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非平衡与多相复杂系统模拟研究——Lattice Boltzmann动理学理论与应用

物理学进展 2014年第3期34卷 136-167页

作者：许爱国张广财李英骏李华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 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 理论物理国家重点实验室(中国科学院理论物理研究所) 北京100190 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

在自然界和工程物理领域存在大量的非平衡、多相等复杂系统和复杂行为。Lattice Boltzmann(LB)方法起源于复杂系统复杂行为研究的格子气或元胞自动机模型;其中,现代版的Lattice Boltzmann Kinetic Model(LBKM)植根于非平衡统计物理学的... 详细信息

在自然界和工程物理领域存在大量的非平衡、多相等复杂系统和复杂行为。Lattice Boltzmann(LB)方法起源于复杂系统复杂行为研究的格子气或元胞自动机模型;其中,现代版的Lattice Boltzmann Kinetic Model(LBKM)植根于非平衡统计物理学的基本方程—Boltzmann方程。本文从物理学视角评述LB方法,给出单松弛因子和多松弛因子LBKM构建的统一理论,介绍其在非平衡与多相复杂系统研究方面的应用。简单列举LB在多相流、可压流、材料动理学等方面的进展,重点介绍使用LB研究流体界面不稳定性、燃烧等问题的工作。本文所重点传递的信息为:可以通过宏观量研究系统的非平衡行为、可以提供系统偏离热力学平衡引发的宏观效应是LBKM建模优越于宏观连续介质建模的地方;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,这类研究结果可以为现有程序或软件中宏观模型的改进(例如修正项的构造)提供物理参考。

关键词：格子玻尔兹曼动理学模型非平衡效应复杂系统

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磁化等离子体环境对氢原子能级结构的影响

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物理学报 2013年第7期62卷 169-175页

作者：丁丁曾思良王建国屈世显陕西师范大学物理学与信息技术学院理论与计算物理研究所西安710062 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 北京应用物理与计算数学研究所高能量密度物性数据中心北京100088

本文通过非微扰求解薛定谔方程,研究了强磁场磁化的等离子体环境中的原子能级结构和辐射动力学过程.在较宽的磁场强度范围和等离子体屏蔽参数范围内,给出了氢原子基态以及低激发态的能级、辐射跃迁能量和振子强度等重要的原子参数,定量... 详细信息

本文通过非微扰求解薛定谔方程,研究了强磁场磁化的等离子体环境中的原子能级结构和辐射动力学过程.在较宽的磁场强度范围和等离子体屏蔽参数范围内,给出了氢原子基态以及低激发态的能级、辐射跃迁能量和振子强度等重要的原子参数,定量地描述了强磁场和等离子体屏蔽共同作用的综合效应.相关的结果有助于增进对极端环境下原子光谱结构的认识,在等离子体光谱诊断和天文光谱观测方面有一定的借鉴意义.

关键词：强磁场 CWDVR谱方法能级结构振子强度

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强激光与结构靶相互作用的数值模拟研究

强激光与结构靶相互作用的数值模拟研究

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第十三次全国物理力学大会

作者：曹莉华余玮郁明阳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中国科学院上海光学精密机械研究所

激光固体靶相互作用是激光聚变、高能粒子源和x射线源的基础,但是激光不能穿透高密度等离子体,所以激光-固体靶的耦合效率有限,结构靶是提高激光吸收的有效手段之一.我们研究了强激光与开口锥靶、毛细管靶和纳米层靶的相互作用物理.当...

激光固体靶相互作用是激光聚变、高能粒子源和x射线源的基础,但是激光不能穿透高密度等离子体,所以激光-固体靶的耦合效率有限,结构靶是提高激光吸收的有效手段之一.我们研究了强激光与开口锥靶、毛细管靶和纳米层靶的相互作用物理.当激光脉冲与开口锥靶相互作用时,在锥内壁形成自洽的等离子体边界,对激光脉冲的传播产生修正,并起到聚焦作用,在锥靶右端出口形成高度空间局域的出射脉冲,其激光强度大大增强,焦斑大大减小,而且可以传播一定距离(大于Rayleigh长度).

关键词：

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基于神光装置的辐射驱动高压冲击波实验研究进展

基于神光装置的辐射驱动高压冲击波实验研究进展

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第17届中国高压科学学术会议

作者：王哲斌张琛李三伟蒋小华王峰彭晓世章欢杨冬刘浩段晓溪杨家敏江少恩刘慎业丁永坤李永升邹世阳任国利蓝可古培俊郑无敌中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900 京应用物理与计算数学研究所北京100088

TPa(1012pa)以上高压物质状态方程在天体物理、地质学、高能量密度物理及激光聚变等许多领域都有着极重要的应用.这些领域中诸多过程的模拟研究都必须用到物质高压状态方程数据,而这些数据主要通过理论模型计算得到.目前能够有效检验理... 详细信息

TPa(1012pa)以上高压物质状态方程在天体物理、地质学、高能量密度物理及激光聚变等许多领域都有着极重要的应用.这些领域中诸多过程的模拟研究都必须用到物质高压状态方程数据,而这些数据主要通过理论模型计算得到.目前能够有效检验理论模型的实验数据不多,实验研究的物质种类更少,因此建立TPa以上物质高压状态方程实验研究平台对于推动高压状态方程理论研究很有意义.

