摘要：本文通过一个物质压力和辐射压力解耦的分子动理学BGK模型,设计了辐射流体力学方程的分子动理学数值格式.该格式有两方面的优点,一方面,由于BGK模型中流体压力和辐射压力的解耦,因而物质压与辐射压的作用可以解耦,微观方程与宏观方程间的关系变得更为简单;另一方面,利用该BGK模型,数值格式的构造与原有方法相比也大大简化.对不带扩散项的高维辐射流体力学方程组给出了我们构造的二阶BGK分子动理学格式.一维和高维的数值算例显示了新格式的性能.

摘要：构造一种求解二维辐射流体力学方程组的有限体积方法。相较于Euler方程组,辐射流体力学方程组的数值格式设计更为困难。不仅辐射压力与辐射能量的强非线性增加了数值计算的难度,而且求解强激波问题也是一大难点。与此同时,物质量以声速传播,辐射量以光速传播也增加了该系统求解的难度。为了克服这些难点,我们使用MUSCL-Hancock方法求解模型的双曲部分,利用TR/BDF2的变换格式求解其扩散部分。给出了灰非平衡扩散模型关于时间的渐近分析。最后,通过数值实验展现该格式的表现。

摘要：利用MULTI程序建立了大空间-时间尺度、Z-FFR聚变靶室气体氛围的辐射流体力学模型,研究了聚变X射线能量传输、气体氛围温度密度演化以及冲击波的形成和传播等物理过程,获得了第一壁表面辐射温度、冲击压力随时间的变化等重要参数。同时利用Geant4程序计算了静态X射线在第一壁耐烧蚀涂层中的能量沉积分布,研究了不同能量X射线在聚变靶室气氛中的衰减规律。综合动态和静态计算结果,完成了聚变X射线防护初步设计,确定第一壁入射X射线能量密度阈值约为0.2J/cm2,Ar气氛围压强为2000Pa。

摘要：在惯性约束聚变靶丸内爆过程中,辐射烧蚀所产生的冲击波经过带有扰动的界面时,会触发Richtmyer-Meshkov不稳定性。惯性约束聚变内爆靶丸一般使用掺杂的CH塑料或者掺杂的Be材料作为烧蚀层,为了探索Be和CH塑料烧蚀层对Richtmyer-Meshkov不稳定性抵抗能力,对界面预制单模正弦扰动的双层靶中Richtmyer-Meshkov不稳定性发展过程进行了理论分析与数值模拟。理论分析认为Richtmyer-Meshkov不稳定性线性增长率和X射线辐射温度、界面扰动波长、扰动振幅以及烧蚀层密度有较大关系。使用辐射流体力学程序对辐射温度高达100 eV的黑体谱X射线烧蚀界面带有扰动的双层靶进行了模拟。模拟结果表明,在相同的辐射烧蚀条件下,CH塑料/泡沫(CH/Foam)靶界面扰动增长比Be/Foam快,密度较大的Be对Richtmyer-Meshkov不稳定性具有更强的抵抗能力。该研究结果对惯性约束聚变内爆靶丸的设计具有重要的参考价值。

摘要：采用算子分裂方法将辐射流体力学方程组分裂为对流项和刚性源项,设计一种高效求解刚性源项方程组的数值方法.数值实验表明:该方法对时间步长不敏感,计算精度能够满足工程计算要求.在不对方程组做任何近似的情况下,数值给出了较长时间内火球冲击波阵面压力峰值及阵面位置的变化,结果与实际强爆炸中的经验公式吻合较好.

摘要：激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍(属于内禀困难)是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象(如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸)中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置(NIF)内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。

摘要：采用算子分裂方法将辐射流体力学方程组分裂为对流项和刚性源项,并设计了一种高效求解刚性源项方程组的数值方法.数值实验表明:该方法对时间步长不敏感,计算精度能够满足工程计算要求.在不对方程组做任意近似的情况下,数值给出了较长时间内火球物理参量的空间分布.该结果与实际强爆炸中的一些经验公式吻合较好.