輻射輸運問題的新型模型約簡和高效數值方法研究

《輻射輸運問題的新型模型約簡和高效數值方法研究》是依託北京大學，由李若擔任負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：輻射輸運問題的新型模型約簡和高效數值方法研究
• 項目負責人：李若
• 依託單位：北京大學
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

聚變能源是國際上新能源發展的重要方向，慣性約束聚變（ICF）作為聚變能源最重要、最有可能的實現途徑之一而被廣泛研究。輻射輸運是ICF的重要物理過程之一，其數值模擬置信度和計算效率直接影響了ICF全過程數值模擬的可信度和模擬時間。本項目以ICF研究為牽引，針對高能量密度物理中複雜介質背景下輻射輸運的數值計算難點，開展模型約化、算法研究，以及新模型和算法在ICF中的集成套用工作。內容如下：（1）將已有的和新發展的約化模型和算法集成到ICF數值模擬平台上，驗證模型和算法的有效性和高效性。（2）進一步改進並發展輻射輸運約化模型，建立實用的能夠刻畫強非平衡態效應的全局穩定、具有高效數值收斂性的數值正則化矩模型。（3）研究輻射輸運方程的漸近保持離散方法和保旋轉不變性的離散縱標方法，解決離散縱標方法所固有的射線效應和球諧函式方法的出負等問題。

結題摘要

項目以雷射慣性約束聚變（ICF）數值模擬需求為牽引,針對高能量密度物理中複雜介質背景下輻射輸運的數值計算難點，針對輻射輸運方程，發展了任意階保旋轉不變的近似矩模型，驗證了模型的雙曲性與旋轉不變性，構建相應數值格式，並通過數值模擬結果驗證模型效果；針對輻射輸運方程時間步長問題，構建了隱式漸近保持統一分子動力學格式以及輻射輸運隱式蒙特卡羅計算功能；針對相對論磁流體力學提出了約化的矩模型以及零擴散極限下輻射流體力學方程組的二階精確直接歐拉型廣義Riemann問題（GRP）格式；通過輻射輸運基準模型驗證新模型和新算法在抑制射線效應和計算效率方面的有效性，並套用於ICF內爆典型模型的數值模擬。部分研究成果已套用於慣性約束聚變物理問題，有力地支持了我國的國防科研事業。