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第十一届全国流体力学学术会议

作者：谢寒松张又升北京应用物理与计算数学研究所北京大学应用物理与技术研究中心

由Rayleigh-Taylor(RT),Richtmyer-Meshkov (RM)、Kelvin-Helmholtz(KH)等流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于自然界和工程问题中,准确预测其演化具有十分重要的意义。考虑到实际问题的高雷诺数及复杂性,在可预见的未来... 详细信息

由Rayleigh-Taylor(RT),Richtmyer-Meshkov (RM)、Kelvin-Helmholtz(KH)等流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于自然界和工程问题中,准确预测其演化具有十分重要的意义。考虑到实际问题的高雷诺数及复杂性,在可预见的未来,给出统计平均场演化的雷诺系综平均(RANS)方法仍将是工程实践中最具可实现性的选择。RANS方法预测的准确性主要取决于"物理建模"和"模型系数值"。对于后者,传统方法主要基于"经验+调试"的思路进行确定,相应预测结果在普适性、准确性等方面都存在改进空间。本报告将给出一种确定湍流混合模型系数的新方法。主要思想和步骤如下:1、基于对基准混合问题物理演化的深刻认识,解析化表达理想情况下RANS模型解的时空演化剖面;2、将该理想解代入RANS方程后逆向求解RANS方程,给出RANS模型系数之间应该满足的相互约束关系及进一步的值。按照这一逻辑,基于新方法确定的模型系数预测的RANS解接近理想RANS解,从而逼近真实物理解。利用这一新方法,我们成功给出了k-L,k-ε等工程常用湍流混合模型的模型系数值,表明该方法具有较好的通用性。本报告具体讲述新方法在k-ε湍流混合模型中的应用过程及结果:基于新方法确定的湍流模型系数,首次实现了用同一套模型和模型系数准确预测不同混合问题(例如经典RT、RM、KH问题,激波往复冲击的reshock-RM问题,倾斜界面RT混合流动、一维球形内爆混合等)、不同密度比下不同物理量的时间、空间剖面演化。该方法有望运用到其它湍流模型上去,发展成一种确定湍流模型系数的方法论。

关键词：界面不稳定性湍流混合模型系数方法论 k-ε模型

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高密度比瑞利泰勒尖钉混合区对初始扰动的依赖性研究

高密度比瑞利泰勒尖钉混合区对初始扰动的依赖性研究

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：倪玮丹张又升曾清红北京应用物理与计算数学研究所北京大学应用物理与技术研究中心

瑞利泰勒（Rayleigh-Taylor,RT）湍流混合是指轻流体加速推动受扰动的重流体时,在物质界面处所发生的由不稳定性诱导的湍流混合现象。RT湍流混合广泛存在于自然（如超新星爆炸）和工程（如惯性约束聚变）问题中。上述问题以高密度比R ... 详细信息

瑞利泰勒（Rayleigh-Taylor,RT）湍流混合是指轻流体加速推动受扰动的重流体时,在物质界面处所发生的由不稳定性诱导的湍流混合现象。RT湍流混合广泛存在于自然（如超新星爆炸）和工程（如惯性约束聚变）问题中。上述问题以高密度比R （重、轻流体密度之比）为主要特点,混合宽度h是刻画混合的首要量。RT混合区由位于重流体侧的气泡混合区和位于轻流体侧的尖钉混合区构成。高R下,尖钉混合区宽度h将主导h的演化。已有大量实验表明,在高R下,能够反映h演化的尖钉区二次增长系数α呈散乱分布,但其规律和机理尚不清楚。本文推测尖钉混合区的演化强烈依赖于初始扰动,并且该依赖性是造成同一高R下α呈高分散性的主要原因。由于在高R下,气泡混合区和尖钉混合区相对于初始扰动界面具有高度非对称性,因此本文开展了尖钉混合区对非对称初始扰动的依赖性研究。首先,在二维单模RT的基础上,分别仅改变气泡侧或尖钉侧的初始扰动形式。结果表明,尖钉区增长速度强烈依赖于非对称初始扰动,即使在仅仅改变气泡侧初始扰动的情况下,尖钉区的增长速度也会产生较大变化。进一步的研究表明,在不同初始扰动作用下,由轻重流体交界面相互剪切所诱导的Kelvin-Helmholtz （KH）涡的不同,是造成尖钉区增长速度发生明显变化的内在原因。在高R下,重流体迅速渗透进入轻流体中,KH不稳定性所诱导的涡更靠近与尖钉头部,并对尖钉的增长产生激励作用。通过对尖钉头部涡量的定量统计可知,在不同初始扰动下,尖钉区增长速度与涡量的增长定性一致,说明涡量是影响尖钉区增长速度的内在机制。基于在二维类单模非对称初始扰动中的认识,本文将进一步在二维RT流动中施加复杂多模非对称初始扰动,研究尖钉混合区对初始扰动的依赖性。本文研究将为合理解释高R下尖钉区二次增长系数呈高分散性打下基础,并有望为自然和工程问题中RT混合宽度的预测及控制提供理论支撑。

