X箍缩三维数值模拟

利用FOI-PERFECT程序对X箍缩进行了3D数值模拟研究,给出了X箍缩的物理图像和动力学过程,探讨了Z箍缩中出现磁重联的可能性,并指出如果双丝Z箍缩中能够出现磁重联,那么X箍缩是更有利于磁重联出现的位形,并且,X箍缩中出现多重X射线暴的一个可能原因是z轴上多个位置出现磁重联。     

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.     

Z箍缩丝阵烧蚀的简单模型数值模拟

丝阵烧蚀在丝阵Z箍缩动力学中扮有重要角色,透彻理解丝阵烧蚀对于丝阵Z箍缩动力学的研究至关重要。采用简单模型数值模拟了烧蚀过程,该模型物理上采用绝热、单流体、单相、磁流体力学近似,数值上采用欧拉法结合保单调输运格式来离散。数值结果很好地展示了烧蚀过程的主要特征,例如芯-冕结构、径向等离子体流、轴线上先驱等离子体柱的形成、静止丝芯的长寿命以及延长的烧蚀期,一些关键时间参数定量或定性地相符于文献报道的实验和数值结果,例如冕等离子体角向融合的时刻、等离子体首次到达轴线的时刻、丝芯静止持续的时间、最后的箍缩滞止时刻,但某些方面略有差异。     

Z箍缩丝阵烧蚀的简单模型数值模拟

丝阵烧蚀在丝阵Z箍缩动力学中扮有重要角色,透彻理解丝阵烧蚀对于丝阵Z箍缩动力学的研究至关重要。采用简单模型数值模拟了烧蚀过程,该模型物理上采用绝热、单流体、单相、磁流体力学近似,数值上采用欧拉法结合保单调输运格式来离散。数值结果很好地展示了烧蚀过程的主要特征,例如芯-冕结构、径向等离子体流、轴线上先驱等离子体柱的形成、静止丝芯的长寿命以及延长的烧蚀期,一些关键时间参数定量或定性地相符于文献报道的实验和数值结果,例如冕等离子体角向融合的时刻、等离子体首次到达轴线的时刻、丝芯静止持续的时间、最后的箍缩滞止时刻,但某些方面略有差异。     

Z箍缩丝阵动态烧蚀的二维数值模拟

采用FOI-PERFECT程序对局域欧姆加热主导的动态烧蚀进行了数值模拟研究,定量诊断并比较了烧蚀率、先驱电流和烧蚀时间,考查烧蚀阶段之初的丝等离子体的直径和丝阵的丝数对烧蚀的影响,结果表明,在等离子体流建立后,随丝数或者丝径的增加,烧蚀率增大,先驱电流减少,烧蚀时间减小。     

Z箍缩丝阵动态烧蚀的二维数值模拟

采用FOI-PERFECT程序对局域欧姆加热主导的动态烧蚀进行了数值模拟研究, 定量诊断并比较了烧蚀率、先驱电流和烧蚀时间, 考查烧蚀阶段之初的丝等离子体的直径和丝阵的丝数对烧蚀的影响, 结果表明, 在等离子体流建立后, 随丝数或者丝径的增加, 烧蚀率增大, 先驱电流减少, 烧蚀时间减小。     

丝阵Z箍缩X射线辐射机制数值分析

基于简化模型编写了结构简单、运行高效的Z箍缩计算程序,并已应用于阳加速器上开展的Z箍缩物理研究。在阳加速器和PTS的参数范围内进行了数值计算,结果表明：对于质量较轻的负载,激波加热是产生辐射的主要原因;对于质量较重的负载,辐射由激波加热和绝热压缩共同主导。激波加热功率与绝热压缩功率之比随丝阵质量增大而减小。烧蚀产生的先驱质量减弱激波加热,对峰值功率的提高不利,但这部分质量能抑制磁瑞利-泰勒不稳定性。因此综合激波加热和磁瑞利-泰勒不稳定性两方面的考虑,应该存在一个最优的烧蚀率。     

