基于MLBFS和分形理论的微尺度瑞利-泰勒不稳定性研究

采用MLBFS（Multiphase lattice Boltzmann flux solver）方法对两种不相混溶、不可压缩流体的微尺度下瑞利-泰勒（R-T）不稳定性进行数值模拟。通过分析R-T不稳定性初期线性阶段的漩涡发展来比较不同粘度的影响。当该过程进入非线性阶段,界面会呈现一定的分形特性,在高雷诺数情况下尤其明显。本文结合分形理论,运用盒维数法对界面图像进行处理,得到不同情况下界面分形维数的发展情况。研究表明当雷诺数较小时,界面分形维数呈现近似线性的增长,随着雷诺数增大,界面扰动不断加剧界面分形维数增长呈现明显的非线性状态,当雷诺数足够大时,界面的分形维数增长呈现相似性并且趋于饱和。同时,本文也对比了重力作用恒定时表面张力对R-T不稳定性的影响。当Bo数稍大时,表面张力的变化对界面的发展几乎没有影响,但是当Bo数极小时,表面张力对界面不稳定抑制作用明显,界面分形维数也明显小于Bo稍大的情形。     

瑞利-泰勒不稳定性的实验研究及数值模拟

通过翻转试验对瑞利-泰勒不稳定性（Rayleigh-Taylor Instabilities）引致的湍流混合过程进行实验研究,提出以染料浓度测定法结合数字图像处理技术测量确定混合物前锋的扩散位置和系数,以拉格郎日块体法（LBM）的数值格式和改进的Smagorinsky理论模式对实验过程进行了大涡模拟数值计算,修正了Voropayev用目测法测量的系数,数值模拟的结果与实验测量结果符合较好.     

科氏力下带有内表面张力的黏弹性流体的瑞利—泰勒问题的稳定性

研究科氏力下带有内表面张力的不可压缩黏弹性流体的瑞利—泰勒问题的稳定性.建立稳定性准则,并在该准则下证明了瑞利—泰勒问题的解关于时间的指数稳定性.由于所得到的稳定性准则不依赖于旋转速度大小,故稳定性结果表明在瑞利—泰勒问题中科氏力不会产生失稳效果.     

Unruh效应对量子存储下熵不确定关系的影响

不确定性关系给出了不相容物理量测量结果准确性的约束,为理解量子理论奠定了基础,且在量子密码术和纠缠验证等方面具有应用价值.研究Unruh效应对量子存储下熵不确定关系的影响.研究结果表明:在较低的加速度下熵的不确定度增加,在较高的加速度下熵的不确定度降低;在一个确定的加速度下,熵的不确定度可达最大值.对上述现象,给出了2种不同的物理解释.     

初始量子相干性对玻色-爱因斯坦凝聚系统中量子纠缠的影响

研究拉曼耦合玻色-爱因斯坦凝聚原子系统,在初始态具有量子相干性时纠缠相干态的生成,讨论了初始量子相干性对所生成的纠缠态的影响,指出初始量子相干性只影响所生成的纠缠相干态各组分之间的相位,不影响它们的振幅.     

量子海森堡自旋玻璃的Almeida-Thouless不稳定性

分析了量子海森堡自旋玻璃稳态Replica对称解的稳定性,获得了著名的Almeida-Thouless(AT)和Gabay-Toulouse(GT)相变条件,通过数值计算得到了不同自旋值的AT临界相图,并讨论了与其它理论的关联.     

低磁雷诺数不可压缩磁流体湍流的非线性涡黏性k-ω封闭模型

在低磁雷诺数近似下,通过逐项模化湍动能输运方程的磁流体源项,提出一个适于任意的磁场布置形式的非线性涡黏性的磁流体湍流k-ω模型.在该模型中,使用Kenjeres-Hanjalic模型和Song的非线性涡黏性模型分别模化脉动电场-速度相关量及各向异性的雷诺正应力,并采用Wilcox低雷诺数k-ω模型对层流化进行估计.通过与直接数值模拟结果和实验结果比较,表明本文模型给出的速度型误差小于5%,摩擦阻力系数误差小于10%,能够满足工程需要.     

