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中国科学：物理学、力学、天文学 2018年第9期48卷 100-110页

作者：王裴何安民邵建立孙海权陈大伟刘文斌刘军北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室.北京100081 中国工程物理研究院研究生院北京100088

当强冲击波从金属自由面反射时通常会发生微喷射现象,气体环境下,喷射颗粒将与气体相互作用而形成物质混合.微喷射与混合是战略武器研究中的关键和难点问题,亦是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿和热点问题之一.作者与合作者长期从事... 详细信息

当强冲击波从金属自由面反射时通常会发生微喷射现象,气体环境下,喷射颗粒将与气体相互作用而形成物质混合.微喷射与混合是战略武器研究中的关键和难点问题,亦是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿和热点问题之一.作者与合作者长期从事金属微喷射与混合问题理论和数值模拟研究,取得了一系列研究进展.本篇评述简要介绍我们围绕微喷射物理机制与影响因素、理论建模以及气粒混合问题开展的数值模拟和理论研究工作,以及取得的研究成果.主要包括以下几个方面:(1)微射流喷射数值模拟与理论建模;(2)微层裂破碎数值模拟与机理分析;(3)微喷混合数值模拟与动力学规律.

关键词：微喷射混合微射流微层裂

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爆轰加载下锡金属连续层裂损伤机理的数值分析

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高压物理学报 2017年第3期31卷 280-285页

作者：张凤国王裴胡晓棉邵建立周洪强冯其京北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100094

结合实验对所采用的计算程序和损伤模型进行验证,在此基础上开展了爆轰加载下锡材料连续层裂损伤机理研究。结果显示:锡靶板的破坏模式与加载强度、加载波形以及靶板的几何结构相关;材料初始微结构的作用反映在对临界截止孔隙度的影响上... 详细信息

结合实验对所采用的计算程序和损伤模型进行验证,在此基础上开展了爆轰加载下锡材料连续层裂损伤机理研究。结果显示:锡靶板的破坏模式与加载强度、加载波形以及靶板的几何结构相关;材料初始微结构的作用反映在对临界截止孔隙度的影响上,进而影响靶板的损伤破坏;损伤模型中临界截止孔隙度越大,靶板的破坏程度越小。此外,材料拉伸、压缩损伤的计算结果与相应实验结果的对比显示,材料的损伤主要以拉伸损伤破坏为主。

关键词：爆轰驱动微层裂数值模拟锡

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燃烧多相流系统的DBM建模方法研究进展

燃烧多相流系统的DBM建模方法研究进展

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：许爱国张玉东甘延标林传栋陈锋赖惠林张戈北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室郑州大学力学与安全工程学院北华航天工业学院中山大学中法核工程与技术学院山东交通学院航空学院福建师范大学数学与信息学院

燃烧多相流系统内至少存在4个时间尺度:热力学弛豫时间τ、流动模式的时间尺度t、液气相变的时间尺度t、化学反应的时间尺度t。首先,流动模式快,液气相变快,化学反应快,都会导致相应过程中热力学非平衡程度高。同时,这4个时间尺度当中,... 详细信息

燃烧多相流系统内至少存在4个时间尺度:热力学弛豫时间τ、流动模式的时间尺度t、液气相变的时间尺度t、化学反应的时间尺度t。首先,流动模式快,液气相变快,化学反应快,都会导致相应过程中热力学非平衡程度高。同时,这4个时间尺度当中,任何2个靠得较近,都会导致相应的两个过程产生强耦合,从而使得系统行为更加丰富、复杂。从4个时间尺度中任取2个进行比较,可构造6个无量纲参数。如果我们约定,小的做分子,大的做分母,则这6个无量纲参数中,有一个是Knudsen （Kn）数。除了Kn数,另外5个无量纲参数的效应也值得关注和研究。对于这些满足一定条件就必定会发生的物理现象,人们的处理原则是:有利则强之,有害则抑之。我们工程中目前遇到的是哪种情形?是我们最期望的吗?在介质选择、构型选择、热力控制等参数选取方面,如何使系统行为朝着我们更加期望的方向发展?更加合理地利用或有效地控制,其前提是对其发生、发展过程中各个阶段的特征、机制和规律有个清晰的认识。本报告基于上述背景简要介绍离散玻尔兹曼建模（Discrete Boltzmann Modeling,DBM）方法的研究进展。

