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成都理工学院学报 1997年第2期24卷 95-101页

作者：卢武长张萍杨绍全王玉生成都理工学院材料科学与工程系华南地勘局

文章研究５７０矿区流纹岩和花岗斑岩的氧同位素分布规律，探讨了水－岩氧同位素相互作用的地质意义，用缓冲开放系统模式估计了水－岩相互作用的持续时间。

关键词：同位素组成水-岩相经作用非平衡效应矿区

土卫六探测器高超声速化学非平衡特性数值计算

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气体物理 2022年第1期7卷 38-44页

作者：徐一航陈少松周航南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

为了研究土卫六探测器在地球大气和土卫六大气中飞行时气动热环境的差异,采用数值模拟的方法分别对地球大气成分和土卫六大气成分下探测器前方流场内气动热环境进行了研究,得到如下结论与地球大气条件相比,土卫六大气条件下探测器表面... 详细信息

为了研究土卫六探测器在地球大气和土卫六大气中飞行时气动热环境的差异,采用数值模拟的方法分别对地球大气成分和土卫六大气成分下探测器前方流场内气动热环境进行了研究,得到如下结论与地球大气条件相比,土卫六大气条件下探测器表面的热流密度较高,其峰值可达到地球大气条件的1倍以上.探测器表面的热流密度先随着高度的减小而增加,而后当速度小于一定程度时热流密度开始减小.CH_(4)在激波层内发生较大程度的解离反应,置换反应生成的强辐射物CN在脱体激波之前形成一道小的激波薄层.随着攻角的增大下,表面热流密度增加,上表面热流密度减小.因此,当探测器以一定攻角进入大气时,下表面的热防护十分重要.

关键词：探测器地球大气土卫六大气数值模拟非平衡效应

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爆轰问题的一个高效二维离散玻尔兹曼模型

凝聚态物理学进展 2015年第3期4卷 102-111页

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) 北京爆炸科学与技术国家重点实验室(北京理工大学) 北京

本文构建了多松弛时间离散玻尔兹曼模型,并使用该模型模拟爆轰现象。相对于我们之前的一个模型[Xu A., Lin C., Zhang G., Li Y., Phys. Rev. E 91 (2015) 043306],本模型在模拟有化学反应或无化学反应流体系统时的计算效率更高。这是... 详细信息

本文构建了多松弛时间离散玻尔兹曼模型,并使用该模型模拟爆轰现象。相对于我们之前的一个模型[Xu A., Lin C., Zhang G., Li Y., Phys. Rev. E 91 (2015) 043306],本模型在模拟有化学反应或无化学反应流体系统时的计算效率更高。这是因为前者使用了24个离散速度,而本模型只使用16个。在模拟部分高马赫物理系统时,本模型表现出更高的数值稳定性。使用该模型,本文分四种情况模拟了爆轰波激发的Richtmyer-Meshkov不稳定性问题。当爆轰波由反应物传向另一种较轻的不反应的物质时,由于突然失去能量补充,温度急剧下降,在物质界附近将会出现一层高密区域。

关键词：离散玻尔兹曼模型爆轰波 Richtmyer-Meshkov不稳定性非平衡效应

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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

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

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

磁喷管非平衡等离子流动的全粒子PIC模拟研究

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磁喷管非平衡等离子流动的全粒子PIC模拟研究

第十二届全国流体力学学术会议

作者：黄子霖胡远孙泉华中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室中国科学院大学工程科学学院

磁喷管(magneticnozzle,MN)通过收缩-扩张型磁场引导等离子体膨胀加速,因其外形和作用都类似于传统火箭发动机的拉瓦尔喷管而得名。由于磁喷管可为无电极电推力器如螺旋波等离子体推进器、电子回旋共振推进器提供额外推力而受到广泛关... 详细信息

