磁约束下等离子体的传热与流动特性仿真

为研究磁约束下低气压放电冷等离子体在空心圆筒结构内的传热与流动特性,采用漂移扩散近似建立了低气压电感耦合等离子体模型,研究磁约束情况下不同外加电源功率和气体压强对等离子体运动的影响。结果表明:在磁约束下,电子主要集中在圆筒的中心区域,电子密度由内至外逐步递减,筒内电子温度和密度均随着外加电源功率的增大而增大;在低压下,由于气体粒子之间的碰撞影响,筒内电子温度随着压强增大而降低,而中性气体的温度随着压强增大而升高。     

关于应用外加电场和磁场减小等离子体鞘内电子数密度方案可行性的初探

本文应用磁流体力学基础理论,分析了在磁场和电场联合作用下,等离子体鞘中模型流动。初步分析表明,只要合理地放置电极,适当选择外加电场和磁场,应用这种方法可指望在等离子体鞘的局部区域有较显著的电子数密度减小。     

临近空间飞行器等离子体鞘套的太赫兹波穿透特性

临近空间高超声速飞行器再入过程中会产生等离子体鞘套,干扰电磁波对飞行器的探测.针对这一问题,对典型临近空间飞行器模型进行建模,模拟其再入过程中不同飞行工况下的流场分布.基于流场分布对等离子体参数分布进行建模,利用散射矩阵方法从理论上对太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性进行计算.计算结果表明高频太赫兹波能够有效穿透等离子...     

等离子体隐身技术简介

目前,一种新概念隐身技术——“等离子体隐身术”正在秘密开发中。所谓“等离子体隐身术”,是利用等离子体原理来规避探测系统的一种新技术。等离子体亦称“等离子区”,一般指电离的气体,由离子、电子及未经电离的中性粒子所组成;因正负电荷密度几乎相等,故从整体上呈现电中性。不带电的普通气体在受到外界高能作用后(如对气体施加高能粒子轰击、激光照射、气体放电、热致电离等方法),部分原子中的电子吸收的能量超过原子电离能,便脱离原子核的束缚成为自由电子,同时原子因失去电子而成为带正电的离子。这样,原中性气体因电     

等离子体隐身与等离子体武器

什么是等离子体等离子体一般指电离的气体,由离子、电子及未经电离的中性粒子所组成,从整体上看呈现电中性。等离子体是继物质存在的固体、液体、气体三种形态之后出现的第四态物质,其产生和运动主要受电磁场力的作用与支配。像火焰和电孤中的高温部分,太阳和其他恒星的表面气层都是等离子体。在军事上,核爆炸、放射性同位素的射线、高超音速飞行器的激波、燃料中掺有铯、钾与钠等易电离成分的火箭以及喷气式飞机的射流等,     

载人飞船等离子体鞘电子密度分布的数值计算

研究高温空气的不同物理模型对载人飞船返回舱等离子体鞘电子密度的影响 ,包括热力平衡的化学非平衡模型与热力、化学都是非平衡的模型的比较 ,以及七组元模型与十一组元模型的比较。采用NND格式和时间预处理技术 ,得到了非平衡流全NS方程的时间渐近解 ,计算了载人飞船等离子体鞘电子密度的典型结果。与飞行试验及有关文献数值计算结果之比较表明 ,本文的计算结果是可信的     

等离子体与高功率微波相互作用中电子分布特性

电子数密度是表征等离子体物理特性的一项重要因素,在等离子体与高功率微波的相互作用中,等离子体对入射电磁波的吸收、衰减和屏蔽等电磁特性可通过电子数密度的变化进行表征。基于等离子体流体近似研究方法,利用COMSOL软件求解等离子体中的波动方程、电子传递方程和重粒子传递方程,计算分析了等离子体与高功率微波相互作用中的电子分布特性,重点分析了相互作用中平均电子数密度和平均电子能的数值和空间分布变化过程。研究表明,在高功率微波作用下,等离子体区域电子数密度在数值上会产生剧烈的阶跃变化,形成雪崩效应,在空间分布上电子数密度峰值产生趋于入射方向移动的变化;电子能的变化与入射波激励和电子数密度相关,随入射激励增加呈增长趋势,随电子数密度的增加而减小。     