关键词：燃烧多相流多尺度非平衡离散玻尔兹曼方法

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可压流体Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann模拟

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物理学报 2018年第8期67卷 10-20页

作者：李德梅赖惠林许爱国张广财林传栋甘延标福建师范大学数学与信息学院福建省分析数学及应用重点实验室福州350117 北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 清华大学能源与动力工程系燃烧能源中心北京100084 北华航天工业学院廊坊065000

使用离散Boltzmann模型模拟了可压流体系统中多模初始情况下的Rayleigh-Taylor不稳定性.该离散Boltzmann模型等效于一个Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型.通过模拟Riemann问题:Sod激波管、冲击波碰撞和热Couett... 详细信息

使用离散Boltzmann模型模拟了可压流体系统中多模初始情况下的Rayleigh-Taylor不稳定性.该离散Boltzmann模型等效于一个Navier-Stokes模型外加一个关于热动非平衡行为的粗粒化模型.通过模拟Riemann问题:Sod激波管、冲击波碰撞和热Couette流问题验证模型的有效性,所得数值结果与解析解一致.利用该模型对界面间断随机多模初始扰动的可压Rayleigh-Taylor不稳定性进行数值模拟研究,得到不稳定性界面演化过程的基本图像.由于黏性和热传导共同作用,一开始扰动界面被"抹平",演化较慢;随着模式互相耦合而减少,演化开始加速,并经历非线性小扰动阶段和不规则非线性阶段,而后发展成典型的"蘑菇状",后期进入湍流混合阶段.由于扰动模式的耦合与发展,轻重流体的重力势能、压缩能与动能相互转化,系统先是趋于热动平衡态,而后偏离热动平衡态以线性形式增长,接着再次趋于热动平衡态,最后慢慢远离热动平衡态.

关键词：离散Boltzmann方法 Rayleigh-Taylor不稳定性可压流体动理学模型

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多介质流体力学计算的谱体积方法

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爆炸与冲击 2017年第1期37卷 114-119页

作者：刘娜陈艺冰北京应用物理与计算数学研究所北京100088 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计算物理实验室北京100088

针对高维及多物理耦合计算耗费大等困难,设计适合多介质流动模拟的模板紧致、易于并行、高阶精度、计算耗费小的谱体积方法。该方法是求解双曲型守恒率谱体积方法的直接推广,针对多介质流动物质界面捕捉的困难,利用拟守恒格式的思想避... 详细信息

针对高维及多物理耦合计算耗费大等困难,设计适合多介质流动模拟的模板紧致、易于并行、高阶精度、计算耗费小的谱体积方法。该方法是求解双曲型守恒率谱体积方法的直接推广,针对多介质流动物质界面捕捉的困难,利用拟守恒格式的思想避免物质界面处的非物理振荡。数值模拟结果表明,本方法具有高阶精度、高分辨率,且节约计算量,并且可以有效避免物质界面处非物理振荡。

关键词：流体力学谱体积方法高精度刚性气体多介质模板紧致

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基于离散坐标法(DOM)的光刻机内部流场模拟

基于离散坐标法(DOM)的光刻机内部流场模拟

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：胡开南李志远刘宇东华理工大学土木及建筑工程学院北京应用物理及计算数学研究所南方科技大学广东省湍流基础研究与应用重点实验室南方科技大学力学与航空航天工程系

