检索结果-内蒙古大学图书馆

计算物理 2025年第2期42卷 202-210页

作者：李双贵杨容北京应用物理与计算数学研究所北京100094

采用二阶向后微分公式时间离散,分别耦合迭代算子分裂方法和微分算子分裂方法,构造辐射输运和电子、离子能量方程组二阶时间精度离散方法。采用相同时间精度离散格式,迭代算子分裂方法数值误差小于微分算子分裂方法。与一阶向后Euler时... 详细信息

采用二阶向后微分公式时间离散,分别耦合迭代算子分裂方法和微分算子分裂方法,构造辐射输运和电子、离子能量方程组二阶时间精度离散方法。采用相同时间精度离散格式,迭代算子分裂方法数值误差小于微分算子分裂方法。与一阶向后Euler时间离散方法比较,数值解误差相当时,二阶时间精度的迭代算子分裂方法时间步长大一个量级,计算量几乎没有增加,程序实现容易且健壮性好,可有效提高ICF物理模型数值模拟的计算效率。

关键词：辐射输运 3T(电子、离子和辐射)模型二阶时间精度迭代算子分裂方法微分算子分裂方法

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高温热辐射输运模拟的蒙特卡罗全局降方差方法

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物理学报 2023年第13期72卷 284-293页

作者：李树王旸姬志成蓝可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研究生院北京100088

针对隐式蒙特卡罗方法模拟高温热辐射输运问题时存在的“辐射强度计算误差时间空间分布严重不均匀”现象,通过理论分析和数值模拟手段,找到决定误差大小的主要因素为“网格内的辐射径迹长度记录数”.据此提出“隐式蒙特卡罗全局降方差... 详细信息

针对隐式蒙特卡罗方法模拟高温热辐射输运问题时存在的“辐射强度计算误差时间空间分布严重不均匀”现象,通过理论分析和数值模拟手段,找到决定误差大小的主要因素为“网格内的辐射径迹长度记录数”.据此提出“隐式蒙特卡罗全局降方差方法”并推导相应的计算公式.该方法主要包含如下3个关键技术:1)针对辐射输运蒙特卡罗模拟的自适应动态分配源粒子方法;2)与自适应动态分配源粒子相匹配的动态权窗设计技术及粒子权无偏估计算法;3)辐射强度的解析估计降方差方法.针对这3个关键技术,设计蒙特卡罗数值模拟方案,编写相应的数值模拟程序模块.典型辐射输运问题模拟结果显示:隐式蒙特卡罗全局降方差方法能够使网格辐射强度计算误差在整个时空范围内分布相对比较均匀,最大误差可控,计算效率提升10倍左右.新方法在激光惯性约束聚变的黑腔辐射输运模拟应用中取得了显著效果.

关键词：隐式蒙特卡罗方法热辐射输运全局降方差方法惯性约束聚变

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非均匀混合下氘氚聚变反应速率的理论研究

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物理学报 2023年第1期72卷 217-227页

作者：沈刚衷斌吴勇王建国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研究生院北京100088

激光驱动惯性约束聚变中壳层材料和聚变燃料的混合是影响聚变点火燃烧性能的关键物理问题,聚变过程中混合物形态的演化及相应热核反应速率的物理建模直接影响数值模拟的置信度,具有重要的科学意义和应用价值.本文以扩散混合机制下混合... 详细信息

激光驱动惯性约束聚变中壳层材料和聚变燃料的混合是影响聚变点火燃烧性能的关键物理问题,聚变过程中混合物形态的演化及相应热核反应速率的物理建模直接影响数值模拟的置信度,具有重要的科学意义和应用价值.本文以扩散混合机制下混合形态随时间的演化规律及其对热核反应速率的影响为研究对象,基于热力学平衡与理想气体物态方程假设,通过解析分析与一维球几何扩散方程数值解的对比研究,揭示了扩散混合主导下热核反应速率随混合形态演化的物理规律.研究发现,混合量主要通过影响燃料的体积份额直接影响热核反应速率,由混合非均匀尺度和扩散系数共同决定的扩散时间直接影响热核反应速率的时间演化行为.进一步利用蒙特卡罗方法直接模拟扩散过程得到的互扩散系数,定量分析了燃料中混入低Z、高Z材料时热核反应速率随时间演化的差异,通过与美国非均匀混合效应实验典型数值模拟结果进行对比分析,验证了理论评估的可靠性.本工作对我国惯性约束聚变混合效应实验的设计和改进具有重要参考意义.

