检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2023年第13期72卷 284-293页

作者：李树王旸姬志成蓝可北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院研究生院北京100088

针对隐式蒙特卡罗方法模拟高温热辐射输运问题时存在的“辐射强度计算误差时间空间分布严重不均匀”现象,通过理论分析和数值模拟手段,找到决定误差大小的主要因素为“网格内的辐射径迹长度记录数”.据此提出“隐式蒙特卡罗全局降方差... 详细信息

针对隐式蒙特卡罗方法模拟高温热辐射输运问题时存在的“辐射强度计算误差时间空间分布严重不均匀”现象,通过理论分析和数值模拟手段,找到决定误差大小的主要因素为“网格内的辐射径迹长度记录数”.据此提出“隐式蒙特卡罗全局降方差方法”并推导相应的计算公式.该方法主要包含如下3个关键技术:1)针对辐射输运蒙特卡罗模拟的自适应动态分配源粒子方法;2)与自适应动态分配源粒子相匹配的动态权窗设计技术及粒子权无偏估计算法;3)辐射强度的解析估计降方差方法.针对这3个关键技术,设计蒙特卡罗数值模拟方案,编写相应的数值模拟程序模块.典型辐射输运问题模拟结果显示:隐式蒙特卡罗全局降方差方法能够使网格辐射强度计算误差在整个时空范围内分布相对比较均匀,最大误差可控,计算效率提升10倍左右.新方法在激光惯性约束聚变的黑腔辐射输运模拟应用中取得了显著效果.

关键词：隐式蒙特卡罗方法热辐射输运全局降方差方法惯性约束聚变

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非均匀混合下氘氚聚变反应速率的理论研究

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物理学报 2023年第1期72卷 217-227页

作者：沈刚衷斌吴勇王建国北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院研究生院北京100088

激光驱动惯性约束聚变中壳层材料和聚变燃料的混合是影响聚变点火燃烧性能的关键物理问题,聚变过程中混合物形态的演化及相应热核反应速率的物理建模直接影响数值模拟的置信度,具有重要的科学意义和应用价值.本文以扩散混合机制下混合... 详细信息

激光驱动惯性约束聚变中壳层材料和聚变燃料的混合是影响聚变点火燃烧性能的关键物理问题,聚变过程中混合物形态的演化及相应热核反应速率的物理建模直接影响数值模拟的置信度,具有重要的科学意义和应用价值.本文以扩散混合机制下混合形态随时间的演化规律及其对热核反应速率的影响为研究对象,基于热力学平衡与理想气体物态方程假设,通过解析分析与一维球几何扩散方程数值解的对比研究,揭示了扩散混合主导下热核反应速率随混合形态演化的物理规律.研究发现,混合量主要通过影响燃料的体积份额直接影响热核反应速率,由混合非均匀尺度和扩散系数共同决定的扩散时间直接影响热核反应速率的时间演化行为.进一步利用蒙特卡罗方法直接模拟扩散过程得到的互扩散系数,定量分析了燃料中混入低Z、高Z材料时热核反应速率随时间演化的差异,通过与美国非均匀混合效应实验典型数值模拟结果进行对比分析,验证了理论评估的可靠性.本工作对我国惯性约束聚变混合效应实验的设计和改进具有重要参考意义.

关键词：混合形态非均匀混合热核反应速率互扩散系数

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密度扰动的类Richtmyer-Meshkov不稳定性增长及其与无扰动界面耦合的数值模拟

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物理学报 2023年第19期72卷 135-142页

作者：孙贝贝叶文华张维岩中国工程物理研究院研究生院北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

靶丸材料内部扰动在冲击波作用后会产生类似Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性的增长并耦合到烧蚀面产生扰动种子.本文使用数值模拟的方法研究了这种类RM不稳定性增长规律以及不稳定性与界面的耦合机制.研究表明,线性阶段密度扰动类RM不稳... 详细信息

