雷射燒蝕推進固體靶動態過程的數值模擬研究

《雷射燒蝕推進固體靶動態過程的數值模擬研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由童慧峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雷射燒蝕推進固體靶動態過程的數值模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：童慧峰
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

強雷射輻照下固體靶的動態回響是一個複雜的物理過程，本項課題將運用數值模擬方法對雷射燒蝕固體靶並推動固體靶運動的全動態物理過程進行研究，分析其物理過程，建立物理模型（固體靶吸收、氣化、電離，電漿電離度計算、雷射電漿耦合，電漿禁止，電漿能量耗散等），並考慮固體靶與電漿流場的流固耦合，採用自行編制計算代碼的方式建立基於雷射與固體靶和電漿相互作用（能量耦合）的雷射燒蝕固體靶動態過程及其推進效應的數值模擬計算平台，並由此對雷射燒蝕推進固體靶的全動態過程，包括電漿電離過程、雷射能量傳輸規律等進行數值模擬研究。

結題摘要

摘要：強雷射輻照下固體靶的動態回響是一個複雜的物理過程，項目組採用理論分析與數值模擬相結合的方法對雷射燒蝕固體靶並推動固體靶運動的全動態物理過程進行了研究，分析了雷射燒蝕固體靶的動態物理過程，建立了相應的物理模型（包括固體靶吸收、氣化、電離，電漿電離度計算、雷射電漿耦合，電漿禁止等），採用一種平均電離度的簡易快速計算方法並由此給出電漿狀態方程，以及具有五階精度的加權本質無振盪差分格式-WENO建立了燒蝕模式雷射推進數值模擬程式，考慮了入射雷射與固體靶的相互作用，著重於雷射與固體靶面蒸氣電漿的相互作用與能量耦合，用於模擬雷射作用於固體靶產生電漿噴射的全過程，包括固體靶表面吸收雷射能量氣化、電離產生電漿，入射雷射與靶面電漿的能量耦合及能量禁止，靶面的後續動態燒蝕等，通過自行編制計算代碼的方式，建立了基於雷射與固體靶和電漿相互作用（能量耦合）的雷射燒蝕固體靶動態過程及其推進效應的數值模擬計算程式。並由此對雷射燒蝕推進固體靶的全動態過程進行了系列數值模擬計算：①靶面電漿流場計算，包括給定初始電漿團以及靶面動態燒蝕兩種情形，給出了脈衝雷射作用下電漿流場各參量（密度、溫度、壓力、粒子速度和電離度等）隨時間的動態變化；②能量耦合規律分析，給出雷射能量在電漿中的動態耦合分布規律；③雷射燒蝕推進力學性能計算，數值模擬了不同雷射參數條件（雷射功率密度、波長、脈衝寬度）以及不同氣壓環境條件下的推進性能參數（衝量耦合係數、比沖等），給出推進最佳化的初步分析結果初步揭示了影響雷射燒蝕固體靶推進效應的幾個關鍵因素，為進一步深入研究雷射推進問題打下了基礎。