丝阵Z箍缩X射线辐射机制数值分析

基于简化模型编写了结构简单、运行高效的Z箍缩计算程序,并已应用于阳加速器上开展的Z箍缩物理研究。在阳加速器和PTS的参数范围内进行了数值计算,结果表明:对于质量较轻的负载,激波加热是产生辐射的主要原因;对于质量较重的负载,辐射由激波加热和绝热压缩共同主导。激波加热功率与绝热压缩功率之比随丝阵质量增大而减小。烧蚀产生的先驱质量减弱激波加热,对峰值功率的提高不利,但这部分质量能抑制磁瑞利-泰勒不稳定性。因此综合激波加热和磁瑞利-泰勒不稳定性两方面的考虑,应该存在一个最优的烧蚀率。     

双层钨衬套Z箍缩内爆数值模拟

 介绍了在强脉冲电流的作用下双层钨衬套Z箍缩动力学过程的数值模拟,计算了一个双层钨衬套模型,分析了双层衬套的碰撞过程,指出了双层衬套下电磁内爆的现象和特点,给出了碰撞后电流在内外衬筒上的分布,并对箍缩功率和箍缩产生的能量进行了预估。     

回流罩结构Z-箍缩实验的数值模拟

采用二维磁驱动数值模拟程序(MDSC2)对大电流脉冲功率装置FP-2上的回流罩结构Z-箍缩实验exp90和exp60进行了数值模拟。数值模拟表明,回流罩结构Z-箍缩实验测量电流/回路电流不是负载套筒电流,回流罩结构Z-箍缩实验中回路电流不完全从负载套筒通过,回路电流和负载套筒电流之间存在一个结构系数,提出了边界磁场强度与回路电流关系的新公式。采用具有结构系数的边界磁场强度公式和磁流体力学程序能正确模拟exp90和exp60两个回流罩结构Z-箍缩实验,模拟的套筒内径运动速度和实验测量速度相一致。回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数为一常数,仅由回流罩的初始结构确定。90 mm和60 mm内直径套筒的结构系数分别为0.87和0.90。在套筒初始厚度、绝缘材料等其它条件相同的情况下,套筒内径越大,回流罩结构Z-箍缩实验的结构系数越小。     

FOI-PERFECT程序对电磁驱动高能量密度系统的三维弛豫磁流体力学模拟

提出一个完整的弛豫磁流体力学模型用于电磁驱动高能量密度系统的数值模拟, 它由弛豫电磁波动、弛豫热输运、P1/3近似辐射输运以及流体力学构成。电磁部分在真空区退化为电磁传播, 在等离子体物质区退化为磁扩散近似, 并且相速和群速是有上界的。这意味着弛豫磁流体力学能退化到传统的电阻性磁流体力学, 并且能用显式方法数值求解, 便于大规模高效并行化。基于此弛豫磁流体力学模型开发了三维辐射磁流体力学程序FOI-PERFECT, 指出了所采用的关键数值技术, 并给出了一些应用例子。     

短脉冲强激光驱动磁重联过程的靶后电势分布特征

超短超强激光因其极端的物理参数范围以及可用于研究相对论等离子体等特征,成为当前激光驱动磁重联物理的研究热点.通常采用两路激光与平面靶相互作用实现激光驱动磁重联,然而在实验诊断中,由于激光等离子体自身的复杂性导致很难辨别磁重联的物理特征.本文对两路短脉冲激光驱动平面靶磁重联进行了数值模拟,重点分析了靶后电势分布特征和磁重联之间的关系.模拟结果显示,靶后电势分布可以直接影响被加速离子在探测面上的空间分布,因此可用来直接诊断短脉冲激光驱动磁重联实验.     

Low frequency Whistler waves excited in fast magnetic reconnection processes

Whistler waves generated in fast magnetic reconnection processes of collisionless high beta plasmas are reviewed in experiments and satellite observations, as well as in theory and simulation, and further studied in the two-fluid theory. It is found that low frequency whistler waves can be excited in tile ion inertial range of the reconnection region. The wave is found right-handed polarized with a quadrupolar out-of-plane magnetic perturbation, in accord with satellite observations in the geomagnetosphere.     

