论文部分内容阅读
柱面内爆磁通量压缩发生器(以下简称MC-1发生器)是利用炸药爆轰驱动金属套筒,将其内部预置磁通量压缩到轴心附近获得超强磁场,进而对其中的金属施加磁压力的一种高能量密度加载技术。本文利用二维磁流体力学程序TriAngels-MHD,对MC-1发生器的内爆磁压缩过程进行了数值模拟,并结合多个算例讨论了单级MC-1发生器套筒所受扰动及材料的粘性与强度,套筒内界面处扰动的发展规律,以及装置的磁通量压缩能力。研究结果表明:材料的粘性对套筒内界面的扰动发展有一定的影响,粘性较小的材料,会使套筒内界面的扰动趋于平稳;在实验中的压力-温度条件下,材料(不锈钢304)的平均粘性取为0.6m2/s时,套筒的运动情况与实验结果最为相似;材料的强度对套筒在r-θ平面内运动过程的影响几乎可以忽略。套筒在回转前的运动过程中,内界面扰动幅值的增长速度缓慢;在材料电阻率为零的理想情况的计算中,套筒内界面处的扰动会在回转过程中形成明显的MRT不稳定性,且在初始磁场为10T的算例中,MRT不稳定性发展阶段的平均扰动增长率约为0.9134μs-1 在考虑材料电阻率的计算中,则不会出现明显的MRT不稳定性增长。在理想电阻率情况下,初始磁场越小,动能-磁场转换效率越低;施加在套筒外界面上的压强扰动对MC-1发生器的磁通量压缩能力的影响不大。本文利用一维磁流体力学程序MC11D进行了数值模拟,研究了其中的磁扩散过程。计算结果表明,当套筒内部的空腔磁场超过套筒材料的临界磁场后,空腔磁场会以峭面磁扩散波的方式向套筒中快速扩散,且稳定传播的峭面磁扩散波波前高度会保持在临界磁场左右。在磁压缩过程中,峭面磁扩散波和套筒内壁由于温度过高形成的等离子体层对于空腔磁场的扩散起着相反的作用,两者在发展的过程中相互竞争,在不同的阶段分别起着主导作用。本文在一维程序MC11D的基础上,引入了解析形式的状态方程组,针对铜材料拟合出了与标准参数相对误差小于2%的状态方程参数。改造后程序的计算结果与使用标准参数及列表式状态方程数据库模拟的结果一致,与实验数据符合较好。通过对MC11D编码的改造,使之具备了对数据库外的材料进行数值模拟的能力,拓展了原程序的应用范围,为实验结果分析及数据处理提供了一种方法。