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第十届全国青年计算物理学术会议

作者：孙晨沈智军北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室

为消除传统单元中心型拉氏方法在求解稀疏波问题时的"过热"现象,本文发展了一种基于单元中心Riemann求解器的拉氏交错网格方法。以交错数据分布的形式避免在一个单元内进行速度平均,从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散... 详细信息

为消除传统单元中心型拉氏方法在求解稀疏波问题时的"过热"现象,本文发展了一种基于单元中心Riemann求解器的拉氏交错网格方法。以交错数据分布的形式避免在一个单元内进行速度平均,从而消除由于动量平均过程导致的动能耗散。此外,Riemann求解器得到的人工粘性部分在求解激波问题时予以保留,而在求解稀疏流动时予以去除,从而保证热力学关系式的满足。数值实验结果表明,对于稀疏波的过热现象,该方法几乎能完全消除;同时在求解

关键词：交错网格拉氏方法 Riemann 等熵流动

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含腔炸药在冲击作用下孔洞坍缩和高温区形成研究

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气体物理 2025年第2期10卷 1-15页

作者：李帅孟宝清田保林孙文俊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 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京101408 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

激波冲击下含腔炸药颗粒群中热点的形成与点火现象引起了广泛的关注。然而,目前在介观尺度上的研究较为稀缺,大多数相关研究主要集中于落锤和跌落实验的加载方式。因此,亟待开展针对激波作用下介尺度炸药颗粒群的变形、温升模式及耗散... 详细信息

激波冲击下含腔炸药颗粒群中热点的形成与点火现象引起了广泛的关注。然而,目前在介观尺度上的研究较为稀缺,大多数相关研究主要集中于落锤和跌落实验的加载方式。因此,亟待开展针对激波作用下介尺度炸药颗粒群的变形、温升模式及耗散传热机制等方面的研究。本研究建立了一种适用于跌落和激波冲击条件下炸药变形与温升问题的数学物理模型,该模型能够精确描述颗粒和流体的动力学与热力学过程。基于离散元法,该模型考虑了颗粒间的弹塑性接触过程,系统地考虑了颗粒间的弹塑性碰撞和剪切历史,准确解析颗粒的运动与碰撞行为。动量方程中考虑了颗粒与气相之间的曳力双向耦合作用,而能量方程涵盖了滑动摩擦耗散、滚动摩阻耗散、塑性耗散、颗粒间的热传递以及颗粒与流体之间的传热等效应。研究讨论了炸药颗粒尺寸对颗粒群跌落过程的影响,颗粒尺寸越小,跌落过程中的梯形升温区和对称高温带区域面积越大,且最终平均温度的稳定值越高。颗粒尺寸的不同致使颗粒群中颗粒数量不同,因此导致了颗粒间碰撞耗散行为的变化,从而造成颗粒温度的差异。并且,不同颗粒尺寸的炸药跌落过程中,滑动摩擦耗散和滚动摩阻耗散的演化差异在初期便已显现,而塑性耗散的演化差异则在跌落的中后期才逐渐发展。进一步,分析对比了跌落和激波冲击过程下塑性耗散这一关键耗散源项的演化规律。跌落过程中,塑性功的演变主要发生在高温区形成和孔洞坍缩阶段,这两个阶段包含较明显的颗粒之间剧烈的塑性碰撞。激波冲击过程中,塑性耗散主要发生在颗粒群孔洞变形的早期阶段,后期阶段塑性加载力不再做功,炸药颗粒的温度升高主要依赖于两相热传递。

关键词： HMX炸药离散元法弹塑性模型耗散机理两相传热

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2维5阶Benjamin-Ⅱ方程的适定性（英文）

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数学进展 2019年第1期48卷 1-20页

作者：谌稳固魏素青李俊峰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 北京师范大学数学科学学院数学与复杂系统教育部重点实验室北京100875

本文研究了2维5阶Benjamin-Ⅱ方程初值问题的适定性.证明了其在Sobolev空间H^(s_1,s_2)(R^2)中是局部适定的,其中s_1≥-5/4,s_2≥0.并利用质量守恒定律得到了其在s_1≥0, s_2≥0时的整体适定性.

