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径向湍性输运条件下CFETR平行热通量及包层能量沉积模拟

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核聚变与等离子体物理 2024年第1期44卷 65-71页

作者：高泽石王亚磊李彦龙田文喜才来中吴雪科连强李昕泽王占辉西安交通大学西安710049 中国科学技术大学合肥230026 核工业西南物理研究院成都610041

采用BOUT++输运程序与PFCFlux程序的耦合对CFETR包层第一壁上的能量沉积情况进行了模拟。研究发现,当湍性输运系数为50m^(2)·s^(-1)时,最外闭合磁面上的极向平均平行热通量为14058.5MW·m^(-2),进入刮削层的等离子体功率Psol的值为197.... 详细信息

采用BOUT++输运程序与PFCFlux程序的耦合对CFETR包层第一壁上的能量沉积情况进行了模拟。研究发现,当湍性输运系数为50m^(2)·s^(-1)时,最外闭合磁面上的极向平均平行热通量为14058.5MW·m^(-2),进入刮削层的等离子体功率Psol的值为197.4MW;CFETR包层第一壁上的能量沉积主要集中于真空室壁靠近中心螺线管的高场侧区域,最大热通量出现在这一区域的中间部分。

关键词： CFETR BOUT++ PFCFlux 平行热通量能量沉积

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激光惯性约束聚变堆包层能量沉积特性

强激光与粒子束 2024年第8期36卷 17-25页

作者：李昕泽张冰倩陈荣华张魁张大林田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院西安710049

参考国内外聚变堆技术,建立了一种200 MW激光惯性约束聚变堆包层概念设计,包层采用超临界二氧化碳和锂铅双冷结构。研究构建了瞬态和稳态耦合模型计算包层温度分布及变化。靶丸内爆反应使用MULTI-IFE进行计算,核热耦合部分基于蒙特卡罗... 详细信息

参考国内外聚变堆技术,建立了一种200 MW激光惯性约束聚变堆包层概念设计,包层采用超临界二氧化碳和锂铅双冷结构。研究构建了瞬态和稳态耦合模型计算包层温度分布及变化。靶丸内爆反应使用MULTI-IFE进行计算,核热耦合部分基于蒙特卡罗程序OpenMC和自编程换热模型对包层模型结构、冷却和产氚进行计算。研究结果表明,核热耦合模型能够完成对包层的初步计算分析,周期性的瞬态载荷会引起第一壁面温度的振荡,但包层内部的温度最终会收敛到稳态计算结果。堆腔尺寸对于降低温度以及震荡效果明显,但仍需氙展平辐射功率峰。包层产氚和能量导出同时受到堆腔尺寸和增殖区的影响,在200 MW工况下,3 m半径和0.25 m增殖区尺寸计算结果最能满足需求。

关键词：激光聚变聚变包层核热耦合能量沉积

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Z箍缩X射线入射材料的能量沉积研究

现代应用物理 2024年第2期15卷 70-76页

作者：康明文杨海亮王刚刘珉君西安交通大学电气工程学院西安710049 强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室西安710024

利用弯晶谱仪对Z箍缩X射线能谱进行了实验测量,给出了Al元素时间积分的K层辐射能谱。利用蒙特卡罗软件模拟了单能X射线及实验测得的Z箍缩X射线谱线在Al、碳纤维、Ti合金材料内沿入射方向的能量沉积分布。计算结果表明,Al-W混合负载中Al... 详细信息

利用弯晶谱仪对Z箍缩X射线能谱进行了实验测量,给出了Al元素时间积分的K层辐射能谱。利用蒙特卡罗软件模拟了单能X射线及实验测得的Z箍缩X射线谱线在Al、碳纤维、Ti合金材料内沿入射方向的能量沉积分布。计算结果表明,Al-W混合负载中Al的质量分数升高会导致X射线能量衰减变快。

关键词：能量沉积 Z箍缩高能注量 X射线辐射谱线测量

快点火中质子的能量沉积和神光Ⅱ升级装置上的质子束的产生

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物理学报 2023年第9期72卷 251-258页

作者：何民卿张华李明强彭力周沧涛北京应用物理与计算数学研究所北京100094 深圳技术大学先进材料测试技术研究中心深圳518118 深圳技术大学工程物理学院深圳518118

