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第十四届全国物理力学学术会议

作者：许爱国张广财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

复杂流体系统的形式各异,广泛存在于自然界和工程物理等领域。基于Navier Stokes的传统宏观流体模型不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为,而微观粒子模拟在时间和空间尺度上往往不能满足实际需求,因此包含大量微介观结构、复杂非平衡... 详细信息

复杂流体系统的形式各异,广泛存在于自然界和工程物理等领域。基于Navier Stokes的传统宏观流体模型不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为,而微观粒子模拟在时间和空间尺度上往往不能满足实际需求,因此包含大量微介观结构、复杂非平衡行为的复杂流动系统的物理建模、算法设计与信息提取均存在较高的挑战性。在Boltzmann方程基础上经过两次重要的粗粒化物理建模得到的离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann Method,DBM)正在成为冲击波、燃烧、流体不稳定性、相变等非平衡复杂流体系统的一种全新的动理学描述、建模、模拟和分析方法。本报告综述本课题组近年来在该领域的主要进展。内容重点体现:(1)从数学建模角度,DBM模型与传统流体模型的唯一差异就是用离散Boltzmann方程取代原来的Navier-Stokes方程,但从物理建模角度,一个DBM模型相当于一个传统的流体模型外加一个关于热动非平衡效应的粗粒化模型;(2)利用DBM提供的信息,可以建立"无组织动量流"、"无组织能量流"、化学反应速率与熵增率之间的解析关系式;(3)DBM所提供的非平衡特征已经用于特征区域分布函数的主要特征恢复、复杂流体系统内各种界面的物理甄别与追踪、相变研究中划分"亚稳相分解"和"相畴增长"两个阶段的物理判据、Rayleigh Taylor不稳定性研究中划分可压效应两个阶段的物理判据等;(4)除了可以从更基本的层面理解相应物理系统的特征、机制和规律外,研究结果可为现有程序或软件中宏观模型的改进(如修正项的构造)提供物理参考。

关键词：复杂流体非平衡动理学建模复杂物理场分析

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离散玻尔兹曼方法模拟流体吸放热现象

离散玻尔兹曼方法模拟流体吸放热现象

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中国力学大会（CCTAM 2019）

作者：林传栋许爱国中山大学中法核工程与技术学院清华大学燃烧能源中心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

流体吸放热现象广泛存在于自然界和各类工程应用之中。在热流演化过程中,流场和吸热(放热)过程相互耦合,表现出复杂的流体动力学和热力学非平衡效应,并且往往涉及从分子碰撞到大窝结构的多尺度演化过程。其中的小尺度、快模式、非平衡... 详细信息

流体吸放热现象广泛存在于自然界和各类工程应用之中。在热流演化过程中,流场和吸热(放热)过程相互耦合,表现出复杂的流体动力学和热力学非平衡效应,并且往往涉及从分子碰撞到大窝结构的多尺度演化过程。其中的小尺度、快模式、非平衡等复杂行为往往对传统连续、平衡或近平衡模型的物理合理性提出挑战。本文介绍的离散玻尔兹曼方法(DBM),除了将适用范围拓宽到Navier-Stokes不再有效的更深程度非平衡区域,还可提供与我们关注的宏观流动关系最密切的部分热力学非平衡信息与效应。同时,该方法具有演化方程形式简单统一,在模拟中方便实现不同非平衡程度建模之间的切换。DBM在流体吸放热方面的应用研究,为此类复杂物理问题的深入理解提供了全新的分析视角和研究手段。

关键词：吸热流体放热流体离散玻尔兹曼方法多尺度非平衡

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强冲击压缩下LY12铝的准弹性卸载特性

强冲击压缩下LY12铝的准弹性卸载特性

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第四届全国爆炸力学实验技术学术会议

作者：俞宇颖谭华朱建士胡建波陈大年戴诚达中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室北京应用物理与计算数学研究所中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室宁波大学力学与材料科学研究中心中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室

本文由实验结果出发,简要阐述了金属从冲击压缩状态卸载时的准弹性卸载特性及其可能的物理机制。在此基础上给出了强冲击载荷作用下准弹性卸载特性的表达方式--有效剪切模量及其实验测量方法。根据本文测量的 LY12铝在20-70GPa冲击压缩... 详细信息

