极端条件下单模界面不稳定性的分子动力学研究
本文关键词：极端条件下单模界面不稳定性的分子动力学研究 出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：当冲击波通过两种不同物质的界面时,界面初始扰动在冲击加载作用下会增长演化,最终发展成湍流混合,这就是所谓的Richtmyer-Meshkov instability(RMI)。RMI是目前惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)研究中的关键基础问题,其挑战主要来源于极端热动力学条件(P》100 GPa,T》10000 K),特别是物质电离引起的材料物性、热力学状态等性质的急剧变化,为相关理论、实验和数值模拟带来巨大的挑战。基于极端条件下RMI的研究现状,本文首先不考虑电离效应,采用基于经验势函数的分子动力学研究了不同尺度和加载条件下Cu-He/Ar界面的RMI过程,证实了微纳与宏观尺度规律的一致性。其次考虑电离效应,采用基于eFF势函数的分子动力学模拟了相同条件下Li-H2界面的RMI过程,发现考虑电离效应后RMI呈现新特征。最后深入分析了电离效应对RMI的影响机制,并进行了验证。本文主要研究成果如下:1、通过对时间步长、计算尺寸、加载方式等参数综合优选,确定了微纳尺度下分子动力学模拟RMI的合理计算参数,有一定的通用性。2、证明了微纳米尺度下的RMI同宏观尺度下的RMI有相似的演化现象,在计算时间尺度内满足相同演化规律。3、发现极端加载条件下RMI的演化呈现新的特征,即振幅增长的线性段加长和非线性段振幅增长速度高于无电离效应算例,和部分Nova实验结果相互印证。4、发现极端条件下,激波作用会产生电荷分离,并诱导附加电场的产生。附加电场强度和分布沿运动方向并不均匀,受到激波强度、运动位置以及物质电离性质的影响。5、发现界面尖钉和气泡位置受到附加电场的加速度的大小和差异影响界面振幅的增长规律。这是极端条件下RMI演化出现新特征的物理机理,其实质表现为 RMI 混合 RTI(Rayleigh-Taylor instability)的耦合效应。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL632
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，本文编号：1331327
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