基于神光Ⅱ升级装置激光条件,利用流体程序、粒子模拟程序和Fokker-Placnck程序,模拟研究质子快点火中所需质子束的品质以及产生所需质子束的激光条件.首先根据快点火靶的条件,利用Fokker-Planck方程模拟快点火所需的质子束的能量范围,... 详细信息

基于神光Ⅱ升级装置激光条件,利用流体程序、粒子模拟程序和Fokker-Placnck程序,模拟研究质子快点火中所需质子束的品质以及产生所需质子束的激光条件.首先根据快点火靶的条件,利用Fokker-Planck方程模拟快点火所需的质子束的能量范围,模拟表明当背景等离子密度为300 g/cm^(3)时,能量为7—12 MeV的质子束适合点火;当背景等离子体密度为400 g/cm^(3)时,能量为8—18 MeV的质子束适合点火.再根据神光Ⅱ升级装置实验条件研究质子束所需的激光参数,通过利用粒子模拟程序,结合流体程序给出的预等离子体,分别模拟研究了加预等离子体和不加预等离子体两种情况下的质子加速,在有预等离子体时得到的质子束最大能量约为22 MeV,没有预等离子体时得到的质子束最大能量为17.5 MeV,具体分析了两种情况下质子加速的物理机制,其结果跟等离子体自由膨胀模型结果符合得很好.

关键词：质子束快点火能量沉积质子加速

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激光能量沉积对超声速进气道流动的控制效果

航空学报 2023年第S2期44卷 77-88页

作者：王旺饶彩燕徐聪李思怡段毅张健中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076

为了寻求有效的流动控制方法来提升进气道捕获流量,基于非定常雷诺平均的Navier-Stokes方程,探究不同激光激励形式(单脉冲激光、连续、高重频激光)对二元式进气道的控制过程及流场参数的影响。在来流马赫数为7的GK-01二元式进气道上游,... 详细信息

为了寻求有效的流动控制方法来提升进气道捕获流量,基于非定常雷诺平均的Navier-Stokes方程,探究不同激光激励形式(单脉冲激光、连续、高重频激光)对二元式进气道的控制过程及流场参数的影响。在来流马赫数为7的GK-01二元式进气道上游,加入激光能量沉积,对比激励流场与基础流场。结果表明:能量沉积主要通过高温热核和其诱导的压力波这2种方式对进气道内流场结构施加作用,减小进气道内分离区,提升捕获流量,改善进气道内流动状态。具体控制作用过程包括:能量沉积诱导的压力波与斜激波相互作用,能量沉积局部高温高压作用使得进气道入口气流流动方向发生偏折,原流出进气道的部分气流受压力影响流入进气道内,造成进气道捕获流量增加;能量沉积及压力波传播至进气道内流场区域,能量沉积产生的压力波与进气道入口的分离区相互作用,原进气道入口的低能分离区逐渐减小,进气道捕获流量增大。

关键词：流动控制能量沉积进气道捕获流量分离

高频阵列式能量沉积对超燃燃烧室性能影响的数值研究

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航空兵器 2023年第3期30卷 80-86页

作者：蔡子林高峰王宏宇马岑睿空军工程大学防空反导学院西安710051 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所四川绵阳621000

超声速来流具有较大的动量,致使横向射流受来流强压缩的影响难以具有较大的穿透深度,影响了射流在超燃燃烧室中的掺混效率。本文提出了利用能量沉积力、热扰动来辅助提升射流掺混效率的方法,并开展了数值模拟研究。通过求解带能量源项... 详细信息

超声速来流具有较大的动量,致使横向射流受来流强压缩的影响难以具有较大的穿透深度,影响了射流在超燃燃烧室中的掺混效率。本文提出了利用能量沉积力、热扰动来辅助提升射流掺混效率的方法,并开展了数值模拟研究。通过求解带能量源项和化学反应源项的N-S方程,对比分析了施加在射流前和射流后的两种高频阵列式能量沉积分布方式对带凹腔的超燃燃烧室的影响。研究发现,能量沉积由于增大了射流诱导流向涡的尺度,可提升燃烧室乙烯燃料的掺混性能;能量沉积可提升燃烧室的燃烧效率,且分布在射流后方时燃烧效率较高,相比于基准工况提高了29%;能量沉积的加入略微降低了燃烧室总压恢复系数。