关键词：瑞利泰勒不稳定性尖钉区高密度比初始扰动

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通过理论定标律研究激光间接驱动的参数空间

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强激光与粒子束 2019年第6期31卷 12-22页

作者：杨宸范征锋刘杰张存波于承新任国利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研究生院北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心北京100871

系统地梳理了激光间接驱动点火靶内爆压缩的物理过程,使用理论方法和一维流体力学模拟给出了靶丸内爆过程中的关键定标律公式。通过这些定标律公式获得了在给定黑腔辐射温度、飞行熵增因子、整形速度和烧蚀材料的条件下,靶丸装量--半径... 详细信息

系统地梳理了激光间接驱动点火靶内爆压缩的物理过程,使用理论方法和一维流体力学模拟给出了靶丸内爆过程中的关键定标律公式。通过这些定标律公式获得了在给定黑腔辐射温度、飞行熵增因子、整形速度和烧蚀材料的条件下,靶丸装量--半径参数空间的点火岛区域。研究了靶丸性能参数随辐射温度、飞行熵增因子等的变化规律:当靶丸所处黑腔辐射温度升高时,内爆的稳定性将变好;设计上在靶丸装量不变的条件下,靶丸半径需要减小。当靶丸的飞行熵增因子增大时,内爆增益略微减小,内爆稳定性变好;但是点火阈值因子减小导致点火岛的区域变窄。当靶丸的整形速度增大时,点火岛的区域略微变大,内爆稳定性变化不显著;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要增大靶丸半径,这会导致靶丸壳层形状因子变大。当改变靶丸烧蚀材料,提高质量烧蚀速率与烧蚀压时,能量增益变大且稳定性增强;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要减小靶丸半径。

关键词：激光聚变间接驱动内爆动力学靶丸设计定标律

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多群核数据中角分布出负的处理

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核动力工程 2018年第S2期39卷 25-28页

作者：胡泽华北京应用物理与计算数学研究所北京100094

多群核数据中,次级中子角分布一般以勒让德(Legendre)多项式展开的形式给出。展开阶数有限时,在某些角度区域角分布可能出现非物理的负值。最大熵方法利用已知的有限阶Legendre展开系数,得到合理的非负角分布。利用最大熵方法修正出负... 详细信息

多群核数据中,次级中子角分布一般以勒让德(Legendre)多项式展开的形式给出。展开阶数有限时,在某些角度区域角分布可能出现非物理的负值。最大熵方法利用已知的有限阶Legendre展开系数,得到合理的非负角分布。利用最大熵方法修正出负的角分布,制作了适用蒙特卡罗输运程序(MCNP)的ACE格式多群核数据。通过临界基准实验计算,验证了最大熵角分布处理方法的可靠性。

关键词：次级中子角分布最大熵方法勒让德(Legendre)展开多群核数据

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含Laplace-Gauss型混合噪声图像二阶正则化重建方法（英文）

