28231.一維磁流體動力學程序sssmhd研究和實驗構形模擬計算

1、一維磁流體動力學程序SSSMHD研究和實驗構形模擬計算ResearchonOne—DimensionalMagnetoHydrodynamicsCodeSSSMHDandSimulationONConfigurationsinExperimentsADissertationSubmittedtoChinaAcademyofEngineeringPhysicsfortheDegreeofPhilosophyDoctorAuthor：Zha

2、oJiboSupervisor：ProfessorSunChengweiInstituteofFluidPhysicsChinaAcademyofEngineeringPhysicsMianyang，SichuanMAY，2014一維磁流體動力學程序SSSMHD研究和實驗構形模擬計算摘要由脈沖強電流流經導體電極板產生的平滑上升的磁壓力對平面固體樣品材料進行準等熵壓縮加載，是具有重要應用前景的嶄新實驗技術。炸藥爆轟驅動圓柱形金屬套筒內爆運

3、動，壓縮其內部預置的初始磁場，在軸線附近區(qū)域達到極高磁場和磁壓，是對低密度材料進行(柱形)高壓等熵壓縮的主要手段，也是國內新開拓的實驗領域。以爆炸或沖擊電流為原動力的多種多樣的磁驅動、磁壓縮實驗技術，已成為當代高能量密度物理領域的主要加載手段之一。這類實驗的特點是必須考慮作為負載的實驗樣品構件與傳輸結構及外電路的電磁相互作用，而且實驗中只能使用先進的無接觸、高精度光電測量技術，其設計涉及到樣品構形形狀、幾何尺度和加載波形及時間的確定，其

4、數(shù)據(jù)處理必須根據(jù)可測定的樣品表面數(shù)據(jù)去推演樣品內部的物理場分布。因此，磁驅動、磁壓縮實驗的數(shù)值模擬必須采用基于多物理過程的基本方程組，多介質、多空腔的樣品構形以及與外電路實時耦合計算，才能給出滿足設計和實驗分析所需要的數(shù)據(jù)。這類實驗的加載手段、電磁傳輸、光電測量和數(shù)據(jù)反演以及樣品自身的力學、物理和化學過程，其多物理數(shù)值模擬計算必須包括爆轟作用、流體彈塑性、等離子體物理、磁流體力學和輻射流體力學。國內現(xiàn)已發(fā)表的有關磁流體力學計算基本上只限

5、于磁流體力學方程組本身，缺少計算多空腔(力學空隙與真空磁腔)的功能，往往借助于實驗測量的負載電流作為加載條件，不能從給定外電路參數(shù)起算，這樣的計算不夠完備，預示能力不足。對于完整的實驗構形磁流體力學計算來說，存在磁場的真空力學腔也是一種“介質”，其力學運動直接影響到電路的變化，并且力學樣品與電磁學負載合二而一，只有解決了這兩個關鍵問題，才能通過樣品力學構形的動態(tài)電感計算與集中參數(shù)外電路進行實時耦合，實現(xiàn)這兩種差別很大，但又互相耦合的物理

6、過程的自洽計算。本文根據(jù)磁流體力學基本方程組，對一維彈塑性反應流體動力學編碼SSS進行了拉格朗日坐標下磁流體力學計算功能的擴展，針對各種一維的z或0實驗構形，實現(xiàn)材料動力學、反應流體動力學和磁流體力學的一體化計算，并且較好地解決了計算模型與外電路方程組的實時耦合計算問題，不需要提供實驗負載電流作為輸入數(shù)據(jù)。使用本文編制的SSSMHD編碼，對磁驅動實驗中平面樣品的準等熵壓縮過程、磁驅動高速金屬飛片、爆炸磁通量壓縮實驗中內爆圓柱套筒的磁聚積