二維高壓縮內爆中流體力學拉氏方法研究

《二維高壓縮內爆中流體力學拉氏方法研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由勇珩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：二維高壓縮內爆中流體力學拉氏方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：勇珩
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

高壓縮內爆動力學問題在天體物理、能源研究領域和國防建設具有重要的套用背景。這類問題一般包括流體的大變形、界面不穩定性和物質混合等現象，還含有強衝擊波、強間斷和熱波的多次相互作用，是一個多時空尺度和多物理耦合的、多介質、大變形的複雜過程。其高置信度的任意拉格朗日－歐拉（ALE）方法研究一直是計算領域的難點和前沿問題之一。拉格朗日（簡稱拉氏）方法是ALE計算方法的核心。本項目研究二維柱坐標系下高壓縮內爆動力學拉氏方法中的下述難點問題：（1）動量方程差分格式的一維球對稱性和動量守恆性研究；（2）保對稱的人工粘性方法的研究；（3）抑制拉氏格線的非物理運動。最終在計算方法理論研究成果的基礎上，發展實用的應用程式，為今後採用ALE方法深入開展內爆物理研究搭建一個有效實用的數值模擬平台。本項目的研究有望能為實際工程問題的計算提供算法和程式支撐，具有創新性和較高的套用價值。

結題摘要

在數值模擬複雜的高壓縮一維點火內爆靶模型時，一維問題卻計算出二維現象，分析發現，點火靶物理過程包含強衝擊波、強間斷和熱波的多次相互作用，積分梯度格式儘管理論上能保持對稱，卻沒有很好的健壯性，不能適應複雜的物理過程。因此需要研究新的拉氏格式，以適應高壓縮內爆物理的需求。 為了高精度數值模擬高壓縮內爆過程，本文在交錯格線上開展了基於子格線思想的輻射流體力學拉氏方法研究。本文首先研究了基於子格線的相容性拉氏算法，包括採用支撐運算元思想的動量方程和能量方程離散格式、邊人工粘性方法和抑制沙漏變形方法，並對相容性拉氏算法進行了典型問題的數值試驗；然後將相容性拉氏算法推廣到含三個能量方程的輻射流體力學三溫模型和多群擴散模型。最終在計算方法理論研究成果的基礎上，發展了實用的應用程式，並數值模擬了輻射驅動點火靶內爆過程。數值結果表明發展的輻射流體力學相容性算法具有高置信度地數值模擬多介質、大變形、複雜內爆流場的能力。該研究為今後深入研究高壓縮內爆過程和點火腔靶ICF研究搭建了一個有效實用的數值模擬平台。