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二维非平衡辐射流体力学程序研制与应用研究

郑无敌  
【摘要】: X光激光(XRL)以其独特的优点使得它在物理学、生物学、化学、材料学以及惯性约束聚变(ICF)等领域有着巨大的应用前景。经过20多年的发展,XRL输出已经能够达到饱和,现在各实验室纷纷开展应用演示研究。在XRL的深入研究过程中,我们发现1D研究越来越不能适应XRL理论研究的需要;XRL诊断ICF等离子体研究也期待一个2D程序。只有通过2D研究,我们才能更清楚地认识XRL复杂的场图结构;才能更好地完成XRL单靶、多靶的优化设计,以得到更强的XRL输出;才能在XRL密度诊断中更好完成待测等离子体的预先设计;才能更好的解释密度诊断实验结果,达到校验理论模型的目的。为适应这种需要,在博士论文期间,我把原有1D程序JB19发展成了非平衡辐射流体力学二维程序XRL2D,并用它来进行了系列物理问题的研究。 XRL2D程序采用单流体模型,电子离子温度脱离,电子离子能量输运采用限流扩散近似,辐射输运采用多群限流扩散近似,用平均原子模型计算原子过程。程序采用分裂格式,把扩散过程与电离、加热等局域过程分开求解,2D扩散计算采用Kershaw的九点差分格式。文章对物理过程和计算方法进行了详细介绍。 (1)计算方法研究。为克服Lagrange方法的网格易变形问题,借鉴三角形抗变形能力强的特点,本研究创新性地提出了改进IGA格式,有效地抑制了网格变形。但是该方法对物理上真实存在的流体卷曲、混合等也显得无能为力,因此程序采用了ALE方法。为考察ALE方法网格重分、物理量重映导致的数值扩散对计算精度的影响,进行了一些计算比较,结果显示,虽然存在一定程度的抹平现象,但是网格重分带来的数值耗散并不大,对物理图象并没有显著的影响。文中还给出了XRL2D同LASNEX程序的对比计算,以考察程序的可靠性;论文还探讨了用双向一维方法替代九点差分格式的可能性,因为前者能够大大降低计算量。 (2)物理问题研究。首先对神光Ⅱ上的准稳态Ni-like Ag XRL实验进行了模拟,计算结果很好的解释了XRL实验场图出现弯月形分布的原因。其次,在XRL等离子体密度诊断方面,对近期神光Ⅱ上的三个实验进行了模拟对比研究;用XRL M-Z干涉仪对点聚焦CH等离子体电子密度的诊断;用XRL对倍频光烧蚀CH薄片的背景照相;用XRL对射流的阴影成像。模拟结果同实验结果有些定量符合,有些定性符合,也有存在明显差异的地方。论文还给出了在神光Ⅱ上近期将进行的XRL诊断应用实验的理论设计,用激光驱动半开腔Au靶,诊断腔口喷出等离子体的电子密度,模拟显示了XRL2D程序的模拟能力。 本论文的完成得到了国家高技术863计划项目资助课题(803-804-7-1,803-804-1-10-1)


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1 郑无敌;二维非平衡辐射流体力学程序研制与应用研究[D];中国工程物理研究院;2007年
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