[發(fā)明專利]一種用于冷凍靶系統(tǒng)中的燃料冰層界面追蹤模擬方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110384783.8 | 申請日： | 2021-04-09 |
| 公開（公告）號： | CN113158520B | 公開（公告）日： | 2022-10-28 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 厲彥忠;郭富城;李翠 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安交通大學(xué) |
| 主分類號： | G06F30/23 | 分類號： | G06F30/23;G06F17/13;G06F119/08 |
| 代理公司： | 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215 | 代理人： | 賀建斌 |
| 地址： | 710049 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 冷凍 系統(tǒng) 中的 燃料 冰層 界面 追蹤 模擬 方法 | ||
一種用于冷凍靶系統(tǒng)中的燃料冰層界面追蹤模擬方法，將歐拉坐標系與拉格朗日坐標系結(jié)合，通過高斯核函數(shù)估計完成兩個坐標系之間的數(shù)據(jù)傳遞，并結(jié)合Stefan方程對導(dǎo)熱微分方程進行改造，完成對燃料冰層界面的追蹤計算，得到不同邊界載荷下冷凍靶系統(tǒng)中燃料靶丸內(nèi)固態(tài)燃料冰層的輪廓分布，實現(xiàn)冰層均勻性點火的低模粗糙度0.5μm，冰層厚度±3μm以及氣體密度的要求；本發(fā)明能夠更加直觀且全面地表征溫度場對靶丸內(nèi)燃料冰層形貌的影響，為實驗提供理論方面的技術(shù)指導(dǎo)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于冷凍靶系統(tǒng)設(shè)計仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于冷凍靶系統(tǒng)中的燃料冰層界面追蹤模擬方法。
背景技術(shù)
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(yīng)。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。
目前主要通過實驗的方式來表征燃料冰層的均勻性，具體的表征方法有LED背光表征、X射線相襯成像表征。由于僅可通過特定的方向(南北兩極方向，赤道方向)對靶丸內(nèi)的燃料冰層輪廓進行觀測，大量的燃料冰層輪廓信息都會被掩蓋。為了能夠更加直觀且全面地表征溫度場對靶丸內(nèi)燃料冰層形貌的影響，為實驗提供理論方面的技術(shù)指導(dǎo)，一種可用于冷凍靶系統(tǒng)中的燃料冰層界面追蹤模擬方法亟需建立。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供了一種用于冷凍靶系統(tǒng)中的燃料冰層界面追蹤模擬方法，能夠更加直觀且全面地表征溫度場對靶丸內(nèi)燃料冰層形貌的影響，為實驗提供理論方面的技術(shù)指導(dǎo)。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
一種用于冷凍靶系統(tǒng)中的燃料冰層界面追蹤模擬方法，將歐拉坐標系與拉格朗日坐標系結(jié)合，通過高斯核函數(shù)估計完成兩個坐標系之間的數(shù)據(jù)傳遞，并結(jié)合Stefan方程對導(dǎo)熱微分方程進行改造，完成對燃料冰層界面的追蹤計算，得到不同邊界載荷下冷凍靶系統(tǒng)中燃料靶丸內(nèi)固態(tài)燃料冰層的輪廓分布，實現(xiàn)冰層均勻性點火的低模粗糙度0.5μm，冰層厚度±3μm以及氣體密度的要求。
一種用于冷凍靶系統(tǒng)中的燃料冰層界面追蹤模擬方法，包括下述步驟：
(1)設(shè)定燃料冰層的初始形貌，靶丸外表面溫度分布，以及燃料氣體的密度參數(shù)；
(2)計算tm時刻歐拉坐標系網(wǎng)格內(nèi)燃料冰層實際體體積占比β：
假定單個歐拉網(wǎng)格內(nèi)燃料冰層輪廓質(zhì)點的排列近似為直線，則β表示為：
其中Δx、Δy和Δz分別為x、y和z方向的網(wǎng)格尺寸，靶丸中心點位置為歐拉網(wǎng)格中心點的位置坐標為為單個歐拉網(wǎng)格內(nèi)的所有燃料冰層輪廓質(zhì)點平均位置矢量；
(3)通過燃料氣體的密度，求得其對應(yīng)的飽和狀態(tài)溫度，并加載至燃料冰層內(nèi)表面邊界；
(4)計算tm時刻歐拉坐標系下溫度場分布：
在每個時刻都認為燃料冰層界面溫度均勻，其值等于在該時刻下燃料氣體密度對應(yīng)的相變飽和溫度；同時，將燃料氣體當(dāng)作固體進行等價處理，在歐拉坐標下，僅需求解固體域的溫度場，所采用的控制方程為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程：
其中T為溫度，t為時間，αeff為等效熱擴散系數(shù)，其表達式如下：
其中k為導(dǎo)熱系數(shù)，ρ為密度，cp為定壓熱容；
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于西安交通大學(xué)，未經(jīng)西安交通大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202110384783.8/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
