MC-1型爆磁壓縮發(fā)生器一維內(nèi)爆-磁流體力學(xué)模擬.pdf

1、MC-1型爆磁壓縮發(fā)生器是一種能把炸藥化學(xué)能轉(zhuǎn)換為脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的裝置。其基本原理是通過環(huán)狀起爆的高能炸藥內(nèi)爆驅(qū)動(dòng)封閉導(dǎo)體環(huán)，壓縮空腔內(nèi)的磁通量，從而達(dá)到放大磁場(chǎng)的目的。雖然MC-1發(fā)生器的原理簡(jiǎn)單，但是卻有著十分復(fù)雜的物理過程，牽涉到高能量密度下物質(zhì)的力學(xué)和電磁性質(zhì)，以及電磁、流體耦合的非線性過程。目前美國(guó)和俄羅斯是MC-1發(fā)生器相關(guān)技術(shù)最為成熟的國(guó)家，MC-1發(fā)生器被作為一種常用的脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置和等熵壓縮實(shí)驗(yàn)加載手段被廣泛的應(yīng)用于狀

2、態(tài)方程、材料制備和強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究中。上世紀(jì)60年代末至70年代初，國(guó)內(nèi)中國(guó)工程物理研究院曾對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行過跟蹤并取得了一些成果，因?yàn)榉N種原因沒能繼續(xù)，直到90年代才重新恢復(fù)對(duì)這一技術(shù)的研究，目前尚處于起步階段，在理論研究方面還缺乏對(duì)MC-1裝置進(jìn)行理論設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化的數(shù)值模擬程序。
　　本文詳細(xì)敘述了描述MC-1爆磁壓縮發(fā)生器的磁流體力學(xué)模型，推導(dǎo)出了可以統(tǒng)一描述空腔、非金屬和金屬介質(zhì)磁擴(kuò)散行為的新的積分形式磁擴(kuò)散方程，建立了微分

3、形式和積分形式相結(jié)合的柱一維拉格朗日磁流體力學(xué)方程組和數(shù)值計(jì)算方法，給出了不等步長(zhǎng)的差分格式，研制了可用于描述多級(jí)MC-1爆磁壓縮裝置的一維內(nèi)爆-磁流體力學(xué)程序MC11D。
　　通過數(shù)值模擬無初始磁場(chǎng)的炸藥驅(qū)動(dòng)金屬套筒內(nèi)爆動(dòng)力學(xué)過程和亥姆霍茲線圈加載初始磁場(chǎng)的過程分別對(duì)程序MC11D的流體力學(xué)和磁擴(kuò)散計(jì)算功能的有效性進(jìn)行了初步的檢驗(yàn)和驗(yàn)證。采用MC11D程序，對(duì)MC-1發(fā)生器的初始磁場(chǎng)加載過程和爆磁壓縮全過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，探討了

4、磁擴(kuò)散對(duì)發(fā)生器工作狀況的影響，分析了初始磁場(chǎng)和套筒厚度的影響。研究結(jié)果表明:磁擴(kuò)散并不會(huì)顯著的減小峰值磁場(chǎng)，但會(huì)使套筒回轉(zhuǎn)半徑減小;初始磁場(chǎng)越大，金屬套筒的回轉(zhuǎn)半經(jīng)越大，峰值磁場(chǎng)會(huì)越小;在一定范圍內(nèi)金屬套筒厚度對(duì)峰值磁場(chǎng)和回轉(zhuǎn)半徑影響不大。
　　最后，本文對(duì)俄羅斯三級(jí)MC-1發(fā)生器進(jìn)行了模擬，并和Los Alamos的計(jì)算程序進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了程序?qū)τ趶?fù)雜構(gòu)型的處理能力，MC11D能夠正確地反映爆磁壓縮過程，可為新的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)與