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计算物理 2019年第3期36卷 280-290页

作者：孔令海孔令波许海波贾清刚北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京交通大学软件工程学院北京100044

假设观测数据含Laplace-Gauss型混合噪声条件下,提出求解数据重建反问题的一种新型一阶二阶混合正则化模型,阐述该模型在断层重建和流体动力学实验定量诊断中的应用.建模过程采用贝叶斯推断理论和期望极大方法,将空间自适应函数引入经... 详细信息

假设观测数据含Laplace-Gauss型混合噪声条件下,提出求解数据重建反问题的一种新型一阶二阶混合正则化模型,阐述该模型在断层重建和流体动力学实验定量诊断中的应用.建模过程采用贝叶斯推断理论和期望极大方法,将空间自适应函数引入经典的增广拉格朗日方法得到模型数值算法.所提出的模型及其算法进行图像复原和客体重建实验.结果表明模型算法的可靠性.

关键词：客体重建自适应软收缩四阶偏微分方程交替方向增广拉格朗日方法

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界面不稳定性诱导的湍流混合模型研究

界面不稳定性诱导的湍流混合模型研究

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：肖梦娟张又升田保林北京应用物理与计算数学研究所北京大学应用物理与技术研究中心

界面不稳定性例如Rayleigh-Taylor (RT),Richtmyer-Meshkov(RM)以及Kelvin-Helmholtz(KH),诱导发生的湍流混合过程广泛存在于自然现象(例如超新星爆发)及工程应用(例如惯性约束聚变,ICF)中。考虑到实际工程问题都具有极大的雷诺数及足... 详细信息

界面不稳定性例如Rayleigh-Taylor (RT),Richtmyer-Meshkov(RM)以及Kelvin-Helmholtz(KH),诱导发生的湍流混合过程广泛存在于自然现象(例如超新星爆发)及工程应用(例如惯性约束聚变,ICF)中。考虑到实际工程问题都具有极大的雷诺数及足够长的演化时间,给出统计平均场的雷诺平均方法(RANS)是现在工程研究最为有效的选择。然而,在实际问题中,各种稳定性通常同时存在且高度耦合;在浮力、激波、剪切效应的共同作用下流动的物理参数变化域非常宽泛,这对湍流混合模型的精确性和一致性刻画带来了极大挑战。为此,本文将基于两方程K-L湍流混合模型,从以下三个方面对模型的实现进行改进:1,改进现有湍流混合模型的封闭形式来对流动进行更加精确地描述,具体包括通过包含雷诺应力的偏应力分量来刻画KH剪切效应、采用特征加速度的判别方法来区分RT及RM(从而对浮力效应进行更加精确地刻画)、采用焓扩散来封闭能量方程的湍流扩散项;2,系统地改进模型系数的确定方式,使得模型在同一套参数下能适用于不同物理条件下的流动;3,改进模型的数值实现方式,对初始条件及数值格式进行测试,保证在数值执行的过程中计算是物理且稳定(无振荡)的,不干扰湍流混合模型的执行性能。通过上述三方面的改进,本文实现了对于宽泛物理条件下经典RT,RM,KH混合流动及复杂混合流动,包括激波往复冲击的平面RM混合流动、二维倾斜界面RT混合流动"tilted-rig"、球形内爆等的高精度统一刻画。该模型有望进一步发展为高置信度的工程湍流混合模型,成为研究极端条件下复杂湍流混合问题的有力工具。

关键词： Rayleigh-Taylor Richtmyer-Meshkov 湍流混合 Kelvin-Helmholtz K-L模型

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Hg^+离子5d^(10)6s ~2S_(1/2)→5d^96s^2 ~2D_(5/2)钟跃迁同位素位移和超精细结构的理论研究

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物理学报 2019年第4期68卷 216-222页

作者：张祥卢本全李冀光邹宏新国防科技大学文理学院长沙410073 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中国科学院授时中心西安710600