光刻机内部流场是一种多尺度、多组分的复杂流动。流场内各组分压力相差巨大,并且伴随着剧烈的速度变化和温度变化,数值模拟存在较大困难。本文基于离散坐标方法(DOM,Discrete Ordinate Method),采用谱方法离散粒子速度空间,给出了估算... 详细信息

光刻机内部流场是一种多尺度、多组分的复杂流动。流场内各组分压力相差巨大,并且伴随着剧烈的速度变化和温度变化,数值模拟存在较大困难。本文基于离散坐标方法(DOM,Discrete Ordinate Method),采用谱方法离散粒子速度空间,给出了估算努森数的合理方法,并采用多特征值无量纲化策略,减少了计算资源的消耗,提高了计算速度。空间采用NND格式,时间采用三阶荣格—库塔格式。编写并行计算程序,实现并行计算,得到光刻机内部温度场、速度场和密度场。计算结果表明,光刻机中的氢气气封能起到很好的密封作用。在氢气气封的作用下,只有极微量的水蒸气和乙醇蒸汽从光刻机下部腔体逸出,到达光刻机腔体上部。这说明气封设计合理,可以防止光刻机顶部激光器被乙醇蒸汽和水蒸气污染。氢气经过气封流入光刻机下部腔体后,温度降低120K左右;进入光刻上部腔体后,温度下降60K左右。计算得到温度场与理论预估吻合良好。光刻机内部流场的计算结果可以为光刻机设计提供参考。此外,多组分、多尺度、大压力比且速度、温度变化剧烈的流场广泛存在于自然界和工业界,本文提出的计算策略具有推广价值。

关键词：多尺度流场多组分流动散坐标法(DOM) 光刻机内部流场谱方法多特征值无量纲策略

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相邻双侧边盖驱动方腔流动的三维线性整体稳定性

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气体物理 2018年第3期3卷 1-8页

作者：胡军李杰权北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088

文章考察了相邻双侧边盖驱动方腔流动(即上壁面向右运动和左侧壁面向下运动)的三维线性整体稳定性.首先,采用Taylor-Hood有限元方法并经由Newton迭代过程计算得到双侧边盖驱动方腔流动的二维稳态基本流.其次, Taylor-Hood有限元在Chebys... 详细信息

文章考察了相邻双侧边盖驱动方腔流动(即上壁面向右运动和左侧壁面向下运动)的三维线性整体稳定性.首先,采用Taylor-Hood有限元方法并经由Newton迭代过程计算得到双侧边盖驱动方腔流动的二维稳态基本流.其次, Taylor-Hood有限元在Chebyshev Gauss配置点上进行离散,同时Gauss配置点也可以用于线性稳定性方程的高阶有限差分格式离散.然后,离散得到的矩阵形式的广义特征值问题可以结合shift-and-invert算法采用隐式重启Arnoldi方法计算.最后,通过对线性稳定性方程特征值的计算,发现了一个最不稳定的驻定模态和两对对称行波模态.最不稳定的三维驻定模态的临界Reynolds数为Re_c=261.5,远远小于二维不稳定的临界Reynolds数Re_c^(2d)=1 061.7.通过画出这3类三维不稳定模态的流向扰动速度和扰动涡量的空间等值面图像,可以发现不稳定扰动位于稳态基本流的两个主涡区域,因此可以认为主涡区域是三维扰动失稳的主要能量来源地.

关键词：边盖驱动方腔流动整体稳定性临界Reynolds数行波模态 Taylor—Hood有限元

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弹塑性流体快速Rieman解

弹塑性流体快速Rieman解

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第十届全国流体力学学术会议

作者：程军波刘利北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京应用物理与计算数学研究所

本文针对一维和二维带von Mises's屈服条件的弹塑性流体,设计了一维和二维快速Rieman解法器,并用于高阶中心型拉格朗日格式。与采用迭代的稀疏波近似Rieman解相比,新的Rieman解法器节省了一半以上的计算时间。从一维和二维的计算结... 详细信息

