相对论激光等离子体中的电磁孤波

激光在等离子体中传播时发生调制相互作用,导致产生调制不稳定性。随着不稳定性的非线性演化,在一维情况下将形成电磁孤波。利用电磁波在相对论等离子体中的非线性色散关系以及Karpman方程,分析强激光在相对论性等离子体中的调制不稳定性,获得一般情况下调制不稳定的增长率与扰动态波数之间的函数关系,同时得到一维情况下的电磁孤波。分析表明,随着激光功率的增大,相对论性强激光与等离子体发生相互作用产生的调制不稳定性的时间增长率峰值显著增大,但是电磁孤波的半宽明显减小。     

稀薄等离子体羽流稳态流动粒子模拟

以稳态等离子体推力器羽流为研究对象,基于单元粒子法一直接模拟蒙特卡罗法混合法,建立数值仿真模型,研究流场电势、电子数密度、离子电流密度分布,通过与实测数据及已有模拟结果的比较验证模型.电子动量方程简化中,考虑电子和离子与中性粒子的碰撞效应,采用交替方向隐式法求解等离子体电势,所得仿真结果优于忽略该效应的Boltzmann模型,尤其是在流场翼部.本研究对电推力器的污染评估具有参考价值.     

电子的非广延分布对复杂多组分热等离子体中(1+1)维非线性离子声孤波的影响

通过约化摄动方法,研究了电子的非广延分布对多组分热等离子体中(1+1)维非线性离子声孤波.推导得到了用来描述非线性离子声波运动过程的KdV方程,并利用数值模拟的方法,发现复杂等离子体系统的各种参数对非线性离子声孤波的振幅、宽度和波形等存在重要影响.     

包含双温非热离子的尘埃等离子体中的三维尘埃声孤波

考虑高阶横向扰动的因素,使用约化摄动方法得到描述含有双温非热离子的无磁化尘埃等离子体中的尘埃声波的(3+1)维KP方程.详细讨论一些尘埃等离子体系统参数如电子与非热高温离子数密度v与μh、快离子数λ(α)、低温非热离子与电子的温度比1β、非热双温离子温度比2β对尘埃声孤波性质的影响.研究结果表明:这些因素均可显著影响和改变孤波结构.在考虑双温非热离子后,稀疏形孤波与压缩形孤波的临界条件也发生极大变化.     

多组分复杂等离子体中(2+1)维非线性离子声孤波的传播特性研究

研究了复杂等离子体中(2+1)维非线性离子声孤波的传播特性.应用约化摄动法推导得到了用来描述含有非广延电子-正电子分布的多组分尘埃等离子体中(2+1)维非线性离子声孤波的Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程.获得了非线性离子声孤波的非线性强度、振幅与宽度等传播特性随系统参数的变化规律,明确了系统参数对(2+1)维非线性离子声孤波传播特征的重要影响.     

磁化等离子体中的离子声波

研究了存在外磁场时等离子体中的低频离子声孤波,得到了描述等离子体中有限小振幅的离子声波的ZK方程,同时给出了离子声波电势的孤波解。研究结果发现,对于波只沿一维传播的情况,外磁场对波的特性没有影响。     

载流等离子体中的修正双流不稳定性

本文研究载流等离子体中的修正双流不稳定性.我们从Braginskii 流体方程组出发,考虑了密度梯度和电子成分与离子成分之间的碰撞相互作用,导出了一般色散关系,本征频率和增长率的公式.结果表明,粒子的热效应使得本征频率增加,并且在一定的参范围内,它对该模起解稳作用.最后,我们给出了不稳定性增长率对于传播方向,粒子漂移速度,密度梯度以及温度的依赖关系和数值结果.     

含有Tsallis非热电子的等离子体中(3+1)维电子声孤波的研究

利用约化摄动法研究了含有Tsallis非热电子的等离子体中(3+1)维电子声孤波,推导得到了用来描述电子呈现Tsallis分布的复杂等离子体中(3+1)维电子声孤波的Zakharov-Kuznetsov(ZK)方程,并利用数值模拟方法,分析了Tsallis非热电子分布状态对(3+1)维电子声孤波的非线性强度、孤立波的振幅与宽度及电子声孤波传播特性的影响.     

