激光靶耦合问题的二阶精度重映算法研究

任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一。以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果。为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础。     

激光靶耦合问题的二阶精度重映算法研究

 任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一。以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果。为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础。     

散乱物理量逼近的重映算法

在计算流体力学(CFD)领域，几乎所有的方法都离不开网格，网格是各种数值方法的基础。网格质量的好坏直接影响数值结果的精度，甚至影响到数值计算的成败。为此CFD工作者发展了许多方法。如迭合网格、贴体网格和非结构网格，为了更好地数值模拟大变形问题，又进一步发展了结构/非结构混合网格的技术，尤其是发展了网格跟随流场智能化调整的网格自适应技术。这些网格技术的发展，几乎都涉及网格的变动，只要改动网格就涉及物理量的重映。重映方法一般被分为两种类型：插植重映和积分重映。所谓插植重映方法就是在计算区域D上，用已知网格上的物理量分布，通过插值理论把它插值到新网格或任意定义的规则网格上的一个过程，通过这个过程给出新网格的物理量的分布。所谓积分重映方法就是用积分的形式把旧网格上的守恒量重新映射到新网格上。如对某种体积密度分布q，简单的积分形式为     

LARED-H程序的激光黑腔靶耦合数值模拟

LARED-H程序是一个可用于激光黑腔靶耦合数值模拟研究的二维辐射流体力学程序。黑腔等离子体所形成的复杂流场使单纯的拉格朗日网格在计算中产生严重扭曲，影响计算精度，并导致计算中断。拉氏加网格重分是计算激光黑腔靶耦合常用的算法。对LARED-H程序的积分网格重分方法在网格重构和物理量重映方面作了较大改进，并利用改进后的LARED-H程序模拟了“神光”-Ⅱ和“神光”-Ⅲ条件下的激光空腔靶耦合物理全过程。     

耦合AMR的GEL算法

数值模拟中，欧拉方法能计算大变形流场，但不能精确地区分物质界面，拉氏方法的单元边界即为物质边界，因此可以精确区分不同的物质，但当计算单元变形较大时计算精度变差甚至无法进行。如果在流场内不同区域采用不同的计算方法，在计算区域交界处进行合理的数据交换，则既能计算大变形流场又能在流场内保持清晰的物质界面。     

网格重分中关于守恒重映的几个问题

首先针对离散情况,对垸恒重映中的“守恒”给出数学上严格的解释。在此基础上,对守恒重映问题中所固有的守恒量协调问题作了描述,并提出一种基于最小二乘法的处理方案,同时,还分析了容易混淆的“质量密度”和“体积密度”,网格中心量和网格节点量等基本概念,并采用两种不同的辅助网格来对网格节点量进行重映。     

斜入射激光平面靶耦合的数值模拟

LARED-H是一个柱对称二维三温非平衡辐射流体力学程序，主要用于黑腔物理研究，也可模拟正入射激光平面靶耦合过程，但无法模拟斜入射平面靶问题。实际上斜入射现象会经常发生，因此需要扩充LARED-H程序在直角坐标系下的功能，用于模拟斜入射激光平面靶耦合过程。引进拟直角坐标系，把直角坐标系与柱坐标系下的总体方程的差分格式统一，实现了直角坐标系下LARED-H程序的模拟能力。     

高功率斜入射激光与高Z靶耦合非局域吸收的理论模型

激光聚变的理论和实验研究是一项综合性的应用研究.为了弄清激光靶耦合的物理规律,作各种分解研究是很有必要的.在激光间接驱动内爆研究中,要求激光以某一角度进入黑洞靶中与靶相互作用.作为一个分解问题,本文在几何光路近似和一维密度分布的假定下对钕玻璃激光与金(Au)平面靶耦合的吸收作了自洽这这的数值计算,通过结果分析给出了激光吸收效率随激光入射角、强度和波长的变化规律,同时还给出激光吸收区电子温度、X射线转换效率随激光入射角的变化规律.模型计算值与国内外已发表的理论和实验结果作了比较,其定性趋势和定量结果都不同程 关键词：     