本文首先在Dirac-Hartree-Fock近似下理论评估了Hg^+离子5d^(10)6s ~2S_(1/2)→5d^96s^2 ~2D_(5/2)钟跃迁的质量位移(mass shift, MS)和场位移(field shift, FS)在其同位素位移(isotope shift, IS)中的相对贡献,发现MS远小于FS而可以被忽略.在此基础上,通过系统地考虑该原子体系中主要的电子关联效应,计算了这条钟跃迁FS的精确值以及涉及到的上下两个能级的超精细结构常数,并得到了几种稳定汞同位素离子该跃迁的IS和超精细结构分裂.其中,计算的^(199)Hg^+和^(198)Hg^+离子之间的钟跃迁频率偏移与已有实验测量值相比误差为2%左右.最终,本文给出了汞离子7种常见同位素该谱线的绝对频率值,为实验上的谱线测量提供了有效的理论依据.

关键词：超精细结构同位素位移多组态 Dirac-Hartree-Fock方法汞离子光钟

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反射边界条件下的指向概率方法研究

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核动力工程 2018年第1期39卷 24-27页

作者：王霜沈华韵衷斌潘流俊北京应用物理与计算数学研究所北京100094

本文针对反射边界条件,改进了指向概率法,使其能有效计算带反射边界条件的问题。基于改进的指向概率法,在蒙特卡洛输运程序NPTS上开发了点注量率与针孔成像计算功能,并通过典型含反射边界条件的模型验证了新方法与NPTS新增计算功能的正... 详细信息

本文针对反射边界条件,改进了指向概率法,使其能有效计算带反射边界条件的问题。基于改进的指向概率法,在蒙特卡洛输运程序NPTS上开发了点注量率与针孔成像计算功能,并通过典型含反射边界条件的模型验证了新方法与NPTS新增计算功能的正确性。

关键词：蒙特卡洛方法指向概率法点注量率反射边界条件

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超强激光与泡沫微结构靶相互作用提高强流电子束产额模拟研究

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物理学报 2019年第9期68卷 118-124页

作者：魏留磊蔡洪波张文帅田建民张恩浩熊俊朱少平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 北京大学应用物理与技术研究中心北京100871 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240 上海激光等离子体研究所上海201800

利用二维粒子模拟方法,本文研究了超强激光与泡沫微结构镀层靶相互作用产生强流电子束问题.研究发现泡沫区域产生了百兆高斯级准静态磁场,形成具有选能作用的"磁势垒",强流电子束中的低能端电子在"磁势垒"的作用下... 详细信息

利用二维粒子模拟方法,本文研究了超强激光与泡沫微结构镀层靶相互作用产生强流电子束问题.研究发现泡沫区域产生了百兆高斯级准静态磁场,形成具有选能作用的"磁势垒",强流电子束中的低能端电子在"磁势垒"的作用下返回激光作用区域,在鞘场和激光场的共同作用下发生多次加速过程,从而显著提升高能电子产额.还应用单粒子模型,分析了电子在激光场作用下的运动行为,验证了多次加速的物理机理.

关键词：强流电子束超强激光磁势垒微结构靶

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邻近空间链路探测器器间通信测试方法

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航天器工程 2019年第2期28卷 119-125页

作者：陈刚吴佳丽高芫赫杨东北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

Proximity-1邻近空间链路协议(简称Proximity-1协议)采用了全双工通信、链路自适应等技术,非常适合火星探测器器间通信链路。为了对全双工通信、链路自适应等功能进行系统级验证分析,文章结合火星探测方案与综合测试需求,提出了器间链... 详细信息

Proximity-1邻近空间链路协议(简称Proximity-1协议)采用了全双工通信、链路自适应等技术,非常适合火星探测器器间通信链路。为了对全双工通信、链路自适应等功能进行系统级验证分析,文章结合火星探测方案与综合测试需求,提出了器间链路测试方案,并基于地面设备对Proximity-1协议的关键技术进行系统级测试。结果表明:全双工通信、自适应切换等功能均得到有效验证。文章设计的系统级验证方法,可为未来飞控工作提供参考。

关键词：邻近空间链路协议器间通信速率自适应

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