烧蚀瑞利·泰勒不稳定性的多模非线性演化

The ablative Rayleigh-Taylor instability (ARTI) is a critical obstacle to the inertial confinement fusion (ICF), and also exists in various important astrophysical phenomena as a fundamental physical problem. In this proposed project, we will be focusing on the urgent topics concerning the current ICF program, study the nonlinear multi-mode coupling of ARTI in both two- and three- dimensions via numerical simulation and analytical modeling. Important topics such as, the competition and energy transfer among the modes with different wavelengths, the saturated bubble envelope velocity grown from a set of white-color initial perturbations, and the isolated small-scale bubble’s generation and penetration inside the shell, will be covered. This study will benefit understanding the evolution of ARTI relevant to ICF.

烧蚀瑞利•泰勒不稳定性(ARTI)是目前惯性约束核聚变(ICF)实现点火的关键障碍因素之一，也作为基础的物理问题存在于多种重要的天体物理现象中。本项目将通过数值计算和理论分析的途径，从当前ICF研究领域关注的科学问题出发，分别研究二维和三维几何构型下的ARTI多模态非线性耦合发展过程，探索不同波长的模态之间的竞争机制和能量传递趋势，白噪声初始扰动下气泡包络的收尾速度，孤立小尺寸气泡的产生和运动机理等重要基础物理问题。研究结果将有助于加深对ICF相关参数下ARTI演化的理解。

烧蚀瑞利•泰勒不稳定性(ARTI)是目前惯性约束核聚变(ICF)中影响内爆效率的关键风险因素之一。本项目通过数值计算和理论分析，聚焦了当前ICF研究领域关注的ARTI相关的一系列基础科学问题。研究了二维和三维几何构型下的ARTI双模态和多模态非线性耦合发展过程，阐明了不同波长的模态之间的耦合竞争和形成孤立小气泡的机制，发现多模态气泡包络的非线性渐进穿透速度受初始扰动条件和烧蚀速度影响，指出了短波长模态在多模ARTI演化中的重要性；利用理论建模得到了在加速度随时间变换场景下的气泡速度的演化公式，并得到了流体可压缩性在此场景下对气泡速度的影响规律；研究了改变烧蚀速度对ARTI演化的影响规律，发现提高烧蚀速度会提高非线性阶段的气泡饱和速度。研究成果可望帮助加深对ICF相关参数下ARTI演化的理解。