适用于多介质湍流混合的基于物理尺度自适应的高分辨率数值方法研究

Multi-material interface instability and turbulent mixing are one of the key problems of nuclear weapon and inertial confinement fusion. Numerical simulation is an important research method to deeply understand the evolution law and the physical mechanism. While the inherent multi-material and multi-scale properties make it difficult to simulate this problem with high order methods. In this project, a kind of scale-adaptive scheme will be proposed to simulate turbulent mixing problem. The study will expand in the following points:1) a kind of indicator will be designed to recognize the local physical scale, including the turbulent scale and the discontinuity scale. 2) a kind of scale-adaptive scheme will be proposed to simulate turbulent mixing problem. 3) the new method will be used in the simulation of turbulent mixing problem and high resolution data will be obtained to support the fundamental research and engineering application. The project will expect to get a high-resolution numerical methods for turbulent mixing. Highly accurate simulation can be then extended to more complex multi-material problems. The achievements can be used to support the nuclear weapon and inertial confinement fusion.

多介质界面失稳及湍流混合是影响武器核性能和惯性约束聚变点火成功与否的关键问题之一，数值模拟是深入理解其演化规律和物理机制的重要研究手段，但该问题内在的多介质、多尺度特性为高精度数值模拟带来了极大的困难。本项目拟发展一类基于物理尺度自适应的高分辨率数值方法，并基于该方法开展湍流混合问题的高精度数值模拟。相关研究工作将围绕以下几个方面开展：1）设计基于物理结构的可以分辨局部物理尺度的尺度识别器，包括湍流脉动识别器和间断识别器；2）利用上述识别器构造基于物理尺度自适应的高分辨率混合格式；3）将上述方法应用到多介质湍流混合问题中，进行高精度数值模拟，为基础研究和工程应用提供数据支撑。研究最终将获得适用于多介质湍流混合的高分辨率数值研究方案，以保证精细化的数值模拟方法在复杂的多介质问题中得到有效的推广和应用，从而服务于武器物理和惯性约束聚变等重大国防需求。

多介质界面失稳及湍流混合是影响武器核性能和惯性约束聚变点火成功与否的关键问题之一，数值模拟是深入理解其演化规律和物理机制的重要研究手段，但该问题内在的多介质、多尺度特性为高精度数值模拟带来了极大的困难。本项目发展了一类基于物理尺度自适应的高分辨率数值方法，并基于该方法开展了湍流混合问题的高精度数值模拟。项目实施周期开展了如下工作：1）设计了基于物理结构的可以分辨局部物理尺度的尺度识别器，包括湍流脉动识别器和间断识别器；2）利用上述识别器构造了基于物理尺度自适应的高分辨率混合格式；3）将上述方法应用到多介质湍流混合问题中，进行高精度数值模拟，为基础研究和工程应用提供数据支撑。研究最终获得了适用于多介质湍流混合的高分辨率数值研究方案，以保证精细化的数值模拟方法在复杂的多介质问题中得到有效的推广和应用，从而服务于武器物理和惯性约束聚变等重大国防需求。