1、一維磁流體動(dòng)力學(xué)程序SSSMHD研究和實(shí)驗(yàn)構(gòu)形模擬計(jì)算ResearchonOne—DimensionalMagnetoHydrodynamicsCodeSSSMHDandSimulationONConfigurationsinExperimentsADissertationSubmittedtoChinaAcademyofEngineeringPhysicsfortheDegreeofPhilosophyDoctorAuthor：Zha

2、oJiboSupervisor：ProfessorSunChengweiInstituteofFluidPhysicsChinaAcademyofEngineeringPhysicsMianyang，SichuanMAY，2014一維磁流體動(dòng)力學(xué)程序SSSMHD研究和實(shí)驗(yàn)構(gòu)形模擬計(jì)算摘要由脈沖強(qiáng)電流流經(jīng)導(dǎo)體電極板產(chǎn)生的平滑上升的磁壓力對(duì)平面固體樣品材料進(jìn)行準(zhǔn)等熵壓縮加載，是具有重要應(yīng)用前景的嶄新實(shí)驗(yàn)技術(shù)。炸藥爆轟驅(qū)動(dòng)圓柱形金屬套筒內(nèi)爆運(yùn)

3、動(dòng)，壓縮其內(nèi)部預(yù)置的初始磁場(chǎng)，在軸線附近區(qū)域達(dá)到極高磁場(chǎng)和磁壓，是對(duì)低密度材料進(jìn)行(柱形)高壓等熵壓縮的主要手段，也是國(guó)內(nèi)新開拓的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。以爆炸或沖擊電流為原動(dòng)力的多種多樣的磁驅(qū)動(dòng)、磁壓縮實(shí)驗(yàn)技術(shù)，已成為當(dāng)代高能量密度物理領(lǐng)域的主要加載手段之一。這類實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是必須考慮作為負(fù)載的實(shí)驗(yàn)樣品構(gòu)件與傳輸結(jié)構(gòu)及外電路的電磁相互作用，而且實(shí)驗(yàn)中只能使用先進(jìn)的無(wú)接觸、高精度光電測(cè)量技術(shù)，其設(shè)計(jì)涉及到樣品構(gòu)形形狀、幾何尺度和加載波形及時(shí)間的確定，其

4、數(shù)據(jù)處理必須根據(jù)可測(cè)定的樣品表面數(shù)據(jù)去推演樣品內(nèi)部的物理場(chǎng)分布。因此，磁驅(qū)動(dòng)、磁壓縮實(shí)驗(yàn)的數(shù)值模擬必須采用基于多物理過(guò)程的基本方程組，多介質(zhì)、多空腔的樣品構(gòu)形以及與外電路實(shí)時(shí)耦合計(jì)算，才能給出滿足設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)分析所需要的數(shù)據(jù)。這類實(shí)驗(yàn)的加載手段、電磁傳輸、光電測(cè)量和數(shù)據(jù)反演以及樣品自身的力學(xué)、物理和化學(xué)過(guò)程，其多物理數(shù)值模擬計(jì)算必須包括爆轟作用、流體彈塑性、等離子體物理、磁流體力學(xué)和輻射流體力學(xué)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已發(fā)表的有關(guān)磁流體力學(xué)計(jì)算基本上只限

5、于磁流體力學(xué)方程組本身，缺少計(jì)算多空腔(力學(xué)空隙與真空磁腔)的功能，往往借助于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的負(fù)載電流作為加載條件，不能從給定外電路參數(shù)起算，這樣的計(jì)算不夠完備，預(yù)示能力不足。對(duì)于完整的實(shí)驗(yàn)構(gòu)形磁流體力學(xué)計(jì)算來(lái)說(shuō)，存在磁場(chǎng)的真空力學(xué)腔也是一種“介質(zhì)”，其力學(xué)運(yùn)動(dòng)直接影響到電路的變化，并且力學(xué)樣品與電磁學(xué)負(fù)載合二而一，只有解決了這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，才能通過(guò)樣品力學(xué)構(gòu)形的動(dòng)態(tài)電感計(jì)算與集中參數(shù)外電路進(jìn)行實(shí)時(shí)耦合，實(shí)現(xiàn)這兩種差別很大，但又互相耦合的物理

6、過(guò)程的自洽計(jì)算。本文根據(jù)磁流體力學(xué)基本方程組，對(duì)一維彈塑性反應(yīng)流體動(dòng)力學(xué)編碼SSS進(jìn)行了拉格朗日坐標(biāo)下磁流體力學(xué)計(jì)算功能的擴(kuò)展，針對(duì)各種一維的z或0實(shí)驗(yàn)構(gòu)形，實(shí)現(xiàn)材料動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)流體動(dòng)力學(xué)和磁流體力學(xué)的一體化計(jì)算，并且較好地解決了計(jì)算模型與外電路方程組的實(shí)時(shí)耦合計(jì)算問(wèn)題，不需要提供實(shí)驗(yàn)負(fù)載電流作為輸入數(shù)據(jù)。使用本文編制的SSSMHD編碼，對(duì)磁驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中平面樣品的準(zhǔn)等熵壓縮過(guò)程、磁驅(qū)動(dòng)高速金屬飛片、爆炸磁通量壓縮實(shí)驗(yàn)中內(nèi)爆圓柱套筒的磁聚積