的压缩对称性。分析结果表明：导引锥的存在会使发光区域沿着赤道方向拉长,降低了压缩对称性;有锥靶丸在1600 m黑腔内的形变小于在1500 m和1700 m黑腔内的形变,压缩对称性可以通过调整黑腔长度来控制。     

快点火锥壳靶内爆自发光图像数据处理

为研究快点火预压缩过程中导引锥对压缩靶丸芯部辐射对称性的影响,在神光Ⅲ原型上开展了快点火预压缩的自发光测量实验。采集了相同长度黑腔中不同类型靶丸的内爆自发光图像和不同长度黑腔中同类靶丸的内爆自发光图像,利用最小二乘椭圆拟合方法对芯部的自发光半峰值强度等高线进行椭圆拟合,通过椭圆特征来分析靶丸在最强发光时刻的压缩对称性。分析结果表明:导引锥的存在会使发光区域沿着赤道方向拉长,降低了压缩对称性;有锥靶丸在1600μm黑腔内的形变小于在1500μm和1700μm黑腔内的形变,压缩对称性可以通过调整黑腔长度来控制。     

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。     

数值模拟辐射驱动2维内爆压缩过程

采用2维三温非平衡辐射流体力学程序LARED-H数值模拟辐射驱动内爆过程。针对2维三温能量方程九点差分格式离散后的线性方程组,采用了高效的Krysolv子空间迭代解法,改进了代数解法器。将1维间接驱动内爆总体程序CFJ与LARED-H程序的计算结果进行比对,验证了LARED-H程序数值模拟1维内爆问题的正确性。并数值模拟了不同腔长辐射温度源驱动下的2维靶球运动,数值结果显示：随着腔长的增加,高压缩内爆燃料区分别被压缩成香肠形、球形和铁饼形,数值模拟结果与神光Ⅱ的实验结果定性上相同。     

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。     

多物质流体动力学方法与结构动力学方法结合的流固耦合计算技术

建立一种基于重叠网格空间覆盖判断的流固耦合计算技术,把流场计算的Euler多物质流体动力学计算过程和Lagrange结构动力学计算过程相结合以描述流固间的相互作用.介绍该计算技术的具体实现过程,讨论提高几何判断效率、避免耦合遗漏、流固计算时间步协调等处理技术.应用建立的流固耦合计算程序模拟爆炸容器中爆炸流场对容器内部结构、容器壳体的作用过程.计算结果表明其可以反映流场发展过程、流场结构相互作用和结构的运动变形和破坏过程.     

基于快速压缩机的2-戊酮点火过程研究

酮类燃料可作为燃料添加剂和示踪剂在内燃机中使用,然而其化学反应动力学机理仍缺乏研究。本项工作利用快速压缩机实验平台测量了2-戊酮当量比为0.5和1.0,温度890~1130 K的条件下的点火延迟时间,并结合快速采样系统利用气相色谱对2-戊酮点火延迟过程中的7种中间组分进行了定性及定量测量。类比丁酮和1-戊烯的相关反应,构建了2-戊酮的详细化学反应动力学模型,与实验数据相对比,指出了模型优化的方向,为2-戊酮的进一步研究提供了基础.     

Z箍缩内爆的MARED程序数值模拟分析

MARED程序是模拟Z箍缩内爆过程的二维三温辐射磁流体力学程序,它适用于不同装置条件和不同负载参数.利用MARED程序对Z箍缩内爆进行模拟,结合丝阵Z箍缩实验分析表明:相同负载质量条件下,钨丝阵内爆产生的X射线辐射功率远大于铝丝阵产生的X射线功率;相同负载电流条件下,负载质量越大,计算得到的X射线功率越低;X射线功率随着负载电流增加而增加.MARED程序能够较好地反映Z箍缩内爆动力学过程,特别是不稳定性发展的二维图像,能够给出与不稳定性简化模型的理论分析及实验结果定性一致的演化规律.MARED程序模拟丝阵填充泡沫形成辐射场的初步计算得到了与Sandia实验室模拟Z装置上丝阵填充泡沫定性一致的结果.     