非对称相互作用势对孤波散射过程中相移的影响

研究了一维广义FPU-αβ晶格模型中微观粒子之间相互作用势的非对称性对孤波散射过程产生相移的影响,该系统存在两种拓扑孤波,Kink和Antikink。数值计算结果表明:随着非对称性强度增加,同种孤波散射所产生的相移减小,而异种孤波散射所产生的相移增大。为解释上述计算结果,在特殊孤波碰撞位形下将广义FPU-αβ晶格模型近似成具有非线性相互作用的两粒子系统,通过求解两粒子系统的动力学方程发现:在总能量确定的情况下,两粒子最大相对位移的绝对值随非对称性增加而减小;最大相对位移在扣除微观粒子两平衡位置间距后所得到的结果与数值计算得到孤波相移结果一致。     

多组分复杂等离子体中(3+1)维非线性离子声孤波的研究

研究了在多组分复杂等离子体中(3+1)维非线性离子声孤波的基本传播特性.利用约化摄动方法,推导得到用来描述多组分复杂等离子体中(3+1)维非线性离子声孤波的ZK方程.此外,借助数值模拟的方法分析了原有等离子体系统中的不同参数对非线性离子声孤波的非线性强度、振幅、宽度等传播特性的重要影响.     

基于PFC3D和Rockfall的中武山危岩体数值模拟研究

基于颗粒流PFC~(3D)理论及方法,结合无人机高精度航拍影像数据,对中武山危岩体失稳过程进行数值模拟方法研究。通过PFC~(3D)构建三维地质模型进行崩塌模拟,计算得出危岩体的运动路径。在模拟的运动路径中选取6个运动剖面,采用Rockfall软件进行二维运动过程计算,得出腾跃高度、冲击能量、岩块速度等计算结果。中武山危岩体模拟结果表明,PFC~(3D)三维运动模型结合Rockfall软件的数值模拟方法,可较好地模拟危岩体的失稳运动过程。研究方法相比以往研究具有更好的可视化特性,研究得到的相关参数可为后续灾害防治工作提供参考,进而可提出有针对性的治理措施。研究结果对防灾减灾工程具有重要的现实意义。     

Simulation of solute transportation within porous particles during the bioleaching process

A mathematical model, accounting for the sulfuric acid and ferric ions diffusion and the copper sulfide mineral leaching process, was developed for an ore particle by considering its porous structure. It was simulated with the simulation tool COMSOL Multiphysics. The simulation results show that the highest acid and ferric concentrations near the particle surface are apparent, while the concentrations in the central particle increase slightly as the less-porous ore core with low permeability prevents the oxidation from penetrating. The extraction of the mineral near the particle surface is the maximum, mainly because of ample sulfuric acid, ferric ions, bacteria, and oxygen available for the leaching process. Because of low oxidation concentration in the central part of the particle, the reaction rate and copper sulphide conversion are small. The simulation shows good agreement with the experimental results.     

固体中氢,氘负离子的形成和电荷交换截面的测量

用电荷交换的观点,分析在束箔离子相互作用中的负离子形成过程.导出了负离子产额与电荷交换截面的关系为:φ~-=σ_(?)~2/(3σ_i~2).证明φ~-与入射核子速度有关,与停留时间无关.报告了在不同入射速度下,H~ ,D~ ,H_2~ ,D_2~ 和H_e~ 等种离子在碳膜中产生的H~-,D~-或H_e~-的测量结果.由此得到电子损失截面σ_l和电子浮获截面σ_c的观测值.     

