[發(fā)明專利]一種用于冷凍靶溫度場預測的定向紅外光-熱耦合模擬方法

有效

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• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113158532B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 厲彥忠;郭富城;李翠
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F17/13;G06F119/08
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種用于冷凍靶溫度場預測的定向紅外光?熱耦合模擬方法，通過蒙特卡洛方法對冷凍靶系統(tǒng)外置定向紅外光場進行求解，將紅外熱貢獻與溫度場控制方程相耦合，并引入策略來保證計算的可靠性和收斂速度，本發(fā)明考慮了紅外光場和溫度場之間的強烈耦合作用，提高了計算結果的準確性。

技術領域

本發(fā)明屬于冷凍靶系統(tǒng)溫度場技術領域，具體涉及一種用于冷凍靶溫度場預測的定向紅外光-熱耦合模擬方法。

背景技術

慣性約束核聚變是通過激光均勻地輻照在冷凍靶丸的表面，從而達到高溫高密度的點火條件從而實現(xiàn)聚變反應。為實現(xiàn)點火要求，避免瑞利-泰勒不穩(wěn)定性，靶丸內(nèi)氘-氘燃料冰層厚度均勻性需大于99％，燃料冰層內(nèi)表面均方根粗糙度需小于1μm。燃料冰層的低模粗糙度主要受靶丸周圍的溫度場所決定，因此冷凍靶溫度場控制的重要性尤為突出。

為了使靶丸內(nèi)氘-氘燃料冰層質(zhì)量滿足點火要求，需要通過添加外界激勵的方式使得燃料冰層更為均勻。現(xiàn)有一種被認為可行的方案是通過向靶丸表面投射定向紅外，輻照靶丸表面低溫區(qū)域，從而改善冰層質(zhì)量。受冷凍靶裝置尺寸限制，靶丸及其周圍溫度場無法通過傳感器測量，因此需要通過數(shù)值計算的方法對實驗進行預測及指導。

目前冷凍靶系統(tǒng)的結構(文獻Point design targets,specifications,andrequirementsfor the 2010ignition campaign on the NationalIgnitionFacility)定向紅外條件下溫度場數(shù)值模擬的主要思路為光-熱解耦，即紅外光場與溫度場的計算分開進行(文獻ComputationalDesign of InfraredEnhancedLayeringofICFCapsules)，忽略了紅外光場和溫度場之間的強烈耦合作用，僅僅考慮了紅外光場對靶丸溫度場的熱貢獻，忽略了溫度場自身的紅外效應，使得計算結果失真，無法為實驗提供可靠的理論指導。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明目的在于提高了一種用于冷凍靶溫度場預測的定向紅外光-熱耦合模擬方法，考慮了紅外光場和溫度場之間的強烈耦合作用，提高了計算結果的準確性。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種用于冷凍靶溫度場預測的定向紅外光-熱耦合模擬方法，通過蒙特卡洛方法對冷凍靶系統(tǒng)外置定向紅外光場進行求解，將紅外熱貢獻與溫度場控制方程相耦合，并引入策略來保證計算的可靠性和收斂速度，包括以下步驟：

1)確定光源粒子的初始位置及能量相關參數(shù)；

2)確定光源粒子的下一個碰撞距離l及粒子的新位置：

3)判斷光源粒子是否逸出計算域，若是，停止光源粒子追蹤；若否，繼續(xù)進行下一步；

4)判斷光源粒子是否與壁面發(fā)生碰撞，若是，執(zhí)行步驟5)；若否，執(zhí)行步驟6)；

5)根據(jù)壁面發(fā)射率判斷光源粒子是否被壁面吸收，若是，計入熱貢獻，停止光源粒子追蹤；若否，根據(jù)壁面漫射系數(shù)確定光源粒子反射方向；

6)根據(jù)單次反照度判斷光源粒子是否被氦氣中的雜質(zhì)吸收，若是，計入熱貢獻，停止光源粒子追蹤；若否，根據(jù)相位函數(shù)確定光源粒子的散射方向；

7)執(zhí)行步驟2)，直至光源粒子追蹤停止；

8)將計入的光源粒子熱貢獻帶入導熱微分方程，并結合動量方程、連續(xù)性方程計算出冷凍靶溫度場分布。

所述的步驟1)中光源粒子的初始位置和能量相關參數(shù)要根據(jù)相應的熱物理邊界來確定。

所述的步驟2)中光源粒子在一次傳播過程中的碰撞距離l通過下式進行計算：