关键词：混合形态非均匀混合热核反应速率互扩散系数

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密度扰动的类Richtmyer-Meshkov不稳定性增长及其与无扰动界面耦合的数值模拟

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物理学报 2023年第19期72卷 135-142页

作者：孙贝贝叶文华张维岩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

靶丸材料内部扰动在冲击波作用后会产生类似Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性的增长并耦合到烧蚀面产生扰动种子.本文使用数值模拟的方法研究了这种类RM不稳定性增长规律以及不稳定性与界面的耦合机制.研究表明,线性阶段密度扰动类RM不稳... 详细信息

靶丸材料内部扰动在冲击波作用后会产生类似Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性的增长并耦合到烧蚀面产生扰动种子.本文使用数值模拟的方法研究了这种类RM不稳定性增长规律以及不稳定性与界面的耦合机制.研究表明,线性阶段密度扰动类RM不稳定性增长速度满足δv∝k_(y)△uη.密度扰动到界面的耦合有声波耦合和涡合并两种机制,声波耦合引起的界面扰动增长速度满足δ_(v i)/(k_(y)△uη)∝e^(-k_(y)L).界面上的Atwood数为正时,界面上涡量和密度扰动的涡量方向相同,涡合并导致扰动速度增大.Atwood数为正时,降低界面上的Atwood数以及增大界面上过渡层的宽度均可减小密度扰动耦合引起的界面扰动增长.

关键词：惯性约束聚变密度不均匀类Richtmyer-Meshkov不稳定性扰动种子

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基于CIMI模型的高空核爆电子环向分布演化过程模拟研究

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物理学报 2025年第6期74卷 287-297页

作者：罗哲楷孙强谢伦濮祖荫宗秋刚刘鹰周前红傅绥燕北京大学地球与空间科学学院北京100871 北京应用物理与计算数学研究所北京100094

高空核爆过程会向内磁层注入大量相对论性电子,形成人工辐射带,这些高能电子可能对航天器造成显著影响.本文利用CIMI模型(comprehensive inner magnetosphere-ionosphere model)模拟研究了核爆注入的电子由局地集中分布向环向均匀分布... 详细信息

高空核爆过程会向内磁层注入大量相对论性电子,形成人工辐射带,这些高能电子可能对航天器造成显著影响.本文利用CIMI模型(comprehensive inner magnetosphere-ionosphere model)模拟研究了核爆注入的电子由局地集中分布向环向均匀分布演化的过程,揭示了人工辐射带形成过程中电子团表现出的螺旋包围、环向膨胀与扩散均匀的行为特征.对初始时刻集中在L=1:1—2:2、环向覆盖1个时区左右的核爆电子进行的数值模拟表明,核爆注入电子主要通过螺旋包围过程演化至环向均匀分布,扩散作用的贡献相对较小.电子注入后,在地球磁场的约束下做自西向东环绕地球的漂移运动.外侧电子漂移速度更快,因此注入电子团会在环向上剪切拉伸,以螺旋线结构包围地球.此外,研究还发现螺旋结构的形成过程伴随有电子的环向膨胀,主要由漂移过程中能量色散和投掷角色散机制驱动.不同能量和投掷角的电子漂移速度不同,因此逐渐环向分离,造成环向分布范围扩展,填充螺旋结构的间隙.在通过形成螺旋结构与环向膨胀包围地球后,核爆注入的高能电子进一步通过扩散作用演变为环向均匀分布的结构,形成相对稳定的人工辐射带.

关键词：高空核爆人工辐射带 Fokker-Planck 方程电子扩散

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分布反馈式太赫兹量子级联激光器在光场自注入下的动力学

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激光与光电子学进展 2024年第15期61卷 239-245页

作者：葛磊楚卫东杨宁北京计算科学研究中心北京100094 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

基于Lang-Kobayashi方程并引入可用于描述分布反馈式光栅对腔内光场耦合效应的修正端面反射系数,研究了分布反馈式太赫兹量子级联激光器在不同光场自注入强度下的动力学响应行为。随着自注入光场强度的增加,激光器由稳态向周期态、准周... 详细信息

基于Lang-Kobayashi方程并引入可用于描述分布反馈式光栅对腔内光场耦合效应的修正端面反射系数,研究了分布反馈式太赫兹量子级联激光器在不同光场自注入强度下的动力学响应行为。随着自注入光场强度的增加,激光器由稳态向周期态、准周期态,甚至混沌状态过渡,但是太赫兹量子级联激光器和传统半导体激光器相比,可以在更大的自注入强度下保持稳定。移动目标反射物时,工作在稳态、周期态和准周期态下的分布反馈式太赫兹量子级联激光器的输出信号可正确描述反射物的移动规律,但处于混沌状态的激光器输出信号将出现失真。通过与典型稳态解模型对比可知,所提理论模型可提供更精确的输出信号规律。该研究为描述有光栅结构的量子级联激光器的动力学行为提供了理论支撑,也从理论上探索了分布反馈式太赫兹量子级联激光器在自注入成像技术应用中的可能。

关键词：太赫兹量子级联激光器分布反馈式光栅激光自注入

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数值反应堆堆芯与E级高性能计算的科学内涵

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原子能科学技术 2024年第S02期58卷 369-381页

作者：邓力李刚北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

反应堆是一复杂的系统过程,是由中子场、温度场、流场、应力场、化学场等多个物理过程相互耦合的装置,这些物理场涉及从微观核反应到宏观能量释放的多尺度作用机理。随着E级(1 000PFLOPS,百亿亿次/每秒)计算机的问世,核能发展的总趋势... 详细信息