靶丸材料内部扰动在冲击波作用后会产生类似Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性的增长并耦合到烧蚀面产生扰动种子.本文使用数值模拟的方法研究了这种类RM不稳定性增长规律以及不稳定性与界面的耦合机制.研究表明,线性阶段密度扰动类RM不稳定性增长速度满足δv∝k_(y)△uη.密度扰动到界面的耦合有声波耦合和涡合并两种机制,声波耦合引起的界面扰动增长速度满足δ_(v i)/(k_(y)△uη)∝e^(-k_(y)L).界面上的Atwood数为正时,界面上涡量和密度扰动的涡量方向相同,涡合并导致扰动速度增大.Atwood数为正时,降低界面上的Atwood数以及增大界面上过渡层的宽度均可减小密度扰动耦合引起的界面扰动增长.

关键词：惯性约束聚变密度不均匀类Richtmyer-Meshkov不稳定性扰动种子

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分布反馈式太赫兹量子级联激光器在光场自注入下的动力学

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激光与光电子学进展 2024年第15期61卷 239-245页

作者：葛磊楚卫东杨宁北京计算科学研究中心北京100094 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

基于Lang-Kobayashi方程并引入可用于描述分布反馈式光栅对腔内光场耦合效应的修正端面反射系数,研究了分布反馈式太赫兹量子级联激光器在不同光场自注入强度下的动力学响应行为。随着自注入光场强度的增加,激光器由稳态向周期态、准周... 详细信息

基于Lang-Kobayashi方程并引入可用于描述分布反馈式光栅对腔内光场耦合效应的修正端面反射系数,研究了分布反馈式太赫兹量子级联激光器在不同光场自注入强度下的动力学响应行为。随着自注入光场强度的增加,激光器由稳态向周期态、准周期态,甚至混沌状态过渡,但是太赫兹量子级联激光器和传统半导体激光器相比,可以在更大的自注入强度下保持稳定。移动目标反射物时,工作在稳态、周期态和准周期态下的分布反馈式太赫兹量子级联激光器的输出信号可正确描述反射物的移动规律,但处于混沌状态的激光器输出信号将出现失真。通过与典型稳态解模型对比可知,所提理论模型可提供更精确的输出信号规律。该研究为描述有光栅结构的量子级联激光器的动力学行为提供了理论支撑,也从理论上探索了分布反馈式太赫兹量子级联激光器在自注入成像技术应用中的可能。

关键词：太赫兹量子级联激光器分布反馈式光栅激光自注入

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深谋远虑的战略科学家如师如兄的领路人——周光召先生领导核武器理论研究二三事

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科技导报 2024年第22期42卷 106-108页

作者：吴明静北京应用物理与计算数学研究所北京100094

2024年8月17日,周光召先生驾鹤西去。“两弹一星”功勋奖章获得者中为国铸核盾的9位,已全部回归浩瀚星海。周光召是这9位科学家中最年轻的一位,他的离去,带给中国核武器事业极为深重的哀伤。在中国第1颗原子弹爆炸成功60周年之际,几代... 详细信息

2024年8月17日,周光召先生驾鹤西去。“两弹一星”功勋奖章获得者中为国铸核盾的9位,已全部回归浩瀚星海。周光召是这9位科学家中最年轻的一位,他的离去,带给中国核武器事业极为深重的哀伤。在中国第1颗原子弹爆炸成功60周年之际,几代人的缅怀和追思,带来历史深处的浩浩长风,一次次拂过60多年前的办公楼与园区,拂过房间、走廊,在那里,周先生留下无数亲切的印记,已然成为核武器事业永恒的一部分,不可磨灭。

关键词：原子弹爆炸周光召两弹一星核武器驾鹤西去战略科学家深谋远虑二三事

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圆柱形炸药空爆在近场空间的超压估算公式

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北京理工大学学报 2022年第9期42卷 918-927页