FOI-PERFECT程序对电磁驱动高能量密度系统的三维弛豫磁流体力学模拟

提出一个完整的弛豫磁流体力学模型用于电磁驱动高能量密度系统的数值模拟, 它由弛豫电磁波动、弛豫热输运、P1/3近似辐射输运以及流体力学构成。电磁部分在真空区退化为电磁传播, 在等离子体物质区退化为磁扩散近似, 并且相速和群速是有上界的。这意味着弛豫磁流体力学能退化到传统的电阻性磁流体力学, 并且能用显式方法数值求解, 便于大规模高效并行化。基于此弛豫磁流体力学模型开发了三维辐射磁流体力学程序FOI-PERFECT, 指出了所采用的关键数值技术, 并给出了一些应用例子。     

双撕裂模非线性演化过程中有理面上的剪切流

在二维平板几何模型下,利用磁流体力学方程组数值模拟托卡马克装置中双撕裂模非线性演化过程中有理面上剪切流的时间和空间分布.结果表明,双撕裂模非线性演化的早期阶段,有理面上没有形成明显的剪切流.剪切流主要存在于快速磁重联阶段,随着磁重联的结束而逐渐消失,剪切流的强度和空间分布随磁岛的演化而改变.另外,较大的等离子体电阻加速磁重联,但是对剪切流的强度和变化趋势没有直接的影响.     

Numerical Simulation on a Possible Formation Mechanism of Interplanetary Magnetic Cloud Boundaries

The formation mechanism of the interplanetary magnetic cloud (MC) boundaries is numerically investigatedby simulating the interactions between an MC of some initial momentum and a local interplanetary current sheet.The compressible 2.5D MHD equations are solved. Results show that the magnetic reconnection process is a possibleformation mechanism when an MC interacts with a surrounding current sheet. A number of interesting features arefound. For instance, the front boundary of the MCs is a magnetic reconnection boundary that could be caused by adriven reconnection ahead of the cloud, and the tail boundary might be caused by the driving of the entrained flowas a result of the Bernoulli principle. Analysis of the magnetic field and plasma data demonstrates that at these twoboundaries appear large value of the plasma parameterβ, clear increase of plasma temperature and density, distinctdecrease of magnetic magnitude, and a transition of magnetic field direction of about 180 degrees. The outcome of thepresent simulation agrees qualitatively with the observational results on MC boundary inferred from IMP-8, etc.     

Numerical Simulation on a Possible Formation Mechanism of Interplanetary Magnetic Cloud Boundaries

The formation med2aniRm of the interplanetary magnetic cloud (MC) boundaries is numerically investigated by simulating the interactions between an MC of some initial momentum and a local interplanetary current sheet.The compressible 2.51:) MHD equations are solved. R~sults show that the magnetic reconnection process is a possible formation mechanism when an MC interacts with a surrounding current sheet. A number of interesting features are found. For instance, the front boundary of the MCs is a magnetic reconnection boundary that could be caused by a driven reconnection ahead of the cloud, and the tail boundary might be caused by the driving of the entrained flow as a result of the Bernoulli principle. Analysis of the magnetic field and plasma data demonstrates that at these two boundaries appear large value of the plasma parameter β, clear increase of plasma temperature and density, distinct decrease of magnetic magnitude, and a transition of maguetic field direction of about 180 degrees. The outcome of the present simulation agrees qualitatively with the observational results on MC boundary inferred from IMP-8, etc.     

A Possible Interpretation of Burst-Like Characteristics of Explosive Events

Explosive events have been observed to occur consecutively in bursts at intermittent locations along the boundary near the opposite polarity. The aim of the present paper is to explore a possible mechanism to interpret this burst-like characteristic of explosive events. The 2D magnetohydrodynamic (MHD) numerical simulations with resistivity have been carried out to reproduce the intermittent spatial-temporal magnetic reconnection events taking place along the long, compressible current sheet. The observed density enhancements in previously published results have been verified to be associated to magnetic reconnection sites. Late observational evidences, which support present attempts, have also been found, at least in morphological evolution of the consecutive explosive events.     

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基于磁流体理论利用CIP方法数值对电阻磁流体中的磁岛演化动力学行为进行了长时间模拟。研究发现,磁岛饱和后流体演化并未结束,磁场重联将导致流体的宏观剪切流动。这一物理图象可用于解释托卡马克等离子体L-H模转换过程中观察到的磁流体行为。