磁喷管(magneticnozzle,MN)通过收缩-扩张型磁场引导等离子体膨胀加速,因其外形和作用都类似于传统火箭发动机的拉瓦尔喷管而得名。由于磁喷管可为无电极电推力器如螺旋波等离子体推进器、电子回旋共振推进器提供额外推力而受到广泛关注。但是磁喷管等离子体流动与电磁效应耦合,理论求解困难,研究手段主要为实验。流体建模需假设等离子体处于平衡态,但磁喷管中碰撞不足偏离热平衡,无法完全解释实验现象,忽略的非平衡效应对流动有重要影响。使用完全动理学方法(Fully Kinetic PIC),无需对流动进行任何假设就可以模拟得到等离子体流动流场结构。但受限于计算量,以往模拟未能获得与实验相当的结果。本文使用轴对称全粒子PIC方法对磁喷管磁推力等离子体流动进行了大尺度模拟,获得与实验一致的计算结果。结果显示,磁喷管额外推力全部由体积洛伦兹力贡献。体积洛伦兹力由角向电流与磁场相互作用产生,其中逆磁角向电流产生正推力提高电推进器推力性能,顺磁电流产生负推力。常用忽略惯性项与流体应力张量的流体动量方程来建模磁喷管等离子体流动,称为简化模型。由于未考虑系统非平衡效应对角向电流的贡献,预测结果与模拟差异较大。对全粒子PIC结果求速度矩,可以获得电子惯性和应力张量项补全简化模型,评估流体模型求解磁喷管流动的可行性。结果证明流体动量方程可以用于无碰撞非平衡的磁喷管磁推力的建模,但需要合理考虑与电子输运相关的应力张量项。输运效应会诱导产生顺磁电流,损害磁推力产生。

关键词：磁喷管完全动理学方法非平衡效应对角应力张量

等离子体Richtmyer-Meshkov不稳定性系统的DBM建模与非平衡特性研究

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等离子体Richtmyer-Meshkov不稳定性系统的DBM建模与非平衡特性研...

第十二届全国流体力学学术会议

作者：宋家辉许爱国苗龙陈锋北京理工大学宇航学院航空宇航推进理论与工程系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理工大学爆炸科学技术国家重点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山东交通学院航空学院

流体不稳定性现象广泛存在于武器物理、航空航天和惯性约束聚变领域,对不稳定性现象机理的研究和认知是实现工程有效利用的重要前提。在惯性约束聚变中,高能量激光作用于靶丸烧蚀层表面会形成高温高压等离子体冲击材料层界面形成Richtmy... 详细信息

流体不稳定性现象广泛存在于武器物理、航空航天和惯性约束聚变领域,对不稳定性现象机理的研究和认知是实现工程有效利用的重要前提。在惯性约束聚变中,高能量激光作用于靶丸烧蚀层表面会形成高温高压等离子体冲击材料层界面形成Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性现象。已有研究表明,外加水平和切向磁场均会对等离子体RM不稳定性的发展起到抑制作用,然而当前研究所采用的大多为基于连续性介质假设的宏观磁流体模型,并且忽略了等离子体中粒子间碰撞引起的动理学耗散效应。本文构建了一种单流体磁流体离散玻尔兹曼模型,研究了外加水平磁场作用下RM不稳定性发展过程中的流动非平衡(Hydrodynamic non-equilibrium)及热动非平衡(Thermodynamicnon-equilibrium)效应。结果表明,无组织动量流在激波附近较强,而在流场其余位置较弱;无组织能量流在扰动界面附近较强,而在流场其余位置较弱。对于激波冲击重/轻界面引起扰动反转的情形,磁场效应表现出阶段性:在界面反转前,通过降低界面反转速度一定程度上增强了非平衡强度;而在界面反转再加速阶段,通过大幅降低界面增长速度显著降低了非平衡强度。对于激波冲击轻/重界面不反转情形,磁场通过抑制界面扰动发展降低了非平衡强度。通过追踪全局平均热力学非平衡强度,可以判断抑制RM界面发展的临界磁场强度。