小焦斑纳秒激光烧蚀铝平面靶的数值研究

用二维辐射流体程序Flash模拟了小焦斑纳秒激光与铝平面靶的相互作用过程,其中入射激光的聚焦半径为25 m,峰值强度约为1013 W/cm2,波长为532 nm。模拟发现激光通道上的等离子体出现了密度排空的现象,激光焦斑外侧出现环状的射流结构。激光通道上密度排空现象对电子热输运的计算较为敏感,对比干涉实验测量的密度分布,确定了模拟中限流因子的取值为0.08。通过考察辐射致冷与电子横向热输运对等离子体膨胀运动的影响,对环状射流结构的形成原因给出了物理解释,并在模拟上验证了辐射冷却在其形成过程中的主导作用。     

基于MULTI2D-Z程序的Z箍缩动态黑腔形成过程模拟

对辐射流体力学程序MULTI-2D进行改造,增加磁场演化方程程序模块,自洽地在运动方程模块中增加洛伦兹力,在能量方程模块中增加欧姆加热,将它改造成辐射磁流体力学程序MULTI2D-Z.验证了新增磁场程序模块的可靠性,并发现温度和密度的增大会抑制磁场的扩散,负径向速度梯度的流体对流也会抑制磁场的扩散.利用改造好的MULTI2D-Z程序模拟了峰值为8 MA的脉冲电流驱动的钨丝阵Z箍缩动态黑腔形成过程.得到了X光功率(约30 TW)和能量(约300 k J)、泡沫辐射温度(约120 eV)、箍缩轨迹等模拟结果.在动态黑腔形成过程中,磁场主要分布在钨主体等离子体中;辐射向内传播,烧蚀泡沫柱而使它膨胀;辐射热波在被撞击的泡沫柱中传播,其传播速度比物质温度传播得快,当辐射热波传播到中心轴时泡沫柱中的辐射场变得比较均匀,并且除了冲击波处外辐射温度与物质温度基本上没有分离.这些模拟结果可增强人们对磁场扩散和对流规律以及动态黑腔形成机制的理解,同时表明了MULTI2D-Z程序可成为Z箍缩及其应用的新的程序模拟工具.     

各向异性材料中二维X射线诱导热击波的数值模拟

建立了正交各向异性材料二维率相关的弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照各向异性材料碳酚醛平板时诱导的热击波进行了二维数值模拟,讨论了热击波的传播规律.结果表明,在软X射线和硬X射线的辐照下,材料中的X射线热击波表现出不同的形貌,材料中热击波形成的机理、热击波峰值、X射线穿透深度、汽化现象、拉伸强度等方面...     

CH4-O2-N2预混气体爆炸二维数值模拟

 利用CFD软件,基于ISAT算法和简化的甲烷氧化基元反应模型,建立了CH₄-O₂-N₂预混气体的二维湍流爆炸模型。数值计算结果表明,该模型较好地模拟了CH₄-O₂-N₂预混气体在高温气团作用下的点火、燃烧和爆炸过程。计算中,考察了高温点火气团的初始温度和混合气体初始组分对CH₄-O₂-N₂预混气体燃烧和爆炸过程的影响。结果表明：高温气团的初始温度对CH₄-O₂-N₂预混气体的点火延迟时间和燃烧初始阶段有重要影响,但对CJ爆燃没有影响;惰性气体N₂的加入,降低了混合气体的反应活性,导致点火延迟时间增大,燃烧反应速度、爆炸超压和重要自由基浓度都随之减小。相同条件下爆炸超压峰值的计算结果与实验测量结果符合较好。     

数值模拟激光加载L_2铝板材高速成形瞬态响应

采用ABAQUS有限元仿真软件对激光加载L2铝板材高速成形进行数值模拟,研究了单脉冲激光冲击下成形的瞬态响应过程,获得了激光加载冲击成形过程中位移、速度、应变及应变率等特征量的变化特点.模拟表明,冲击后靶材中心区域发生明显塑性变形,变形截面呈锥形.高速成形过程中,金属板材首先发生振荡幅度非常大的快速弹性变形,其后进入减幅振荡直至静态,激光冲击成形时间在毫秒量级.板材不同节点的位移变化趋势相同,靠近中心区域位移大,边界区域位移小.成形中板材的中心区域速度最大达3 700m/s,变形过程前2μs内应变率急剧变化,最大达104~105 s-1量级.