激光与靶非平衡耦合的数值模拟

对激光与高Z靶耦合主要物理过程,其中包括激光吸收,电子热传导,等离子体运动,非平衡原子物理,X光转换和辐射输运等现象的数值模拟作了全面的概括性描述。提出了总体微分方程组,建立了差分计算格式和求解方法,给出了程序数值计算的结果。     

激光腔靶中等离子体流场的数值模拟

针对激光腔靶中等离子体流场的复杂性,提出了一种网格的自适应算法以及活动网格方法。应用这些方法在不同的腔靶上进行了一些数值计算。得到的结果表明,这些数值方法是有效的。     

激光与金靶耦合中非局域电子热传导的影响

 在一维非平衡辐射流体力学程序中,引入非局域电子热传导公式,对三倍频激光与金平面靶耦合产生等离子体状态进行了数值模拟计算。数值结果与加限流处理的Spitzer-Harm公式计算结果的比较表明,非局域电子热传导能够得到更为合理的数值结果和物理图象。     

激光与金靶耦合中非局域电子热传导的影响

在一维非平衡辐射流体力学程序中,引入非局域电子热传导公式,对三倍频激光与金平面靶耦合产生等离子体状态进行了数值模拟计算。数值结果与加限流处理的Spitzer-Harm公式计算结果的比较表明,非局域电子热传导能够得到更为合理的数值结果和物理图象。     

基于特征理论的二维可压缩流动的二阶拉氏算法

提出一种求解二维拉氏可压缩流体力学方程的中心型二阶精度有限体积方法.利用特征理论构造网格节点处的局部近似演化算子,算子用来求解网格节点处的速度及压力,利用这些物理量更新节点位置及计算网格界面通量.通过结合一定的重构方案,该方法达到时、空二阶精度,并且形式简单、计算量小,适用于结构网格与非结构网格.典型数值实验表明,本文格式具有良好的收敛性、对称性及鲁棒性,且能自然地求解多物质流动问题.     

基于自相似模型的二维X射线激光等离子体流体力学

从自相似方法出发,建立了简化的二维X射线激光等离子体流体动力学模型. 利用该模型研究了平板靶X射线激光的二维流体力学行为. 研究表明,当激光作用结束后,经过一段时间的演化电子密度和温度沿线聚焦方向逐渐达到平衡,该结果对X射线激光的优化设计具有重要意义. 关键词： X射线激光 二维流体力学计算 自相似方法     

基于光路追踪方法的激光交叉束能量转移模型

提出一种基于几何光路追踪方法并可在流体模拟程序中实现在线计算的激光交叉束能量转移（CBET）耦合模型。借助由激光逆轫致吸收公式引入的泵浦激光功率密度在流体网格尺度上的计算公式,该模型可计算探针激光束中每根光线所携带的能量经过与泵浦激光场相互作用带来的损失（或增加）,从而实现激光能量在束间的转移。反复迭代的计算方法解决了由于激光束间能量转移与光线历史相关并且束间强耦合带来的方程求解困难。模型很容易推广到多束激光束两两能量交换的情形,也可用于研究逆轫致吸收和激光等离子体相互作用等物理内容。     

基于光路追踪方法的激光交叉束能量转移模型

提出一种基于几何光路追踪方法并可在流体模拟程序中实现在线计算的激光交叉束能量转移(CBET)耦合模型。借助由激光逆轫致吸收公式引入的泵浦激光功率密度在流体网格尺度上的计算公式,该模型可计算探针激光束中每根光线所携带的能量经过与泵浦激光场相互作用带来的损失(或增加),从而实现激光能量在束间的转移。反复迭代的计算方法解决了由于激光束间能量转移与光线历史相关并且束间强耦合带来的方程求解困难。模型很容易推广到多束激光束两两能量交换的情形,也可用于研究逆轫致吸收和激光等离子体相互作用等物理内容。     

基于并行梯度下降算法模拟高功率固体激光装置的相干合成

多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型,对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法,通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内,相干合成时远场焦斑10 μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。     

基于并行梯度下降算法模拟高功率固体激光装置的相干合成

 多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型,对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法,通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内,相干合成时远场焦斑10 μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。