本文针对一维和二维带von Mises's屈服条件的弹塑性流体,设计了一维和二维快速Rieman解法器,并用于高阶中心型拉格朗日格式。与采用迭代的稀疏波近似Rieman解相比,新的Rieman解法器节省了一半以上的计算时间。从一维和二维的计算结果来看,新的Rieman解法器很好地捕捉到了弹性激波、塑性激波、弹性稀疏波和塑性稀疏波。

关键词：弹塑性流体中心型拉格朗日格式 Riemann解快速

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惯性约束聚变内爆中三维辐射流体力学对称格式研究

惯性约束聚变内爆中三维辐射流体力学对称格式研究

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第十届全国流体力学学术会议

作者：章明宇郭少冬北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京应用物理与计算数学研究所

惯性约束聚变过程中通过激光照射黑腔形成辐射场,从而压缩靶丸。由于辐射场的非均匀性和靶丸加工工艺限制等因素,使得靶丸内爆压缩过程不能保持理想的球一维性。惯性约束聚变过程中,靶丸内爆压缩具有明显的三维特征。由于实验测量受限,... 详细信息

惯性约束聚变过程中通过激光照射黑腔形成辐射场,从而压缩靶丸。由于辐射场的非均匀性和靶丸加工工艺限制等因素,使得靶丸内爆压缩过程不能保持理想的球一维性。惯性约束聚变过程中,靶丸内爆压缩具有明显的三维特征。由于实验测量受限,以及三维内爆过程不具有理论解析解,数值模拟成为研究惯性约束聚变中靶丸内爆过程的重要研究手段。惯性约束聚变中靶丸内爆过程的数值模拟采用笛卡尔坐标系。辐射流体力学采用支撑算子格式求解。该离散格式可以处理强非线性和强间断的辐射流体力学问题。并行策略采用的是区域分解加线性并行。由于离散误差的存在,靶丸内爆强压缩过程会放大离散误差。在均匀辐射压缩条件下,三维数值模拟结果不能保持球一维性。在非均匀辐射压缩条件下,数值模拟结果仍然存在离散误差放大引起的非物理现象。为了消除离散误差放大引起的非物理现象,本研究提出了一种保持球一维对称性的支撑算子格式。在球的三维经纬网格上,对支撑算子格式进行修正,保证压力梯度、辐射流具有球一维对称性。对靶丸内爆压缩过程均匀压缩和非均匀压缩的情况进行了三维数值模拟。计算结果表明,本研究提出的保球一维对称性的支撑算子格式可以很好地消除离散误差放大引起的非物理现象。该离散格式将被应用于惯性约束聚变中靶丸内爆过程的三维数值模拟研究。

关键词：辐射流体力学三维内爆过程对称格式数值模拟

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第二粘性对“真实激波的形成与结构”的影响研究

第二粘性对“真实激波的形成与结构”的影响研究

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第十届全国青年计算物理学术会议

作者：李馨东赵英奎胡宗民姜宗林北京应用物理与计算数学研究所中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室

为了考察第二粘性(体积粘性ζ)对激波形成和结构的影响,首先对Burgers模型方程进行了详细的理论推导和渐近求解,分析了真实激波的形成过程,体积粘性所带来的物理耗散会降低速度峰值,弥散激波阵面的宽度。其次,根据氮气体积粘性的分子运... 详细信息

为了考察第二粘性(体积粘性ζ)对激波形成和结构的影响,首先对Burgers模型方程进行了详细的理论推导和渐近求解,分析了真实激波的形成过程,体积粘性所带来的物理耗散会降低速度峰值,弥散激波阵面的宽度。其次,根据氮气体积粘性的分子运动论和连续介质理论,利用打靶法求解一维Navier-Stokes方程的半解析解,得到激波层的内部流动,结果表明:(1)体积粘性对激波层内的密度、速度、压力等物理量的具有抹平效应,会增大激波层内的粘性输

关键词：体积粘性激波层激波阵面

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