脉冲等离子体推力器羽流场数值分析

为掌握脉冲等离子体推力器的羽流特性,考虑磁场对等离子体羽流的影响,结合DSMC和PIC方法建立了粒子-流体混合模拟模型,以磁流体力学模拟提供入口条件对推力器羽流开展了三维数值研究,并通过朗缪尔三探针诊断对计算结果进行了验证。研究表明,羽流膨胀过程中各组分的动力学行为差异明显;放电电流振荡会导致产生低速离子群,并会加重离子回流;电磁加速是羽流等离子体主要的加速机制,磁场对推力器羽流的流动具有重要作用。     

相对论带电粒子与电磁波包之间的相互作用

研究了相对论带电粒子与电磁波包之间的相互作用,给出了带电粒子运动方程的严格解,得出了粒子的位置、速度和能量的显示表达式。本文结果对基础等离子体物理、自由电子激光、高功率微波和粒子加速器等领域具有一定的参考意义。     

一种新型近红外脉冲强光辐射源的探索

探索了一种产生近红外脉冲强光辐射的新途径。用冲击大电流使铜丝爆炸产生圆柱式内爆冲击波 ,冲击压缩惰性气体 ,产生等离子体辐射近红外脉冲强光。实验表明 ,用这种方法已经得到了总功率为MW量级 ,脉宽为 1 0 μs量级的近红外脉冲强光辐射     

粒子束空间传输影响因素及应对方法

全面分析了初始束流分布、发散度、能散度以及地磁场对粒子束空间传输的影响情况,并针对束流长距离传输的静电扩散和地磁偏转效应进行了数值建模及定量的数值仿真研究。结果表明,对于固定束流能量、流强粒子束,可通过增大初始半径削弱粒子束静电扩散效应达到设计要求;通过背景磁场精确预测,可准确控制束流方向精度。可以看出,研究带电粒子束本身的自洽行为以及与外场的作用,对带电粒子束流的产生、传输特性研究及工程化应用都有重要意义。     

应用于飞行器隐身等离子体的分析

根据雷达波隐身对等离子体电子数密度的要求 ,分析计算说明了热平衡与非热平衡等离子体以及冷等离子体可应用于飞行器的隐身。通过对等离子体不同产生方法、临界电子数密度的分析以及气体击穿电场强度的计算 ,归结出了不同等离子体的特点 ,并进而说明用稳态电源以及微波源产生的等离子体适合应用于飞行器隐身     

随移动窗推进的带电粒子束团长程传输模拟分析

直接采用粒子模拟方法较难实现带电粒子束团千米量级的长程传输模拟,针对此问题以静电模型为基础,引入移动窗技术,使百米量级的粒子传输窗口与束团同步推进运动,建立了带电粒子束团的长程传输模型。将模拟得到的带电粒子束团径向膨胀特性同包络方程的计算结果进行对比,两者吻合较好,证明了在带电粒子束团长程传输模拟研究中结合移动窗技术的可行性及所建模型的合理性。利用此模型分析了100 MeV相对论电子束团的长程传输过程,发现传输过程中束团的自生电场和磁场在径向上呈高度对称分布,轴向上则呈轻微前冲分布;同时,束团内部粒子的轴向速度分布也会发生变化。利用此模型分析了100 MeV电子束团的长程传输过程及其内部参数和自生场量的变化。     

静电放电过程电荷量和能量分析

分别采用四指数表达式拟合的方法和数值计算求解双RLC人体静电放电（ESD）模型的方法得到了符合标准要求的ESD电流波形，计算这两种方法下各自的放电电荷量和放电电阻消耗的能量；测量空气式和接触式两种ESD模式下的放电电流波形，并分别计算放电电荷量和能量情况；通过比较得出，放电电荷量和放电电阻消耗的能量都能够超过放电前的3／4，用数值拟合的电流波形虽能满足四个关键参数的要求，但其它部分电流值偏大。     

Experimental and numerical study of the fragmentation of expanding warhead casings by using different numerical codes and solution techniques