粘性土平面应变试验颗粒流模拟可行性研究

对四组PFC^2D的数值仿真结果和粘土试样室内平面应变试验的实测曲线进行了对比，研究表明利用颗流理论所建立起来的PFC^2D数值仿真试验模型是能够通过改变计算模型中颗粒单元的性质颗粒集合体的级配特征等，针对颗粒流仿真试样的细观力学特征与物理试样宏观力学响应之间的关系进行了参数研究，并揭示了一些规律。     

基于颗粒流的局部强度折减法在边坡稳定分析中的应用

岩土边坡稳定问题是土力学中仍未圆满解决的重要课题,边坡的渐进破坏过程是数值分析中的难点。颗粒流方法的特质是模拟大变形、可破坏的问题,用于边坡失稳破坏研究能获得该过程的时空演化规律。边坡失稳往往是由于局部土体的强度降低造成的,为此,运用颗粒流程序建立边坡模型,采用传统的强度折减法获得滑裂带土体区域,通过对滑裂带区域内土体强度的折减实现局部强度折减,以此进行边坡稳定分析。研究表明采用颗粒流结合强度折减法开展边坡稳定分析,通过数值双轴试验建立试样宏观力学响应与颗粒流细观参数之间的联系,不断折减宏观强度参数直至边坡破坏得到的安全系数与极限平衡法结果基本一致,并且能直观地显示边坡破坏的渐进过程及滑移面位置和形状。局部强度折减得到的边坡位移变化较传统强度折减略小。     

溅射离子泵抽气单元放电及离子输运仿真

基于有限元法,对溅射离子泵抽气单元内气体放电及离子输运过程进行了研究.采用商业软件COMSOL Multiphysics将等离子体模块、磁场模块、带电粒子追踪模块进行耦合,计算得到阳极筒内电子密度的分布规律.研究了气体压强、阳极电压、磁场强度等参数对电子密度的影响,追踪了离子在不同压强下的运动轨迹,得到了离子对阴极板的入射角度和冲击能量.将仿真结果代入到理论抽速计算公式中,所得结果与实验数据进行对比,两者具有很好的一致性,验证了仿真模型的准确性.对离子泵结构设计和性能优化提供了一种适用方法.     

聚能射流问题的数值模拟

基于多物质流体的Euler算法，用面向对象的C 语言自行编制了M-MMIC通用多物质二维流体弹塑性程序，对锥形聚能装药形成过程进行了数值模拟，并用VISC2D可视化软件对射流的形成过程进行动画演示，计算结果符合聚能射流形成的物理现象和规律，说明该物理模型和数值算法比较合理，可用于指导聚能破甲战斗部的工程设计。     

土的室内平面应变试验的颗粒流模拟

作为颗粒理论实际应用的前期可行性研究，针对具有凝聚力和无凝聚力的两类典型的内摩擦地质材料粘性土与砂土进行了材料试样室内平面应变试验结果的颗粒流PFC^2D仿真。对比研究表明利用颗粒流理论所建立起来的PFC^2D数值仿真试验模型是能通过改变计算模型中颗粒单元的性质，以及颗粒集合体的级配特征等给出与真实材料土工试验类似的本构行为的。这种可行性最根本的意义在于基于颗粒流理论的数值仿真试验能够突破常规土工试验在仪器设备能力及试验条件上的局限性，对实验土样的本构行为作出理论方面的某种预测。此外针对颗粒流仿真试样的细观力学特征与物理试样宏观力学响应之间的关系进行了参数研究，并揭示了一些规律。这些工作对颗粒流理论在岩土工程实际应用方面的研究和开发有一定的参考价值。     

交流气体绝缘输电线路微粒运动特性及其陷阱参数优化方法

交流气体绝缘输电线路(GIL)中,针对金属微粒带电运动的较大随机性和现场试验手段的局限性,本文参考国内正运行的某252 kV交流GIL的尺寸,在COMSOL中建立1:1的三维仿真模型,以此实现模拟的仿真运动轨迹与实际运动轨迹之间的有效对称性。首先,获取运行电压等级下不同尺寸微粒的动态特性;其次,考虑不同形状的微粒陷阱,从电场调控、捕获概率角度优化了陷阱主要参数;最后,在盆式绝缘子凹凸面两侧各布置微粒陷阱,优化布置策略,并提出了针对252kV交流GIL的微粒陷阱优化方案。研究结果表明：当选取圆孔形状微粒陷阱及其厚度、槽间距和槽宽度分别为10mm、6mm和8mm,并且当距凹凸面绝缘子两边分别70mm和80mm处的外壳底部各布置一个陷阱时,两边陷阱的捕获率分别可高达78%和70%。因此,本文的分析和优化方法对某电压等级交流GIL优化微粒陷阱具有重要的参考价值。     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。