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单路脉冲功率真空装置的三维数值模拟研究

黄培培 刘大刚 刘腊群 王辉辉 夏梦局 陈颖

单路脉冲功率真空装置的三维数值模拟研究

黄培培, 刘大刚, 刘腊群, 王辉辉, 夏梦局, 陈颖
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  • 研究了单路脉冲功率真空装置中脉冲功率的馈入、汇聚及传输, 在CHIPIC平台上, 采用多台计算机进行分进程并行计算的方法, 突破了单台计算机的内存及运行速度限制, 对单路脉冲功率的馈入、汇聚及传输装置进行建模, 并设置相应的参数, 从而对该大尺度装置进行了整体模拟. 模拟得到的该器件各个部分的阴阳极间电压、阴阳极电流等一些重要的物理参数. 模拟结果表明: 该单路真空脉冲功率器件整体都可以保持磁绝缘状态, 并达到了很好的功率汇聚的作用. 该工作验证了真空状态下脉冲功率产生及传输器件的可行性, 为进一步的实验研究提供了有力保证.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11175040)资助的课题.
    [1]

    Guo F, Li Y D, Wang H G, Liu C L, Hu Y X, Zhang P F, Ma M 2011 Acta Phys. Sin. 60 102901 (in Chinese) [郭帆, 李永东, 王洪广, 刘纯亮, 呼义翔, 张鹏飞, 马萌 2011 物理学报 60 102901]

    [2]

    Song S Y 2004 Ph. D. Thesis (Mianyang: Institute of Fluid Physics) p4 (in Chinese) [宋盛义 2004 博士学位论文 (绵阳: 流体物理研究所) 第4页]

    [3]

    Spielman R B, Stygar W A, Struve K W, Seamen J F 1997 IEEE Particle Accelerator Conference May 12-16, 1997 p1235

    [4]

    Spielman R B, Long F, Martin T H, Poukey J W, Seidel D B, Shoup W, Stygar W A, Mcdaniel D H, Mostrom M A, Struve K W, Corcoan P, Smith I, Spence P 1995 IEEE Pulsed Power Conference Jul 03-06, 1995 p396

    [5]

    Stygar W A, Spielman R B, Allshouse G O, Deeney C, Humphreys D R, Ives H C, Long F W, Martin T H, Matzen M K, McDaniel D H, Mendel Jr C W, Mix L P, Nash T J, Poukey J W, Ramirez J J, Sanford T W L, Seamen J F, Seidel D B, Smith J W, van De Valde D M, Wavrik R W, Corcoran P A, Douglas J W, Smith I D, Mostrom M A, Struve K W, Hughes T P, Clark R E, Shoup R W, Wagoner T C, Gilliland T L, Peyton B P 1997 IEEE Pulsed Power Conference Jun 29-Jul 02, 1997 p591

    [6]

    Liu L Q, Meng L, Deng J J, Song S Y, Zou W K, Liu D G, Liu S G 2010 Acta Phys. Sin. 59 1643 (in Chinese) [刘腊群, 蒙林, 邓建军, 宋盛义, 邹文康, 刘大刚, 刘盛刚 2010 物理学报 59 1643]

    [7]

    Greedon J M 1977 Phys. Appl. 48 1070

    [8]

    Wang H H, Meng L, Liu D G, Liu L Q, Yang C 2012 Physics of Plasmas 19 103506

    [9]

    Zhou J, LIU D G, Liao C 2012 Journal of Plasma Physics 79 69

    [10]

    Zhou J, Liu D G, Liao C, Li Z H IEEE Trans. Plasma Sci. 37 2002

    [11]

    Liu L Q, Liu D G, Wang X Q, Zou W K, Yang C 2012 Acta Phys. Sin. 61 162901 (in Chinese) [刘腊群, 刘大刚, 王学琼, 邹文康, 杨超 2012 物理学报 61 162901]

    [12]

    Liao C, Zhou J, Liu D G, Liu S G 2011 High power laser and particle beams 23 1020 (in Chinese) [廖臣, 周俊, 刘大刚, 刘盛刚 2011 强激光与粒子束 23 1020]

    [13]

    Liao C, Liu D G, Liu S G 2009 Acta Phys. Sin. 58 6709 (in Chinese) [廖臣, 刘大刚, 刘盛刚 2009 物理学报 58 6709]

