限流效应的Fokker-Planck模拟

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruhua529
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在激光等离子体相互作用中,由于在临界密度面处激光不能继续往前传播,导致该面附近电子的温度密度的梯度非常大。要研究这种特殊的条件下的热流,经典Spitzer-Harm热传导模型是失效的,必须要用Fokker-Planck模拟才能正确反映该过程中的热传导现象。在本论文中,基于Epperlein发展的差分格式,作者在董亚林和赵斌发展的空间一维Fokker-Planck程序中耦合了流体运动项,使程序能够计算更长时间尺度内的热流演化,并且能够模拟激光等离子体相互作用中激波的形成与传播的过程。我们详细地描述了这个程序,并给出了验证算例来检验程序的正确性。   利用耦合了流体项的Fokker-Planck程序,我们研究了在不同激光强度,不同材料的情况下电子温度密度分布随时间的演化,并把模拟结果与使用限流模型的MULTI流体程序的模拟结果做了对比,从而得到限流因子随时间的演化。我们的研究表明,在激光强度在2×1014W/cm2到l×1015W/cm2时,在MULTI中使用恰当的恒定限流因子,就可以很好的拟合两种模拟中的激波位置随时间的演化。然而,在激光强度超过1×1015W/cm2的情况下,我们发现,在流体程序中使用恒定的限流因子不再合适,此时需要使用随时间变化的限流因子。这里我们通过曲线拟合,给出了限流因子随时间的演化函数。同时,我们对热流空间分布的研究表明,在以往的研究中,使用临界密度处的热流与自由流之比作为全空间的限流因子是不合适的,因为该比值是空间的最大值。如果把该处适用的限流因子用于整个空间,会造成其它空间点处热流过大,导致烧蚀过快。另外,我们在研究中发现,在激光强度大于5×1014W/cm2时,在流体模拟中无法同时使激波位置和冕区温度都和FP模拟结果吻合。要使流体模拟中冕区的温度与FP模拟中的冕区温度吻合,限流因子需要取更大的值0.1,此时流体模拟中的激波位置会明显领先于FP模拟中的激波位置。最后,我们的研究还表明,激光强度越大,需要的限流因子就越小;而材料的原子序数Z越大,需要的限流因子就越大。
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