本文由实验结果出发,简要阐述了金属从冲击压缩状态卸载时的准弹性卸载特性及其可能的物理机制。在此基础上给出了强冲击载荷作用下准弹性卸载特性的表达方式--有效剪切模量及其实验测量方法。根据本文测量的 LY12铝在20-70GPa冲击压缩下的高压声速数据,计算了它的有效剪切模量,并与冲击动力学中广泛使用的SCG本构模型的计算结果进行比较。结果表明:SCG本构模型不能用于描写准弹性卸载行为:而用有效剪切模量计算的卸载波剖面能够很好地再现实验测量结果。说明需要用新的本构方程对准弹性卸载过程进行描述。

关键词：准弹性物理机制卸载过程剪切模量冲击压缩

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多相复杂流体中非平衡效应的数值模拟与理论解析:基于离散Boltzmann方法

多相复杂流体中非平衡效应的数值模拟与理论解析:基于离散Boltzma...

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中国物理学会2016年秋季会议

作者：甘延标许爱国张广财赖惠林北华航天工业学院廊坊 065000 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和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 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 福建师范大学数学和计算机科学学院福州 350007

多相复杂流体的特点之一是系统内复杂的受力与丰富的弛豫，而这必然导致千姿百态、丰富多彩的流动(hydrodynamic)与热动(thermodynamic)非平衡行为与效应，很多情况下无法精确地予以描述或解析。本工作通过Chapman-Enskog多尺度展开理...

多相复杂流体的特点之一是系统内复杂的受力与丰富的弛豫，而这必然导致千姿百态、丰富多彩的流动(hydrodynamic)与热动(thermodynamic)非平衡行为与效应，很多情况下无法精确地予以描述或解析。本工作通过Chapman-Enskog多尺度展开理论推导了多相流系统中非平衡效应的解析表达式，确定了完备描述非平衡所需要离散平衡态分布函数满足的动理学矩关系，发现共有30个独立分量。

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利用静电场研究非对称场中非序列电离过程

利用静电场研究非对称场中非序列电离过程

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2006年全国强场激光物理会议

作者：李洪云王兵兵陈京蒋红兵李晓峰刘杰龚旗煌傅盘铭中国科学院物理研究所光物理实验室北京应用物理与计算数学研究所北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室

原子在强激光场中的电离过程是强场物理非常活跃的研究领域,特别是多电子的电离过程,因其丰富的强场现象,引起广泛的关注和深入的探究。以 He 原子为例,当激光场强低于10W/cm时发生单电子电离,激光场强达到10W/cm 时一价 He 离子发生电...

原子在强激光场中的电离过程是强场物理非常活跃的研究领域,特别是多电子的电离过程,因其丰富的强场现象,引起广泛的关注和深入的探究。以 He 原子为例,当激光场强低于10W/cm时发生单电子电离,激光场强达到10W/cm 时一价 He 离子发生电离,产生二价 He 离子,这个过程称为序列电离[1],对应的电离几率可以采用单电子近似理论进行预测,预测结果与实验值符合得很好。然而.激光场强处于10W/cm～10W/cm之间时,He 原子第二个电子电离几率的实验值比单电子近似理论预测值高出几个数量级[2],Ne[3],Ar[4]等其它稀有气体原子也存在类似的实验结果。这种实验现象是序列电离理论无法解释的, 所以人们称这种电离情况为非序列电离。

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非平衡化学反应流系统的离散Boltzmann建模与模拟与分析

非平衡化学反应流系统的离散Boltzmann建模与模拟与分析

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中国物理学会2016年秋季会议

作者：许爱国张广财张玉东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和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 中国工程物理研究院研究生院北京 10 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 中国工程物理研究院研究生院北京 100088 中国工程物理研究院研究生院北京 100088

非平衡化学反应流广泛于自然界和工程物理等领域。因为基于Navier-Stokes的传统宏观流体建摸不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为，而微观粒子模拟在时间和空间尺度方面往往又不能实际需求，所以包含大量微介观结构、复杂非平衡行为...

非平衡化学反应流广泛于自然界和工程物理等领域。因为基于Navier-Stokes的传统宏观流体建摸不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为，而微观粒子模拟在时间和空间尺度方面往往又不能实际需求，所以包含大量微介观结构、复杂非平衡行为的化学反应流系统的物理建模、算法设计与信息提取均存在较强的挑战性！

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Rayleigh-Taylor不稳定性弱非线性阶段界面效应对谐波的影响

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气体物理 2018年第3期3卷 18-25页

作者：刘万海于长平黄玉梅梅杨叶文华绵阳师范学院计算物理研究中心四川绵阳621000 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 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性弱非线性阶段谐波的影响,文章采用3阶小扰动展开法,解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律,并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进... 详细信息

为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性弱非线性阶段谐波的影响,文章采用3阶小扰动展开法,解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律,并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究.当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同,球坐标系中初始扰动半径为无穷大时(即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时),球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同.研究表明:由初始界面曲率引起的BellPlesset(BP)效应和空间效应(直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间)对谐波发展有较大的影响.即在不同正交曲线坐标系下,不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响.对于柱坐标空间和球坐标空间,2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩.研究还表明:界面效应增加了2次谐波的负反馈,然而,对于基模和3次谐波却有不同的影响.

