2011-CAPT总结PPTpdf
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一、概况
2011年研究包括下列四个方面 1.可压缩高马赫数流体行为 (1)高雷诺数和高马赫数的流体湍流 (2)流体力学不稳定性和相对论射流(Jet) (3)激光聚变、天体等过程中的多相流界面混合 聚 等 中 界 2. 高能量密度物质特性 (1)HED条件下凝聚态物理和材料科学 (2)材料辐照损伤机理 (3)纳米物质特性 3 强场物理与粒子加速 3. (1)强场下原子物理 (2)超强激光与物质作用中带电粒子加速 4. 计算科学 (1)高精度、高分辨率、多尺度计算方法 (2)数值模拟技术 (3) 软件研制和开发
(, )乘(tu +u u u=--1p), p) 令=u和=u t-0=-[u+Ts+] (1) t+H-0=-[u+Ts+](2) H=h+u2 /2,=-1V
二、可压缩高马赫数流体行为
激波对湍流场的影响
J. Wang, Y. Shi , L.-P. Wang, Z. Xiao, X. He and S. Chen,, Physics of Fluids 23, 125103(2011).
二、可压缩高马赫数流体行为
流体穿过激波后受到强压缩,密度、压力和熵等热力学量急剧升高 熵
压力
对于较弱的激波,激波厚度与激波马赫数的关系: 一般情况下, 其中, , , 分别是流体的运动学粘性系数、声速以及分子自由程。 下标1表示激波前的流场参数 流场中的Kolmogorov尺度(K尺度)为: 1 =0.00023m。其中,动能耗散率为: Kolmogorov尺度与激波厚度的关系: ,其中, , , 和 分别是激波前流场的马赫数和含能尺度。 在数值模拟中,激波厚度约为三到四个Kolmogorov尺度
二、可压缩高马赫数流体行为
上页右图(涡管): 蓝色为弱压缩区域,红色或黄色为强压缩区域。 蓝色为弱压缩区域 红色或黄色为强压缩区域 激波厚度 约为几干个K(0.00023m)长度。
涡管结构显示采用了Q等值面(Q判据:流体微元旋转强度大于局 部变形强度)。激波面显示采用了 (流体微元受到很强的压 缩) 。左图主要显示了激波前的湍流场;右图主要显示了 激波后的湍流场。(图上显示的是256× 256 × 256网格数的子区 域)。 域) 湍流场经过激波,受到很强的压缩,流体的密度会增加,速度脉动 强度也急剧增加。小尺度上的涡结构变得更强。 流体穿过激波后,涡结构受到强压缩,而且有平行于激波面的趋势。
流体穿过激波后:涡结构受到强压缩和破碎,而且有平行于激波面的 , 趋势。涡线会平躺在激波面上。 变形速度也有很大的改变。局部流体团的拉伸、压缩作用与激波面法向紧 密相关。左图:蓝色为涡量等值面,黄色为速度散度等值面(激波面)。 中图(速度散度等值面):红色为拟涡能( 2 / 2 )产生率正的区域,蓝 色为拟涡能产生率负的区域。
CAPT2011年工作总结
北大应用物理与技术研究中心(CAPT) 教育部HEDPS重点实验室
2012年4月
目 录
一、概况 二-五、2011年研究进展 六、2012年研究计划 年 究计划 七、结束语
一、概况
1、中心人员组成:引进固定人员2人,兼职人员39人(九所 16名,北大27),分可压缩流体行为、高能量密度物质特性、 名,北大 ),分可压缩流体行为、高能量密度物质特性、 强场物理与粒子加速、计算科学四个学术组。 2、中心建立了培源学者博士后、主任基金博士后、普通博士 2 中心建立了培源学者博士后 主任基金博士后 普通博士 后制度联合培养博士生和博士后,取得了很大成效,不少 成果都是通过联合研究取得的 现有博士后10名 博士生 成果都是通过联合研究取得的。现有博士后10名,博士生 13名。 3 2011年发表论文约80篇 其中IF>3的杂志占约1/3 包括 3、2011年发表论文约80篇,其中IF>3的杂志占约1/3,包括 JACS,PRL,J.Phys.Chem.C, PRB等杂志。目前仍有不少重 要成果正在评审之中。 要成果正在评审之中
一、概况
5、学术交流和国际影响:充分利用北大的学术环境,推动国 学术交流和国 影 充分利 北大的学术 境 推动国 际合作交流与创新 - 外籍千人 Dr. Heiglich引进;青年千人引进 - 多次邀请国内外专家学术报告 - 每年组织或联合组织国际会议1-2次。今年10月18日-21日 北京高能量密度物理国际会议 - 扩大了国际影响,CAPT网站近期点击率平均120-130次/天。 6、中心大力提倡“学术民主、积极交流、畅所欲言、思想创 新”的治学思维,形成学术争论的气氛,鼓励成员学术创新。 7、中心建成了高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室(B 中 成了高 密 值 育部 点实 类),以及工程应用基础技术基地(北京大学)、教育部 IFSA中心北京大学分中心。 中 北京大学分中 。
二、可压缩高马赫数流体行为
1 高雷诺数和高马赫数的流体湍流 1、高雷诺数和高马赫数的流体湍流
可压缩湍流上。胀压部分主要集中在激波上。 剪切和胀压部分的相互作用也即激波-旋涡相互作用。 可压缩流体湍流研究表明:当马赫数M7-8(湍流马赫数Mt1) 时,发生机制主要来自冲击波波阵面附近的胀量(速度的散度 = u 大小)而不是传统的涡量(速度的旋度=u 大小)。 方程(2)中(u)项表明涡量与胀量耦合( u 相当于随机力), 导致进入冲击波破碎成一系列小的涡量,产生了高马赫数可压缩流体湍 流 这对 解内爆过程能量传输 流体力学 稳定性和界 多相流的发展 流。这对理解内爆过程能量传输、流体力学不稳定性和界面多相流的发展 和混合有重要意义。
计算区域:初始空气0.24m× 0.24m× 0.24m的方格子,每边分1024。 周期性边条件。数值方法:紧致差分格式和WENO格式相结合的混合格式。 流场参数 泰勒雷诺数 流场参数:泰勒雷诺数250左右(雷诺数50000);湍流马赫数<1.0,>1时 左 (雷诺数 ) 湍流 赫数 时 激波面破坏。