关键词： Benjamin方程适定性 Stricharz估计

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非平衡放热流体的离散玻耳兹曼方法研究

非平衡放热流体的离散玻耳兹曼方法研究

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中国核学会2019年学术年会

作者：林传栋许爱国马宇中山大学中法核工程与技术学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

放热流体广泛存在于自然界和工程应用之中,尤其是在核能工程中,是一种非常重要的常见物理现象。放热流体系统大都涉及从微观尺度的分子碰撞到宏观流动尺度的大窝结构,并且包含复杂的流动力学和热力学非平衡行为,这往往使得传统模拟方法... 详细信息

放热流体广泛存在于自然界和工程应用之中,尤其是在核能工程中,是一种非常重要的常见物理现象。放热流体系统大都涉及从微观尺度的分子碰撞到宏观流动尺度的大窝结构,并且包含复杂的流动力学和热力学非平衡行为,这往往使得传统模拟方法的适用性面临挑战。传统宏观方法对非平衡效应显著的区域经常存在物理描述能力不足的问题,而微观粒子方法往往由于计算资源的限制难于模拟足够时空尺度的系统。本文构建并使用的离散玻耳兹曼方法(DBM)主要就是针对这一中间尺度(非平衡程度、连续程度)的流体行为。DBM自然继承了玻耳兹曼方程描述和测量非平衡物理系统的部分功能,不仅能够在连续性极限条件下得到与宏观控制方程一致的结果,还能够有效延伸至传统宏观控制方程失效时的更强非平衡区域。同时,该方法具有演化方程形式简单、易于编程处理、稳定性好、适用于并行化处理等优势特点。DBM在非平衡放热流体的应用研究,将有助于从微介观尺度深入理解非平衡物理系统的本质机制和特征规律,并且能够为传统计算方法的改进提供可靠的数值参考和理论支撑。

关键词：放热流体爆轰非平衡效应离散玻耳兹曼方法介观模拟

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可压缩RT不稳定性的DBM建模与模拟

可压缩RT不稳定性的DBM建模与模拟

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：赖惠林李德梅叶海燕陈璐林传栋甘延标许爱国福建师范大学数学与信息学院中山大学中法核工程与技术学院北华航天工业学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室

当轻流体支撑或者加速重流体时,界面处的扰动会随时间增长的物理现象称之为瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,RT)不稳定性。除了惯性约束聚变会出现RT不稳定性现象,在自然界和工业领域中也会出现该现象,如燃烧和化学反应过程、污染物扩散过程... 详细信息

当轻流体支撑或者加速重流体时,界面处的扰动会随时间增长的物理现象称之为瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,RT)不稳定性。除了惯性约束聚变会出现RT不稳定性现象,在自然界和工业领域中也会出现该现象,如燃烧和化学反应过程、污染物扩散过程、地质运动过程、洋流流动过程和超新星爆发过程等。人们在生产生活中对RT不稳定性的处理原则自然是:有利强之,有害抑之。精准、有效地强化或者抑制的前提是对其发生、发展各个阶段的特征、机制和规律有个清晰的认识。对于RT不稳定性的研究,以往大多采用宏观连续流体模型,侧重考查宏观层次的流动非平衡行为和效应,更底层的介观层次的热力学非平衡相关的动理学模式和行为特征尚未得到充分研究。然而,复杂问题往往需要多层次、多视角研究,一些中间(介观)尺度行为的研究也需要微观、介观和宏观建模相结合。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)方法在RT不稳定性的研究进展,重点关注不易用传统宏观流体模型描述的流体力学和热力学非平衡效应,理解流动和热动非平衡过程及其相互关联和响应,为宏观流体模型的改进和惯性约束聚变等相关工程的应用提供理论参考。

关键词：流体不稳定性非平衡效应多尺度离散玻尔兹曼方法

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经典瑞利-泰勒不稳定性界面变形演化的改进型薄层模型

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物理学报 2018年第9期67卷 188-195页

作者：赵凯歌薛创王立锋叶文华吴俊峰丁永坤张维岩贺贤土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高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871

激光惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸通常采用多壳层组合结构设计,各壳层界面的流体力学不稳定性影响内爆加速和聚变点火,是ICF十分关心的问题.本文建立了描述任意Atwood数、任意初始界面分布Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性界面变形及非线性演... 详细信息

激光惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸通常采用多壳层组合结构设计,各壳层界面的流体力学不稳定性影响内爆加速和聚变点火,是ICF十分关心的问题.本文建立了描述任意Atwood数、任意初始界面分布Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性界面变形及非线性演化的薄层模型.通过分析薄层中流体微团的受力,得到了运动微分方程组,并在二维情况进行数值求解.在线性阶段,薄层模型描述的界面演变规律与模拟结果符合很好;在非线性阶段,薄层模型可以描述至"蘑菇"形结构,与数值模拟的结果很接近.目前薄层的RT不稳定性非线性解析理论研究仅限于弱非线性阶段,本工作发展的薄层解析理论能很好地研究薄层非线性"气泡-尖钉"发展过程.

