磁驱动高速平面飞片数值模拟研究

高速和超高速飞片技术研究把材料在超高压范围内（数百GPa至TPa量级及以上）的状态方程的一个重要手段。同时，发展超高速飞片发射技术，有利于提高空间碎片地面模拟能力，在航天航空领域有着重要应用。在目前发展的诸多高速飞片发射技术中，磁驱动高速飞片发射技术具有发射速度高、飞片平面度好、同时多发发射的特点和优势。. 磁流体力学数值模拟研究对促进磁驱动飞片发射技术的飞跃发展具有重要意义，可为装置参数设计、样品尺寸设计、实验结果预估以及实验现象与物理过程分析提供数值计算工具。本项目在磁流体力学基础上，建立二维磁驱动飞片的物理模型，采取算子分裂法和隐式差分格式求解磁流体力学方程组，研制出二维数值模拟程序，开展磁驱动高速飞片物理规律研究，并将开展多发程序验证性实验，为我国电磁驱动技术的发展提供理论计算和数值分析的工具。

本项目围绕磁驱动平面飞片实验开展数值模拟研究,完成了二维磁流体力学程序研制，该程序已经成为了磁驱动飞片实验的重要计算工具，用于深入分析磁驱动高速飞片的物理过程与规律、实验现象。课题研究取得了如下成果：1）在磁流体力学方程组的基础上，考虑了磁驱动过程中磁扩散、磁冻结、热扩散、欧姆加热、力学等多物理过程，材料状态方程采用数据库，电阻率方程使用修正的Burgess电阻率，建立了适用于模拟磁驱动平面飞片的磁流体力学物理模型。2）设计了三步分裂法求解方案进行解耦以提高计算速度，采用了隐式差分格式进行求解以提高格式稳定性，程序经验证在中心区域可保证二阶精度，界面上具有一阶以上精度。3）完成了二维磁驱动高速飞片计算程序MDSC2的研制及验证确认工作，与代表性的文献资料提供的计算和实验结果进行了计算比较，计算精度与ALEGRA程序结果基本一致。4）在流体物理研究所的实验平台CQ-4、聚龙一号等装置上开展了多发次磁驱动高速飞片实验，获取了不同驱动电流下，飞片的自由面速度历程，结合实验测量结果，利用二维磁驱动程序开展磁驱动高速飞片物理过程的详细分析，给出磁驱动高速飞片的基本物理规律。5）深入理解了飞片烧蚀的主要机制，提高我们对磁驱动物理过程的认识，给出了负载设计的基本原则，从而提高了磁驱动实验多物理场耦合分析与负载设计技术。