《燒蝕流體不穩定性的弱非線性混合研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由谷建法擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：燒蝕流體不穩定性的弱非線性混合研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：谷建法
- 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高能量密度燒蝕流體不穩定性與弱非線性混合是慣性約束聚變與國防研究的關鍵基礎問題，也是星系演化、超新星爆炸、緻密天體質量吸積、原始恆星形成等天體物理問題的重要研究內容。本項目擬採用直接數值模擬與流體穩定性理論相結合的方法，研究高能量密度燒蝕流體不穩定性的線性與弱非線性演化規律，研究擾動模的耦合、預熱燒蝕致穩、密度梯度、帶電粒子能量輸運與沉積對弱非線性混合規律的影響；總結髮展燒蝕流體不穩定性的弱非線性混合理論。研究成果將有助於提高對高能量密度流體不穩定性基本規律的認識，並將其套用於慣性約束聚變、國防與天體物理研究。
結題摘要
本項目針對高能量密度燒蝕流體不穩定性與弱非線性混合的物理問題展開研究，採用直接數值模擬與流體穩定性理論相結合的方法，主要開展下面四項研究內容，取得了創新性的成果，完成了預期的研究計畫。（1）研究了點火靶內爆過程中靶殼低階模面密度不對稱性的發展以及對內爆性能的影響。我們進行了超過200次二維點火靶內爆模擬，建立了一個完備的2D資料庫。研究表明：驅動不對稱性能夠導致大幅度的面密度擾動。靶殼面密度不對稱性能夠顯著地降低內爆動能轉化為熱斑內能的效率，使得熱斑內能與阻滯壓強急劇降低，從而趨近於NIF內爆實驗測量值。這能夠部分解釋目前NIF實驗與模擬之間的巨大差異。我們還發現只使用熱斑形狀項無法準確表征靶殼面密度擾動對內爆的影響，因此發展了一種新的低階模擾動的表征方式，修正後的ITF能夠準確地評估點火靶的點火裕量。 （2）系統研究了黑腔內高能X光預熱能譜分布對靶丸內爆性能的影響，重點研究了高能預熱對燒蝕面與物質界面穩定性能的影響。隨著高能X光能譜分布位置的升高，裡面純CH燒蝕層被過度預熱，導致物質界面的Atwood數增大，流體力學穩定性變差。同時，X光能譜分布位置的升高使得輻射更加容易穿透燒蝕面，燒蝕面的密度梯度標長變大，這有利於燒蝕面的穩定性控制。本項工作還完成了燒蝕流體RT增長線性分析模組的研製，能夠對一維數值模擬結果進行後處理提取相關物理量，通過燒蝕RT增長率的理論公式得到各個界面上RT線性增長因子，這能夠用於評估燒蝕流體的穩定性能。 （3）系統地研究了ICF黑腔與內爆過程中流體組分之間的穿透混合效應以及單流體模型的適用性問題。我們編制了高精度的一維歐拉多流體穿透混合程式，對雙流體對撞，強衝擊波在稀薄氣體中的傳播，黑腔內金電漿的膨脹問題進行模擬。當碰撞參數L/λ＞10時，流體組分之間的穿透混合現象不嚴重，單流體建模是合理的。當碰撞參數L/λ＜10時，粒子的碰撞平均自由程變大，流體組分之間的穿透混合現象嚴重，單流體模型計算出不合理的高溫現象，應該進行修正。 （4）細緻研究了CH點火靶的摻雜燒蝕層的最佳化設計，提出了一種新的摻雜燒蝕層設計-Si/Ge靶，該靶型不僅具有較高的內爆速度，滿足了點火靶內爆速度的指標要求；又能避免內部純CH層的過度預熱，極大地改善靶丸物質界面的流體穩定性能。 上述大部分研究成果已經發表在SCI期刊雜誌上，並在國內外重要學術交流會議上進行了報告。