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性谐波小参数展开法界面效应弱非线性

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耦合Rayleigh-Taylor-Kelvin-Helmholtz不稳定性的形态学与非平衡分析

耦合Rayleigh-Taylor-Kelvin-Helmholtz不稳定性的形态学与非平衡...

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：陈锋许爱国张玉东曾庆凯山东交通学院航空学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室郑州大学力学与安全工程学院

本文使用多松弛时间离散玻尔兹曼模型研究耦合瑞利-泰勒-开尔文-亥姆霍兹不稳定性(RTI,KHI和RTKHI)系统，引入形态学边界长度和热力学非平衡(TNE)强度，以探究其复杂动力学过程。模拟发现，在耦合系统后期RTI始终发挥主要作用，而早期... 详细信息

本文使用多松弛时间离散玻尔兹曼模型研究耦合瑞利-泰勒-开尔文-亥姆霍兹不稳定性(RTI,KHI和RTKHI)系统，引入形态学边界长度和热力学非平衡(TNE)强度，以探究其复杂动力学过程。模拟发现，在耦合系统后期RTI始终发挥主要作用，而早期的主要机制取决于浮力和剪切强度的对比。温度场的形态学边界长度L和平均热流强度D均可用于测量系统浮力与剪切强度之比，并定量地判断RTKHI系统早期的主要机制。具体来说，当KH(IRTI)占主导地位时，L> L(LD(D物理判据。

关键词：离散Boltzmann方法 Rayleigh-Taylor不稳定性 Kelvin-Helmholtz不稳定性形态学非平衡

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单模Rayleigh-Taylor气泡在混沌阶段的解析增长标度律

单模Rayleigh-Taylor气泡在混沌阶段的解析增长标度律

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：刘昌文张又升肖左利北京大学应用物理与技术研究中心北京应用物理与计算数学研究所计算物理全国重点实验室北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性是流体力学最经典的问题之一,广泛发生于自然界和工程问题中。准确预测其前沿气泡演化具有重要的科学意义和工程应用价值。半个多世纪以来,众多学者基于Layzer提出的势流模型框架,发展了若干能较好预测势流... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性是流体力学最经典的问题之一,广泛发生于自然界和工程问题中。准确预测其前沿气泡演化具有重要的科学意义和工程应用价值。半个多世纪以来,众多学者基于Layzer提出的势流模型框架,发展了若干能较好预测势流阶段气泡演化的理论模型。然而,单模RT不稳定性的非线性气泡演化仍然是一个尚未完全解决的难题,具有较大的挑战性。本文获得了单模RT不稳定性气泡混沌发展阶段的增长率解析标度关系,并得到Wei和Bian等人高分辨率数值模拟结果的验证。该标度关系在经典势流理论模型的基础上引入尺度变换,实现了对不稳定性增长率线性阶段、非线性阶段、准稳态阶段、再加速阶段以及混沌阶段的全阶段统一建模。本文还发现,单模RT不稳定性的气泡高度演化最终会进入一个关于时间平方幂次律增长的混沌发展阶段,类似于多模RT后期阶段观察到的湍流混合行为。图1所示理论增长标度律与Wei的数值拟合结果相吻合,证实本文所提出标度律的可靠性。这项工作预计将为深入理解多模RT不稳定性的湍流混合标度关系提供指导。

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性势流模型混沌发展阶段解析标度律

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离散玻尔兹曼方法在燃烧方面的应用

离散玻尔兹曼方法在燃烧方面的应用

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中国物理学会2015年秋季会议

作者：林传栋许爱国张广财李英骏中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 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 100088

燃烧问题与人类生活息息相关，值得深入研究。在燃烧过程，化学反应释放出大量热能，物理系统表现出复杂的流体行为和热力学行为，如流体不稳定性(如Kelvin–Helmholtz不稳定性、Richtmyer-Meshkov不稳定性)、热力学非平衡行为等。

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