关键词：超燃燃烧室能量沉积流向涡掺混燃料喷注总压恢复系数冲压发动机

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光声层析重建飞秒光丝二维横向图像仿真研究

光学学报 2024年第12期 109-119页

作者：曾庆伟刘磊胡帅李书磊赵世军国防科技大学气象海洋学院中国气象局高影响天气重点开放实验室

准确获取飞秒激光成丝横截面图像及其沉积能量空间分布信息，对于成丝动力机制研究和促进诸多基于光丝的实际大气应用发展具有重要意义。本文基于热传导方程和波动方程构成的光声信号前向仿真模型，理论模拟了利用环阵式光声层析系统接... 详细信息

准确获取飞秒激光成丝横截面图像及其沉积能量空间分布信息，对于成丝动力机制研究和促进诸多基于光丝的实际大气应用发展具有重要意义。本文基于热传导方程和波动方程构成的光声信号前向仿真模型，理论模拟了利用环阵式光声层析系统接收飞秒激光在空气介质中成丝诱导产生超声脉冲信号的过程；然后，利用延迟叠加算法对飞秒激光大气传输成丝沉积能量横向分布图像进行了反向重建，并分析了测量系统中关键器件超声换能器的中心频率、带宽、表面尺寸和探测表面灵敏度等性能参数对光丝沉积能量分布图像重建结果的影响。结果表明，单丝诱导产生的声压脉冲信号频谱为单峰结构，而多丝声压脉冲信号频谱为多峰结构；相比于单丝图像重建，多丝图像重建受“孔径效应”影响更显著；换能器的性能参数对光丝图像的重建效果有显著的影响，换能器的带宽越大、表面直径越小，以及表面灵敏度系数越大，越有利于光丝沉积能量分布图像重建效果的提升。该研究结果可为真实大气条件下飞秒激光传输成丝沉积能量空间分布的实验测量提供一定的理论支撑。

关键词：飞秒激光激光成丝能量沉积光声信号超声换能器反投影

两电极/三电极等离子体合成射流激励器工作特性对比研究

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推进技术 2024年

作者：王林罗振兵周岩刘强国防科技大学空天科学学院国防科技大学高超声速技术实验室

为了实现等离子体合成射流激励器性能设计优化，采用放电测量和高速阴影技术对两电极和三电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了实验研究，开展了不同环境压强下两种激励器放电特性、流场特性和能量沉积特性的对比分析，获得了两种... 详细信息

为了实现等离子体合成射流激励器性能设计优化，采用放电测量和高速阴影技术对两电极和三电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了实验研究，开展了不同环境压强下两种激励器放电特性、流场特性和能量沉积特性的对比分析，获得了两种激励器工作特性差异的物理机制。研究结果表明，两电极和三电极等离子体合成射流激励器具有相似的放电电压-电流变化过程，相同的击穿电压和峰值电流随环境压强的变化趋势，相近的射流建立和流场响应速度。但在相同电容能量、腔体尺寸和环境压强下，两电极激励器产生的射流和前驱激波速度峰值分别为300 m/s和350 m/s，而三电极激励器则高达480 m/s和520 m/s，并且三电极激励器具有更小的放电电磁干扰。三电极激励器更强的射流形成能力是由于其可以以较小的击穿电压，配合大放电电容和大电极间距，将电源电容到激励器电弧的能量转化效率从两电极激励器的20%提升至90%，实现对激励器腔体更充分的加热。

关键词：等离子体合成射流气体放电流场结构能量沉积

径向湍性输运条件下CFETR平行热通量及包层能量沉积模拟

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核聚变与等离子体物理 2023年

作者：高泽石王亚磊李彦龙田文喜才来中吴雪科连强李昕泽王占辉中国科学技术大学核工业西南物理研究院西安交通大学

采用BOUT++输运程序与PFCFlux程序的耦合对CFETR包层第一壁上的能量沉积情况进行了模拟。研究发现，当湍性输运系数为50m2·s?1时，最外闭合磁面上的极向平均平行热通量为14058.5MW·m?2，进入刮削层的等离子体功率Psol的值为197.4MW;CF... 详细信息

采用BOUT++输运程序与PFCFlux程序的耦合对CFETR包层第一壁上的能量沉积情况进行了模拟。研究发现，当湍性输运系数为50m2·s?1时，最外闭合磁面上的极向平均平行热通量为14058.5MW·m?2，进入刮削层的等离子体功率Psol的值为197.4MW;CFETR包层第一壁上的能量沉积主要集中于真空室壁靠近中心螺线管的高场侧区域，最大热通量出现在这一区域的中间部分。

关键词： CFETR BOUT++ PFCFlux 平行热通量能量沉积