中性束加熱等離子體數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火條件，必須對(duì)等離子體進(jìn)行輔助加熱，中性束注入加熱作為最有效的輔助加熱手段之一，對(duì)其加熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬是非常必要的。
　　本文系統(tǒng)闡述了中性束加熱的基本原理，介紹了中性束注入加熱的五個(gè)過程：電離過程、衰減過程、漂移運(yùn)動(dòng)過程和快離子慢化過程。本文通過建立物理模型、采用合理的簡(jiǎn)化手段、利用Gill方法數(shù)值求解了一組中性束注入加熱的基本方程組，模擬中性束注入加熱過程中等離子體的電子和離子溫度演化過程,計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)結(jié)

2、果相符。進(jìn)一步調(diào)整計(jì)算參數(shù)討論不同注入中性束條件下的加熱效率，計(jì)算結(jié)果表明：提高注入中性束的能量和等效流強(qiáng)能夠提高注入后等離子體的電子、離子溫度和電子、離子溫度的爬升速度，使等離子體中的電子、離子以更快的速度加熱到更高的溫度。
　　有限體積法是當(dāng)前求解流動(dòng)和傳熱問題最成功的數(shù)值計(jì)算方法，使用有限體積法數(shù)值求解Fokker-Planck方程，能夠研究中性束注入加熱等離子體過程中本底粒子的分布函數(shù)演化情況。本文敘述了求解Fokker-

3、Planck方程的幾種方法，分析了這幾種方法的特點(diǎn)。介紹了求解偏微分方程的常見四種方法：有限差分法、有限元法、邊界元法和有限體積法，分析了這四種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。利用有限體積法得到一維Fokker-Planck方程計(jì)算格式，計(jì)算中能夠保證粒子數(shù)密度守恒。通過數(shù)值模擬一維超高斯分布電子自碰撞趨于麥克斯韋分布過程，證明有限體積法能夠高效求解 Fokker-Planck方程，求解過程能夠保證粒子分布函數(shù)的非負(fù)性、粒子數(shù)密度守恒和能量守恒。進(jìn)一步開