作者：刘军王政熊俊殷建伟北京应用物理与计算数学研究所北京100094

圆柱形炸药空爆后在近场空间会形成强度不均匀的超压场,在相同等效衰减距离、不同空间角度上的近场超压可相差数倍甚至一个量级以上.为了准确、快速地评估圆柱空爆近场超压强度及分布差异给近场不同区域毁伤效应和防护效果带来的影响,... 详细信息

圆柱形炸药空爆后在近场空间会形成强度不均匀的超压场,在相同等效衰减距离、不同空间角度上的近场超压可相差数倍甚至一个量级以上.为了准确、快速地评估圆柱空爆近场超压强度及分布差异给近场不同区域毁伤效应和防护效果带来的影响,在圆柱空爆近场实验数据匮乏的情况下使用经过实验效验的模拟数据来补足样本空间,通过数据拟合的方式给出了圆柱装药空爆在较小等效衰减距离下的超压估算公式.首先,通过与球形装药下的经验公式和圆柱装药下的实验结果对比,分别验证了模拟结果在球形和圆柱装药情况下均具有一定置信度;之后,以二次多项式的形式拟合得到了圆柱空爆近场超压估算公式,并给出了6种不同长径比圆柱空爆在不同空间位置上超压的实验结果与估算公式结果的对比.结果表明,估算公式可在较小误差范围内给出炸药空爆在近场空间任意位置上的超压,其经实验校验具有一定置信度的适用范围是圆柱长径比为1/4~4、等效衰减距离为0.2~2.0 m/kg^(1/3).

关键词：圆柱装药炸药空爆近场超压估算公式

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爆轰驱动多介质问题的Lagrange多分区自适应数值模拟研究

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力学学报 2023年第11期55卷 2675-2692页

作者：周蕊李理田保林北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京大学应用物理与技术研究中心北京100091

凝聚炸药爆轰驱动惰性金属材料形成的多介质流动问题广泛存在于工程应用领域,Lagrange方法由于其物质界面的高保真特性一直在相关问题的数值模拟中发挥着不可替代的作用.加密网格是提高爆轰驱动多介质问题模拟精度的常用途径之一.然而,L... 详细信息

凝聚炸药爆轰驱动惰性金属材料形成的多介质流动问题广泛存在于工程应用领域,Lagrange方法由于其物质界面的高保真特性一直在相关问题的数值模拟中发挥着不可替代的作用.加密网格是提高爆轰驱动多介质问题模拟精度的常用途径之一.然而,Lagrange框架下整体密网格计算常会遇到网格畸变、计算效率低等问题.为此,针对爆轰驱动多介质流动问题,提出了一种Lagrange框架下的非结构网格多层自适应方法,在保证所关心区域局部网格分辨率的前提下,大幅缩减了整体计算规模,提升了Lagrange计算的健壮性.设计了非结构网格多层数据结构,提出了多层网格分层存储、有效网格压至一层进行Lagrange计算的AMR策略,同时还发展了自适应接触滑移耦合算法,实现了AMR计算与多分区接触滑移计算的“紧耦合”.相比于已有工作,所提出的AMR方法既保持了非结构网格多层数据结构的灵活性优势,又避免了Lagrange框架下多层网格分别计算带来的层间耦合困难,同时因实现了与接触滑移的自适应耦合,使得它能很好地适应多分区的多介质问题.在一维、二维爆轰算例验证所提出方法正确性的前提下,开展了拐角爆轰、多层炸药隔爆和有限尺寸弯道爆轰等复杂爆轰弹塑性多介质问题的数值模拟研究.计算结果显示,采用Lagrange非结构多层AMR数值模拟方法,可以有效捕捉凝聚炸药爆轰与惰性金属材料相互作用过程中的波系结构,可节省90%以上的网格规模.该方法对复杂几何边界、复杂波系结构和多分区相互作用等问题具有良好的适应性,为后续开展凝聚炸药爆轰约束问题的机理研究奠定了坚实的基础.