There has been increasing interest in numerical simulations of fragmentation of expanding warheads in 3D. Accordingly there is a pressure on developers of leading commercial codes, such as LS-DYNA, AUTODYN and IMPETUS Afea, to implement the reliable fracture models and the efficient solution techniques. The applicability of the Johnson–Cook strength and fracture model is evaluated by comparing the fracture behaviour of an expanding steel casing of a warhead with experiments. The numerical codes and different numerical solution techniques, such as Eulerian, Lagrangian, Smooth particle hydrodynamics (SPH), and the corpuscular models recently implemented in IMPETUS Afea are compared. For the same solution techniques and material models we find that the codes give similar results. The SPH technique and the corpuscular technique are superior to the Eulerian technique and the Lagrangian technique (with erosion) when it is applied to materials that have fluid like behaviour such as the explosive and the tracer. The Eulerian technique gives much larger calculation time and both the Lagrangian and Eulerian techniques seem to give less agreement with our measurements. To more correctly simulate the fracture behaviours of the expanding steel casing, we applied that ductility decreases with strain rate. The phenomena may be explained by the realization of adiabatic shear bands. An implemented node splitting algorithm in IMPETUS Afea seems very promising.     

典型线性火工分离装置作用过程数值模拟及试验研究

针对目前线性火工分离装置的优化设计主要依靠试验验证,成本高且设计优化迭代慢的问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法建立典型线性火工分离装置的数值模型。通过火工分离试验和光子多普勒测速试验对上述数值模型进行验证,发现该数值模型具有较好的精度。使用该模型研究上述火工分离装置分离瞬态过程的力学机理,并定量分析多种因素对分离装置重点部位等效塑性应变等关键特征量的影响。研究发现,芯药线密度、分离板削弱槽底部的圆角半径对分离装置的作用过程有重大影响。此外,保护罩材质、削弱槽开口角度、分离板槽结构尺寸等因素对分离过程也有一定影响,但其影响相对较小。研究结果可以为典型线性火工分离装置的优化设计提供基础。     

层流介质中金属板腐蚀电位分布研究

为了研究流动介质中产生的静电场,结合电化学和流体力学相关知识建立层流介质中金属板模型,利用贝塞尔函数展开及其逆运算推导出在三层介质中基于点电荷模型的腐蚀电位解析表达式,同时计算出金属板产生的电场。运用推导出的解析表达式计算出在流动介质中任意场点处金属板随不同流速产生的腐蚀电位,并通过实验验证结果的正确性。结果表明,对层流条件下电化学反应产生的电流密度所建模型的结果与实验测量数据吻合度较高,同时电场分布也会随着流体流速及层流方向上长度的变化而发生变化。     

火炮装药温度分布的数值模拟

针对火炮弹药的特点,建立了弹药的二维轴对称模型,并在圆柱坐标系下,用控制容积积分法导出一组差分离散格式。采用收敛速度快的块迭代法解代数方程组。实验数据表明数值计算的结果和实测值基本一致,经进一步研究可以用于火炮装药的温度测量。     

Effect of wave shaper on reactive materials jet formation and its penetration performance

Wave shaper effect on formation behavior and penetration performance of reactive liner shaped charge (RLSC) are investigated by experiments and simulations. The reactive materials liner with a density of 2.3 g/cm³ is fabricated by cold pressing at a pressure of 300 MPa and sintering at a temperature of 380 °C. Experiments of the RLSC with and without wave shaper against steel plates are carried out at standoffs of 0.5, 1.0, and 1.5 CD (charge diameter), respectively. The experimental results show that the penetration depths and structural damage effects of steel plates decrease with increasing the standoff, while the penetration depths and the damage effects of RLSC without wave shaper are much greater than that with wave shaper at the same standoff. To understand the unusual experimental results, numerical simulations based on AUTODYN-2D code are conducted to discuss the wave shaper effect, including the propagation behavior of detonation wave, the velocity and temperature distribution of reactive jet, and penetration depth of reactive jet. The simulations indicate that, compared with RLSC without wave shaper, there is a higher temperature produced inside reactive jet with wave shaper. This unusual temperature rise effects are likely to be an important mechanism to cause the initiation delay time of reactive jet to decline, which results in significantly decreasing its penetration performance.