关键词：薄层模型 Rayleigh-Taylor不稳定性 Atwood数非线性阶段

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并行代数多重网格算法:大规模计算应用现状与挑战

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数值计算与计算机应用 2019年第4期40卷 243-260页

作者：徐小文北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室中物院高性能数值模拟软件中心

代数多重网格(AMG)是求解偏微分方程离散线性代数方程组最有效的算法之一,广泛应用于科学与工程计算领域实际问题的大规模数值模拟.随着超级计算机性能不断提升,实际数值模拟的计算规模和并行规模越来越大,同时.实际问题应用特征和计算... 详细信息

代数多重网格(AMG)是求解偏微分方程离散线性代数方程组最有效的算法之一,广泛应用于科学与工程计算领域实际问题的大规模数值模拟.随着超级计算机性能不断提升,实际数值模拟的计算规模和并行规模越来越大,同时.实际问题应用特征和计算机体系结构特征越来越复杂,AMG面临并行可扩展、算法可扩展和浮点性能优化的严峻挑战.本文结合大规模计算的发展趋势,特别是面向即将到来的百亿亿次(E级)计算,分析AMG算法在这三个方面的挑战,总结研究现状与进展,展望未来研究重点.

关键词：科学与工程计算数值模拟代数多重网格(AMG) 预条件子并行算法 E级计算

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二阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的光学特性

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光学学报 2018年第4期38卷 248-254页

作者：李鑫王健杨宁楚卫东北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室光信息科学与技术研究所北京100044 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

太赫兹量子级联激光器(THz QCL)的增益谱较宽,使用普通法布里-珀罗腔时一般为多纵模激射。二阶分布反馈THz QCL可利用表面辐射损耗消除模式简并,实现单纵模激射。采用耦合模理论对单面金属波导二阶分布反馈THz QCL基本参数的计算公式进... 详细信息

太赫兹量子级联激光器(THz QCL)的增益谱较宽,使用普通法布里-珀罗腔时一般为多纵模激射。二阶分布反馈THz QCL可利用表面辐射损耗消除模式简并,实现单纵模激射。采用耦合模理论对单面金属波导二阶分布反馈THz QCL基本参数的计算公式进行了理论推导,并研究了光栅结构参数对其耦合系数、阈值增益、光子密度及外微分量子效率等参数的影响。在以自然解理面为端面的波导上刻蚀占空比约为0.15、有源区深度为0.5μm的光栅时,激光器的阈值增益较低,腔内光子密度分布相对均匀,能够实现单纵模激射。

关键词：太赫兹量子级联激光器耦合模理论二阶光栅单纵模激射

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太赫兹自由电子激光的受激饱和实验

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物理学报 2018年第8期67卷 82-90页

作者：黎明杨兴繁许州束小建鲁向阳黄文会王汉斌窦玉焕沈旭明单李军邓德荣徐勇柏伟冯第超吴岱肖德鑫王建新罗星周奎劳成龙闫陇刚林司芬张鹏张浩和天慧潘清李相坤李鹏刘宇杨林德刘婕张德敏李凯陈亚男中国工程物理研究院应用电子学研究所绵阳621900 四川省国防科技工业办公室成都610051 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京大学重离子物理研究所北京100871 清华大学工程物理系北京100084

中国工程物理研究院基于半导体光阴极高压直流电子枪和超导直线加速器的高平均功率太赫兹自由电子激光达到了受激饱和,并实现了太赫兹光输出频率可调.在1.99,2.41和2.92 THz三个频率点上进行测试,测得太赫兹宏脉冲内平均功率大于10 W,... 详细信息

中国工程物理研究院基于半导体光阴极高压直流电子枪和超导直线加速器的高平均功率太赫兹自由电子激光达到了受激饱和,并实现了太赫兹光输出频率可调.在1.99,2.41和2.92 THz三个频率点上进行测试,测得太赫兹宏脉冲内平均功率大于10 W,最高达17.9 W.本文介绍了太赫兹自由电子激光装置的主要组成部分及受激饱和实验的结果.

关键词：自由电子激光太赫兹光光阴极高压直流电子枪射频超导加速器

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两种静态装置瞬发中子时间常数诊断研究

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核动力工程 2018年第3期39卷 10-12页

作者：白云李忠宝范晓强龚建彭先觉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中子物理学重点实验室四川绵阳621900 中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

金属反射层次临界装置和含氢反射层次临界装置的瞬发中子衰减特性不相同,对测量信号处理得到的时间常数的物理意义需深入认识。研究分析认为,对快谱装置而言,自引入稠密等离子体聚焦(DPF)源中子时刻起,装置能谱基本不变,时间常数本征值... 详细信息

金属反射层次临界装置和含氢反射层次临界装置的瞬发中子衰减特性不相同,对测量信号处理得到的时间常数的物理意义需深入认识。研究分析认为,对快谱装置而言,自引入稠密等离子体聚焦(DPF)源中子时刻起,装置能谱基本不变,时间常数本征值概念和数值计算的本征值均适用于快谱装置的研究,数值计算的时间常数本征值可与实验测量的时间常数进行比较。但是,对含氢反射层装置而言,自引入DPF源中子时刻起,装置的能谱一直随时间发生变化没有达到稳态,不满足时间常数本征值的定义,不能用于诊断装置瞬发中子特性,对于关心瞬发中子特性的研究命题,时间常数本征值不适用。

关键词：次临界 DPF源时间常数

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