关键词：辐射驱动高压冲击波冷冻靶

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适应JASMIN框架的在线交互式几何建模前处理技术

适应JASMIN框架的在线交互式几何建模前处理技术

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2014全国高性能计算学术年会

作者：曹轶徐平均秦桂明刘维甫北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心北京 100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京 100088

传统的数值模拟前处理,多依靠人工方式修改包含几何、物理信息的数值模拟输入文件.但是,面对大规模几何构型和复杂拼接关系,人工建模修正周期长、建模错误率高且难以排查.为适应大规模复杂物理的精细建模需要,本文研究实现了一项在线交... 详细信息

传统的数值模拟前处理,多依靠人工方式修改包含几何、物理信息的数值模拟输入文件.但是,面对大规模几何构型和复杂拼接关系,人工建模修正周期长、建模错误率高且难以排查.为适应大规模复杂物理的精细建模需要,本文研究实现了一项在线交互式的几何建模前处理技术,它可以适应JASMIN框架中的复杂几何构型拼接关系,支持与数值模拟过程的在线式连接执行.目前该研究已通过软件定制,支撑了国家战略安全武器物理和国家惯性约束聚变等重大应用中的数值模拟前处理,其建模精度与速度的提升效果显著.

关键词：几何建模前处理技术人机交互自适应结构网格应用支撑软件框架

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强激光与结构靶相互作用的数值模拟研究

强激光与结构靶相互作用的数值模拟研究

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第十三届全国物理力学学术会议

作者：曹莉华余玮郁明阳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中国科学院上海光学精密机械研究所浙江大学

激光固体靶相互作用是激光聚变、高能粒子源和x射线源的基础,但是激光不能穿透高密度等离子体,所以激光-固体靶的耦合效率有限,结构靶是提高激光吸收的有效手段之一。我们研究了强激光与开口锥靶、毛细管靶和纳米层靶的相互作用物理。... 详细信息

激光固体靶相互作用是激光聚变、高能粒子源和x射线源的基础,但是激光不能穿透高密度等离子体,所以激光-固体靶的耦合效率有限,结构靶是提高激光吸收的有效手段之一。我们研究了强激光与开口锥靶、毛细管靶和纳米层靶的相互作用物理。当激光脉冲与开口锥靶相互作用时,在锥内壁形成自洽的等离子体边界,对激光脉冲的传播产生修正,并起到聚焦作用,在锥靶右端出口形成高度空间局域的出射脉冲,其激光强度大大增强,焦斑大大减小,而且可以传播一

关键词：强激光毛细管固体靶激光脉冲纳米层激光吸收数值模拟研究

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固体力学有限元软件测试用例设计方法研究

固体力学有限元软件测试用例设计方法研究

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第十届中国CAE工程分析技术年会

作者：刘维甫李杨陈成军北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心中国工程物理研究院总体工程研究所

固体力学有限元软件的加速成熟需要软件测试技术的支持,软件工程中的测试用例设计技术可以有效地提高软件质量。本文选择了三种常用的测试用例设计方法:等价类划分法、边界值分析法和错误推测法,介绍了其基本概念和主要技术。然后依据... 详细信息

固体力学有限元软件的加速成熟需要软件测试技术的支持,软件工程中的测试用例设计技术可以有效地提高软件质量。本文选择了三种常用的测试用例设计方法:等价类划分法、边界值分析法和错误推测法,介绍了其基本概念和主要技术。然后依据固体力学有限元软件的基本需求,详细介绍了三种方法的实际应用,给出了测试用例集。这些方法已经在自主研发的工程力学软件PANDA中得到了很好的应用。

关键词：有限元 CAE软件软件工程测试测试用例

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用于太赫兹源粒子模拟的有限电导率模块研制

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强激光与粒子束 2013年第6期25卷 1419-1426页

作者：董烨董志伟杨温渊张芳陈军周海京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太赫兹研究中心四川绵阳621900

针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法... 详细信息

针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法的优缺点,提出了基于扩散方程隐格式的有限电导率模块算法,该算法具备无条件稳定、普适性好的优点。利用矩波导常见电磁波模传输损耗算例,测试了自编的有限电导率模块,测试结果与理论值及同类商业电磁软件计算结果进行了比对,验证了模块的可靠性。利用添加有限电导率的三维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE3D,模拟了材料电导率以及表面粗糙度对0.22THz折叠波导行波管性能的影响,模拟结果表明,材料电导率及表面粗糙度会显著降低器件输出功率和增益水平。综合色散关系、耦合阻抗、衰减常数等因素,给出了器件结构参数设计建议,并指出:通过增加电子束流、注入信号功率以及慢波结构周期数目等方式可一定程度上提高器件输出功率水平。

关键词：高功率微波三维全电磁粒子模拟有限电导率表面粗糙度太赫兹折叠波导行波管

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THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

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强激光与粒子束 2013年第6期25卷 1455-1459页

作者：窦玉焕束小建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太赫兹研究中心四川绵阳621900

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹(THz)自由电子激光(FEL)装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合... 详细信息

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹(THz)自由电子激光(FEL)装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%～70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。

关键词：太赫兹自由电子激光光腔耦合设计

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束流发射度对太赫兹微电真空折叠波导行波管性能的影响

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强激光与粒子束 2013年第6期25卷 1450-1454页

作者：张芳董志伟董烨孙会芳杨温渊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太赫兹研究中心四川绵阳621900

采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对140,220和345GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析,总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现,在太赫兹频段束流发射度直接决... 详细信息

采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分别对140,220和345GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析,总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现,在太赫兹频段束流发射度直接决定着聚焦磁场的选取设计,是表征太赫兹频段束流品质的一个重要参量。

关键词：太赫兹折叠波导行波管发射度电子束流通率

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