链间耦合对聚乙炔中量子晶格涨落和空间结构稳定性的影响

在Ｓｕ－Ｓｃｈｒｉｅｆｆｅｒ－Ｈｅｅｇｅｒ（ＳＳＨ）哈密顿量的基础上,加上链间电荷转移项,考虑链间耦合对聚乙炔中量子晶格涨落和空间结构稳定性的影响。考虑了链间耦合作用后,不同的链间结构具有不同的能量。对于能量低的结构,链间耦合将导致孤子禁闭,从而抑制量子晶格涨落。对于能量高的结构,链间耦合将导致孤子扩散,从而加大量子晶格涨落。     

等离子体加载对色散吸收介质光腔量子性质的影响

研究等离子体加载对色散吸收介质光腔系统量子性质的影响.结果表明,介质加载使系统真空场起伏功率谱的空间分布发生明显变化,等离子体加载光腔的工作状态与所选光场频率密切相关.     

太阳风起源区等离子体动力学机制

 根据太阳风的起源,对太阳风的等离子体动力学理论进行研究。对磁流体力学（MHD）做了详细概述,在此基础上讨论稳定态下的震波结构,并进行详细的公式推导,特别是对它的不连续结构与旋转不连续的性质进行说明。通过对卫星观测结果的分析,得到两种磁场方向不连续面：切向不连续（TD）和旋转不连续（RD）。研究表明,TD的特性为垂直不连续面的磁场分量为零,电离子不通过该面;RD两侧的磁场方向不同但是大小相同,且有电离子通过该不连续面。太阳风中旋转不连续面主要与高速太阳风有关。通过分析6种不连续结构得到：在通过界面的磁通量保持不变的情况下,切向磁场会任意改变方向,出现旋转不连续现象,且此现象能够通过一维空间结构图方法加以验证。通过对比推导结果与数据验证图,发现数据图的分析支持公式的推导,证实太阳风起源区等离子存在旋转不连续机制。     

激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究

激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部三维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.     

流动重力模不稳定性

本文研究了在垂直于磁场和等离子体流动的重力场中具有剪切流动的电流片的稳定性。这种由剪切流动和重力联合作用所引起的混合模,称为流动重力模不稳定性。作为一个例子,还讨论了弱重力场情况下激发流动重力模不稳定性的临界条件。     

TIG焊流动、传热及界面跟踪动网格数值模拟

基于磁流体力学(magnetohydrodynamics,MHD)模型,采用动网格技术(dynamic mesh method,DMM)跟踪电弧-熔池界面,建立了钨极惰性气体(tungsten insert gas,TIG)保护焊过程耦合流动、传热、凝固熔化及动网格界面跟踪的数学模型.首先计算自由燃弧,得到了准确的弧区速度、温度及压力等参数.然后分别验证了熔池内电磁力、热浮力、等离子流曳力和Marangoni力4个驱动力.考虑上述电弧-熔池相互作用,基于压力的动态平衡跟踪界面,计算了304不锈钢TIG焊过程,得到了等离子体冲击造成的熔池中央下凹及边缘上凸现象.结果表明,本模型可以得到更准确的界面及熔池形状.     

尘埃等离子体的Jeans非稳定性

研究了自引力碰撞尘埃等离子体的Jeans非稳定性。结果表明,当Jeans频率大于尘埃等离子体频率时才能产生引力非稳定性;非稳定模的增长速率强烈依赖于碰撞频率,并且尘埃等离子体引力不稳定的临界波长大于Jeans长度。     

相对论性非磁化等离子体不稳定性的Nyquist分析方法

建立了相对论性非磁化等离子体中不稳定性的Ｎｙｑｕｉｓｔ分析方法的一般理论,解决其中色散关系奇性处理上的困难,给出静电波、电磁波不稳定性的严格和普适的判据,并具体分析了各向异性和川流等离子体中的不稳定性．     

尘埃等离子体的引力非稳定性与凝聚效应

从尘埃等离子体的基本方程出发，采用非平衡态动力学方法，研究了尘埃粒子的引力（重力）对尘埃等离子体宏观动力学的影响，具体分析了产生凝聚效应的条件及其相关性质。结果表明，尘埃等离子体中存在一种由引力非稳定性产生的凝聚效应，从而导致局域密度增大。这种效应可能与星际介质分子云及原始恒星的形成有关，也同样会影响在实验室中等离子体加工的质量。