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性离散玻尔兹曼方法非平衡效应水平磁场

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约瑟夫逊结的类型、性能及高频限制

低温与超导 1982年第2期 48-54+79页

作者： M·廷克哈姆,谢方金马萨塞理工学院助理研究员

本文评述了各类约瑟夫逊结,以隧道结和收缩结构结作为高频工作限制的重要例子。由电容所规定的高频工作性能的限制,我们进行了理论分析,并将加热效应的理论计算值与可变厚度桥(VTB)及点接触结的实验结果作了比较。非平衡效应较之于简单... 详细信息

本文评述了各类约瑟夫逊结,以隧道结和收缩结构结作为高频工作限制的重要例子。由电容所规定的高频工作性能的限制,我们进行了理论分析,并将加热效应的理论计算值与可变厚度桥(VTB)及点接触结的实验结果作了比较。非平衡效应较之于简单的加热解释更合理些,并对此作了简要讨论。文末,对频率高达两倍能隙值的远红外频率、却还明显呈现近乎理想的本征频率关系的点接触结作了摘录。

关键词：限制隧道结半导体结约瑟夫逊器件约瑟夫逊结非平衡效应势垒层数量级临界电流密度过剩电流电容性乘积

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非平衡反应流的动理学模型

非平衡反应流的动理学模型

中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会

作者：林传栋清华大学燃烧能源中心

化学反应流包含复杂的物理和化学过程,从微观到宏观跨越多个数量级的时空尺度。作为一种介观方法,离散Boltzmann方法(DBM)继承了Boltzmann方程描述非平衡系统的动理学属性,能够有效刻画系统的多尺度行为。DBM既能恢复宏观控制方程,又能... 详细信息

化学反应流包含复杂的物理和化学过程,从微观到宏观跨越多个数量级的时空尺度。作为一种介观方法,离散Boltzmann方法(DBM)继承了Boltzmann方程描述非平衡系统的动理学属性,能够有效刻画系统的多尺度行为。DBM既能恢复宏观控制方程,又能描述系统非平衡行为特征;基于高效稳健的时间、空间和速度离散格式,模型适用于高速可压流体系统;通过在离散Boltzmann方程右侧添加反应项,将化学反应与流体系统自然耦合;使用整体一步反应模型描述化学反应进程。DBM在化学反应流的模拟应用,不仅可以对传统宏观模型的修正提供理论借鉴和数值参考,而且有助于从微介观层次深入认识反应流的物理机理和特征规律。

关键词：非平衡效应化学反应流离散Boltzmann方法动理学模型

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稀薄气体效应对高超声速驻点热流的影响

稀薄气体效应对高超声速驻点热流的影响

第一届高超声速科技学术会议

作者：樊菁蒋建政吴晨曦中国科学院力学研究所高温气体重点实验室中国科学院高超声速科技中心

在自由分子流和连续介质的高超声速驻点热流经典解的基础上,通过无量纲分析给出了适用于整个流动领域的高超声速驻点热流公式即q/qFM=1-1/(1+2.13Kn∞～(1/Kn∞)/∧),其中qFM=p∞v3∞/2,Kn∞为来流Knudsen数,轴对称情况∧=1,二维情况∧=... 详细信息

在自由分子流和连续介质的高超声速驻点热流经典解的基础上,通过无量纲分析给出了适用于整个流动领域的高超声速驻点热流公式即q/qFM=1-1/(1+2.13Kn∞～(1/Kn∞)/∧),其中qFM=p∞v3∞/2,Kn∞为来流Knudsen数,轴对称情况∧=1,二维情况∧=2～(1/2)。上述关系与Rose和Stark、Koppenwallner、Metcalf等轴对称、圆柱和球柱的高超声速稀薄气体实验数据相符。对比DSMC方法计算得到的高超声速非平衡稀薄气体圆柱和圆球绕流驻点热流(樊菁和沈青1994,Dogra等1991),证明上述关系在热力学和化学非平衡效应显著情况下也是适用的。

关键词：驻点热流高超声速稀薄气体非平衡效应