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双层套筒Z箍缩内爆数值模拟研究

作　者: 王刚华
导　师: 胡熙静
学　校: 中国工程物理研究院北京研究生部
专　业: 流体力学
关键词: 高能量密度电磁内爆 Z箍缩内爆磁流体力学分裂法
分类号: O382
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 68次
引　用: 1次
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内容摘要

不稳定性现象一直是困扰Z箍缩内爆研究人员的一大难题，复杂的不稳定性现象严重的破坏了Z箍缩内爆等离子体的轴对称性，从而使得箍缩效率大大降低。为此引入了丝阵内爆和双层衬套箍缩的实验设计思想，它们在实验中都取得了很好的效果，大大提高了箍缩效率。因此有必要对双层衬套箍缩中等离子体的碰撞和能量传输过程有深入、详细的分析了解，弄清楚其原理，这就需要在现有的单区模拟程序的基础上进一步提出多区的箍缩数值模拟。在本文中，我们建立了双层衬套箍缩的基本模型，利用一维磁流体力学方程组对其进行数值求解。描述Z箍缩内爆过程的磁流体力学方程组是一组非线性双曲型微分方程。在实际的计算中，由于辐射磁流体力学方程组的耦合项太多，因此，本文采取分裂法来进行计算，分步对方程组进行求解。为了减小计算收敛对时间步长的限制，以便于计算较薄的实验模型我们采用了隐式差分格式。通过与单层衬套结果的对比，验证了程序的正确性，得出了与文献一致的结论。本文还分别进行了铝和钨两种材料的双层衬套箍缩的计算，给出了箍缩过程中由于两层衬套碰撞引起的温度、密度、压力等物理量的变化，计算还给出了压力波在内衬套上的传播图像，得到了与冲击波关系式基本一致的压力峰值。另外，还给出了碰撞以后衬套上的电流分配，发现在内衬套上的电流上升速度非常的快达到了3X10¹³As^-1以上。此外对POW结构的箍缩计算结果也得到了同样的结论，丝上的电流上升速度也达到了10¹³As^-1，并且，得到了比同样情况下单层衬套箍缩更多的能量辐射。

全文目录

1 绪论  5-17
  1．1 电磁内爆与Z箍缩内爆  5-10
    1．1．1 电磁内爆的分类  5-6
    1．1．2 Z箍缩内爆原理  6
    1．1．3 Z箍缩内爆磁压驱动与炸药爆轰驱动的比较  6-7
    1．1．4 Z箍缩内爆靶的结构及材料  7-8
    1．1．5 国内外主要装置介绍  8-10
  1．2 Z箍缩内爆的数值模型  10-11
    1．2．1 雪耙模型  10
    1．2．2 准一维模型  10-11
    1．2．3 辐射磁流体力学模型  11
  1．3 流体动力学不稳定性  11-13
    1．3．1 墙壁不稳定性  11-12
    1．3．2 Rayleigh-Taylor不稳定性  12-13
  1．4 双层套筒箍缩问题  13-17
    1．4．1 双层套筒负载设计  13-14
    1．4．2 双层套筒负载的致稳作用  14-15
    1．4．3 微粒子喷射  15-17
2 一维磁流体力学模型  17-29
  2．1 基本方程及其差分形式  17-22
    2．1．1 磁流体力学方程组  17-18
    2．1．2 一维柱坐标方程  18-19
    2．1．3 方程组的拉格朗日形式：  19-20
    2．1．4 差分格式  20-22
  2．2 回路方程与定解条件  22-25
    2．2．1 电流回路方程与磁流体力学方程组的耦合  22-23
    2．2．2 定解条件  23-25
  2．3 分裂格式法  25-29
    2．3．1 整体迭代法  25-26
    2．3．2 分裂格式法  26-27
    2．3．3 奇点处理  27-28
    2．3．4 时间步长和“过冲”现象  28-29
3 计算结果与分析  29-43
  3．1 双层衬套计算  29-40
    3．1．1 单区计算结果  29-31
    3．1．2 双层铝衬套箍缩计算结果  31-38
    3．1．3 双层钨衬套箍缩计算结果  38-40
  3．2 POW模型计算  40-43
4 结论  43-44
致谢  44-45
参考文献  45-48
附录攻读硕士学位期间论文发表情况  48

双层套筒Z箍缩内爆数值模拟研究

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