  • [1]

    Guo F, Li Y D, Wang H G, Liu C L, Hu Y X, Zhang P F, Ma M 2011 Acta Phys. Sin. 60 102901 (in Chinese) [郭帆, 李永东, 王洪广, 刘纯亮, 呼义翔, 张鹏飞, 马萌 2011 物理学报 60 102901]

    [2]

    Song S Y 2004 Ph. D. Thesis (Mianyang: Institute of Fluid Physics) p4 (in Chinese) [宋盛义 2004 博士学位论文 (绵阳: 流体物理研究所) 第4页]

    [3]

    Spielman R B, Stygar W A, Struve K W, Seamen J F 1997 IEEE Particle Accelerator Conference May 12-16, 1997 p1235

    [4]

    Spielman R B, Long F, Martin T H, Poukey J W, Seidel D B, Shoup W, Stygar W A, Mcdaniel D H, Mostrom M A, Struve K W, Corcoan P, Smith I, Spence P 1995 IEEE Pulsed Power Conference Jul 03-06, 1995 p396

    [5]

    Stygar W A, Spielman R B, Allshouse G O, Deeney C, Humphreys D R, Ives H C, Long F W, Martin T H, Matzen M K, McDaniel D H, Mendel Jr C W, Mix L P, Nash T J, Poukey J W, Ramirez J J, Sanford T W L, Seamen J F, Seidel D B, Smith J W, van De Valde D M, Wavrik R W, Corcoran P A, Douglas J W, Smith I D, Mostrom M A, Struve K W, Hughes T P, Clark R E, Shoup R W, Wagoner T C, Gilliland T L, Peyton B P 1997 IEEE Pulsed Power Conference Jun 29-Jul 02, 1997 p591

    [6]

    Liu L Q, Meng L, Deng J J, Song S Y, Zou W K, Liu D G, Liu S G 2010 Acta Phys. Sin. 59 1643 (in Chinese) [刘腊群, 蒙林, 邓建军, 宋盛义, 邹文康, 刘大刚, 刘盛刚 2010 物理学报 59 1643]

    [7]

    Greedon J M 1977 Phys. Appl. 48 1070

    [8]

    Wang H H, Meng L, Liu D G, Liu L Q, Yang C 2012 Physics of Plasmas 19 103506

    [9]

    Zhou J, LIU D G, Liao C 2012 Journal of Plasma Physics 79 69

    [10]

    Zhou J, Liu D G, Liao C, Li Z H IEEE Trans. Plasma Sci. 37 2002

    [11]

    Liu L Q, Liu D G, Wang X Q, Zou W K, Yang C 2012 Acta Phys. Sin. 61 162901 (in Chinese) [刘腊群, 刘大刚, 王学琼, 邹文康, 杨超 2012 物理学报 61 162901]

    [12]

    Liao C, Zhou J, Liu D G, Liu S G 2011 High power laser and particle beams 23 1020 (in Chinese) [廖臣, 周俊, 刘大刚, 刘盛刚 2011 强激光与粒子束 23 1020]

    [13]

    Liao C, Liu D G, Liu S G 2009 Acta Phys. Sin. 58 6709 (in Chinese) [廖臣, 刘大刚, 刘盛刚 2009 物理学报 58 6709]