反应堆是一复杂的系统过程,是由中子场、温度场、流场、应力场、化学场等多个物理过程相互耦合的装置,这些物理场涉及从微观核反应到宏观能量释放的多尺度作用机理。随着E级(1 000PFLOPS,百亿亿次/每秒)计算机的问世,核能发展的总趋势正从传统工程驱动模式向以高性能数值模拟为主转变。当前四代堆设计立足小型化和精密化,高分辨率数值模拟对提升核装置性能和降低裕量作用突出。为研究解决当前模拟软件与计算机之间存在的浮点效率低、移植周期长、模式通用难和规模扩展难等问题的办法,突破软件和硬件之间存在的编程墙和性能墙,本文通过解读美国NEAMS、CASL和ECP计划,结合团队近年在数值反应堆和高性能计算关键技术突破方面的经验,提出基于并行中间件的集成共性、发展个性的技术路线,探索一条快速提升我国自主CAE软件整体水平的途径,供业内同行探讨,以在国产超级计算机上实现核装置的精细化建模和多物理、多尺度、多过程耦合计算。

关键词：数值反应堆堆芯集成共性发展个性高分辨率数值模拟 E级计算

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点探测器敏感性关联抽样计算方法

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原子能科学技术 2024年第3期58卷 638-644页

作者：李瑞付元光邓力许海波中物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北京100094

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器... 详细信息

为避免点探测器敏感性计算中随机统计涨落的影响,研究了在蒙特卡罗关联抽样算法框架下,点探测器敏感性的计算方法。在算法中考虑了输运过程偏倚以及存在次级粒子的情况,给出了输运扰动权乘子与计数扰动权乘子的更新方案。针对点探测器敏感性中次级粒子的模拟特点,引入了单因素扰动系统,并基于粒子扩展属性实现了对单因素扰动系统微扰的模拟,从而避免了对次级粒子历史进行回溯。利用脉冲球形实验装置,测试了散射截面扰动下点探测器的敏感性计算功能,并与微分算符方法的计算结果进行了比较,以验证其计算精度。利用NUREG/CR-6115屏蔽基准题测试了权重技巧下算法的适用性。测试表明,算法与微分算符方法计算精度相当,并适用于屏蔽问题点探测器敏感性模拟。

关键词：点探测器敏感性关联抽样蒙特卡罗

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从美国EMPIRE软件看大型高功率脉冲电磁等离子体程序研发趋势

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电波科学学报 2024年第5期39卷 827-835,957页

作者：董志伟董烨薛碧曦周海京北京应用物理与计算数学研究所北京100094

EMPIRE软件是美国针对下一代高性能计算平台开发的电磁等离子体模拟软件,可用于高置信度地开展高功率脉冲产生、传输以及与物质互作用的全过程模拟。解读EMPIRE软件的研制进展对发展大型高功率脉冲电磁等离子体软件具有重要借鉴意义。... 详细信息

EMPIRE软件是美国针对下一代高性能计算平台开发的电磁等离子体模拟软件,可用于高置信度地开展高功率脉冲产生、传输以及与物质互作用的全过程模拟。解读EMPIRE软件的研制进展对发展大型高功率脉冲电磁等离子体软件具有重要借鉴意义。首先分析了EMPIRE软件的架构及数学物理方案,然后着重讨论了其性能可移植性的软件特征和各子模块的算法特点,最后结合具体的应用案例展示了EMPIRE的强大计算能力。解读EMPIRE的启示包括如下几点:使用异构架构是实现未来E级(百亿亿次级)计算能力部署的关键点;研制灵活的功能模块,开展分层级的建模计算,最后拉通整个物理过程链条模拟,能够有效发挥装置指标的数值评估作用;多团队协作共同开发是丰富软件功能的基础;软件的置信度需要全方位的验证与确认。

关键词：等离子体数值模拟 EMPIRE软件高功率脉冲粒子-流体混合模拟性能可移植性

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极端条件下3维多物理多介质问题数值模拟中的若干问题

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中国科学：数学 2024年第3期54卷 313-336页

作者：陈艺冰江松北京应用物理与计算数学研究所北京100088 计算物理全国重点实验室北京100088

极端条件下3维多物理多介质问题是一类关系国家战略安全问题的重要科学问题.由于理论手段比较欠缺、实验昂贵甚至难以开展,数值模拟是研究这类问题的主要手段.本文回顾这一研究领域数值模拟的历史,分析目前存在的主要挑战,并展望未来的... 详细信息

极端条件下3维多物理多介质问题是一类关系国家战略安全问题的重要科学问题.由于理论手段比较欠缺、实验昂贵甚至难以开展,数值模拟是研究这类问题的主要手段.本文回顾这一研究领域数值模拟的历史,分析目前存在的主要挑战,并展望未来的发展趋势.

关键词：极端条件 3维多物理多介质数值模拟

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