关键词：炸药爆轰多介质 Lagrange方法非结构网格多层自适应

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数值反应堆堆芯与E级高性能计算的科学内涵

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原子能科学技术 2024年第S02期58卷 369-381页

作者：邓力李刚北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

反应堆是一复杂的系统过程,是由中子场、温度场、流场、应力场、化学场等多个物理过程相互耦合的装置,这些物理场涉及从微观核反应到宏观能量释放的多尺度作用机理。随着E级(1 000PFLOPS,百亿亿次/每秒)计算机的问世,核能发展的总趋势... 详细信息

反应堆是一复杂的系统过程,是由中子场、温度场、流场、应力场、化学场等多个物理过程相互耦合的装置,这些物理场涉及从微观核反应到宏观能量释放的多尺度作用机理。随着E级(1 000PFLOPS,百亿亿次/每秒)计算机的问世,核能发展的总趋势正从传统工程驱动模式向以高性能数值模拟为主转变。当前四代堆设计立足小型化和精密化,高分辨率数值模拟对提升核装置性能和降低裕量作用突出。为研究解决当前模拟软件与计算机之间存在的浮点效率低、移植周期长、模式通用难和规模扩展难等问题的办法,突破软件和硬件之间存在的编程墙和性能墙,本文通过解读美国NEAMS、CASL和ECP计划,结合团队近年在数值反应堆和高性能计算关键技术突破方面的经验,提出基于并行中间件的集成共性、发展个性的技术路线,探索一条快速提升我国自主CAE软件整体水平的途径,供业内同行探讨,以在国产超级计算机上实现核装置的精细化建模和多物理、多尺度、多过程耦合计算。

关键词：数值反应堆堆芯集成共性发展个性高分辨率数值模拟 E级计算

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强爆炸火球热辐射尺度效应理论和数值研究

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爆炸与冲击 2024年第10期44卷 136-144页

作者：李康刘娜李守先赵多中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

针对火球热辐射双脉冲极值特征问题,基于辐射流体热传导近似模型,理论推导了表征尺度效应的相似参数来界定热辐射极值特征的适用域。选取火球特征尺度和辐射自由程特征尺度差异较大的2类典型问题来验证尺度效应相似参数的有效性,并采用... 详细信息

针对火球热辐射双脉冲极值特征问题,基于辐射流体热传导近似模型,理论推导了表征尺度效应的相似参数来界定热辐射极值特征的适用域。选取火球特征尺度和辐射自由程特征尺度差异较大的2类典型问题来验证尺度效应相似参数的有效性,并采用高精度Euler辐射流体计算程序来模拟火球热辐射对尺度效应相似参数的依赖性。理论和数值模拟结果表明:尺度效应相似参数能较好地描述不同条件下的火球热辐射演化规律,并可扩展到实验分析中;仅依靠爆炸高度来表征火球演化中的尺度效应存在一定局限性。

关键词：强爆炸火球辐射流体热辐射尺度效应实验室尺度

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点探测器敏感性关联抽样计算方法

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原子能科学技术 2024年第3期58卷 638-644页

作者：李瑞付元光邓力许海波中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器... 详细信息

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器敏感性中次级粒子的模拟特点,引入了单因素扰动系统,并基于粒子扩展属性实现了对单因素扰动系统微扰的模拟,从而避免了对次级粒子历史进行回溯。利用脉冲球形实验装置,测试了散射截面扰动下点探测器的敏感性计算功能,并与微分算符方法的计算结果进行了比较,以验证其计算精度。利用NUREG/CR-6115屏蔽基准题测试了权重技巧下算法的适用性。测试表明,算法与微分算符方法计算精度相当,并适用于屏蔽问题点探测器敏感性模拟。

关键词：点探测器敏感性关联抽样蒙特卡罗

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