  • [1] 廖臣, 刘大刚, 刘盛纲. 三维电磁粒子模拟并行计算的研究. 物理学报, 2009, 58(10): 6709-6718. doi: 10.7498/aps.58.6709
    [2] 刘腊群, 蒙林, 刘大刚, 刘盛纲, 邓建军, 宋盛义, 邹文康. 磁绝缘传输线中心汇流区数值模拟的实现. 物理学报, 2010, 59(3): 1643-1650. doi: 10.7498/aps.59.1643
    [3] 林晨森, 陈硕, 李启良, 杨志刚. 耗散粒子动力学GPU并行计算研究. 物理学报, 2014, 63(10): 104702. doi: 10.7498/aps.63.104702
    [4] 吴撼宇, 曾正中, 邱孟通, 张信军, 郭宁, 魏浩. 高功率单孔柱-孔汇聚传输结构的电磁粒子仿真. 物理学报, 2019, 68(17): 178401. doi: 10.7498/aps.68.20190535
    [5] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(5): 3268-3273. doi: 10.7498/aps.58.3268
    [6] 刘腊群, 刘大刚, 王学琼, 杨超, 夏蒙重, 彭凯. 磁绝缘传输线中心汇流区电子能量沉积及温度变化的数值模拟研究. 物理学报, 2012, 61(16): 162902. doi: 10.7498/aps.61.162902
    [7] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025217. doi: 10.7498/aps.60.025217
    [8] 周晓军, 郭文琼, 张雄军, 隋 展, 吴登生. 等离子体电极普克尔盒电光开关单脉冲过程数值模拟. 物理学报, 2006, 55(7): 3519-3523. doi: 10.7498/aps.55.3519
    [9] 张义招, 包芸. 三维湍流Rayleigh-Bénard热对流的高效并行直接求解方法. 物理学报, 2015, 64(15): 154702. doi: 10.7498/aps.64.154702
    [10] 许光明, 崔建忠, 訾炳涛, 姚可夫. 脉冲磁场下金属熔体凝固流场的数值模拟. 物理学报, 2003, 52(1): 115-119. doi: 10.7498/aps.52.115
    [11] 王雨虹, 王江安, 任席闯. 激光空泡特性实验与数值计算研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8372-8378. doi: 10.7498/aps.58.8372
    [12] 肖俊, 李登宇, 王雅丽, 史祎诗. 并行化叠层成像算法研究. 物理学报, 2016, 65(15): 154203. doi: 10.7498/aps.65.154203
    [13] 郭朝博, 黄健康, 石玗, 樊丁. 脉冲电流作用下TIG电弧的数值分析. 物理学报, 2011, 60(4): 048102. doi: 10.7498/aps.60.048102
    [14] 周洪强, 于明, 孙海权, 董贺飞, 张凤国. 炸药爆轰的连续介质本构模型和数值计算方法. 物理学报, 2014, 63(22): 224702. doi: 10.7498/aps.63.224702
    [15] 成玉国, 夏广庆. 感应式脉冲推力器中等离子体加速数值研究. 物理学报, 2017, 66(7): 075204. doi: 10.7498/aps.66.075204
    [16] 郭景杰, 李邦盛, 王狂飞, 米国发, 傅恒志. Ti-45at.% Al合金定向凝固过程中显微组织演化的计算机模拟. 物理学报, 2008, 57(5): 3048-3058. doi: 10.7498/aps.57.3048
    [17] 周庆, 何校栋, 胡月. 用简单物理模型构建通用对称加密系统. 物理学报, 2011, 60(9): 094701. doi: 10.7498/aps.60.094701
    [18] 李维勤, 刘丁, 张海波. 高能电子照射绝缘样品的泄漏电流特性. 物理学报, 2014, 63(22): 227303. doi: 10.7498/aps.63.227303
    [19] 李维勤, 郝杰, 张海波. 高能电子辐照绝缘厚样品的表面电位动态特性. 物理学报, 2015, 64(8): 086801. doi: 10.7498/aps.64.086801
    [20] 李维勤, 张海波. 低能电子束照射接地绝缘薄膜的负带电过程. 物理学报, 2008, 57(5): 3219-3229. doi: 10.7498/aps.57.3219
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-05
  • 修回日期:  2013-06-16
  • 刊出日期:  2013-10-05

单路脉冲功率真空装置的三维数值模拟研究

  • 1. 电子科技大学物理电子学院, 成都 610054
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11175040)资助的课题.

摘要: 研究了单路脉冲功率真空装置中脉冲功率的馈入、汇聚及传输, 在CHIPIC平台上, 采用多台计算机进行分进程并行计算的方法, 突破了单台计算机的内存及运行速度限制, 对单路脉冲功率的馈入、汇聚及传输装置进行建模, 并设置相应的参数, 从而对该大尺度装置进行了整体模拟. 模拟得到的该器件各个部分的阴阳极间电压、阴阳极电流等一些重要的物理参数. 模拟结果表明: 该单路真空脉冲功率器件整体都可以保持磁绝缘状态, 并达到了很好的功率汇聚的作用. 该工作验证了真空状态下脉冲功率产生及传输器件的可行性, 为进一步的实验研究提供了有力保证.

English Abstract

参考文献 (13)

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