内爆问题中辐射多介质ALE方法研究

The hydrodynamics of implosion has an important application background in many fields, such as astrophysics, energy research and the construction of national defence. This kind of problem involves many coupled physics processes with different characteristic spatial and temporal scales, which has the characters such as multi-material, high distortion, strong discontinuity, interface instability and material mixture. Due to the difficulties in the interface distortion and the coupled multi-physics, the traditional ALE methods can't meet the requirement of the high-credibility simulation for implosion physics.The purpose of this project is to develop new multi-material Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) methods for multi-group diffusion equations in 2D cylindrical coordinates, coupling the interface-tracking method used for the small deformations and the interface- capturing method used for the large deformations. Consequently, the radiation multi-material ALE code is developed on the base of the above mentioned numerical methods, which provides an effective and applicable simulation platform for the research on implosion physics. The research of this project hopefully provides the supports of algorithm and code for the calculation of practical engineering problems, which has creativity and application values.

内爆动力学问题在天体物理、能源研究领域和国防建设中具有重要的理论和实际应用背景。此类问题是一个多时空尺度和多物理耦合的多介质、大变形的复杂流动过程，具有大变形、强间断、界面不稳定性和物质混合等特点。由于界面大变形、多物理耦合等困难，现有的ALE方法离内爆物理高置信度计算仍有相当大的距离，亟需发展新型多介质ALE方法。在辐射多群扩散建模下，本项目拟根据物质界面的变形程度，建立一种耦合界面追踪和界面捕捉技术的多介质ALE方法，对于变形小的界面采用拉氏追踪界面的方式，对于变形较大的界面采用界面捕捉的方式。最终在计算方法理论研究成果的基础上，研制辐射多介质ALE应用程序，为今后深入开展内爆物理研究搭建一个有效实用的数值模拟平台。本项目的研究有望能为实际工程问题的计算提供算法和程序支撑，具有创新性和较高的应用价值。

内爆动力学问题是一个多时空尺度和多物理耦合的多介质、大变形的复杂流动过程，具有大变形、强间断、界面不稳定性和物质混合等特点。由于界面大变形、多物理耦合等困难，现有的ALE方法离内爆物理高置信度计算仍有相当大的距离，亟需发展新型多介质ALE方法。在辐射多群扩散建模下，本项目根据物质界面的变形程度，建立了一种耦合界面追踪和界面捕捉技术的多介质ALE方法，对于变形小的界面采用拉氏追踪界面的方式，对于变形较大的界面采用界面捕捉的方式。为了实现多介质大变形的ALE方法，本文先后围绕混合网格的计算开展相关研究，包括拉氏算法、界面捕捉算法、网格重构算法和物理量重映算法。最终在计算方法理论研究成果的基础上，研制辐射多介质ALE应用程序，为今后深入开展内爆物理研究搭建一个有效实用的数值模拟平台。数值结果表明发展的辐射流体力学相容性算法具有高置信度地数值模拟多介质、大变形、复杂内爆流场的能力。本项目的研究为今后深入研究高压缩内爆过程搭建了一个有效实用的数值模拟平台。