[发明专利]一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法

说明书

一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光‑热耦合模拟方法，通过蒙特卡洛方法对冷冻靶系统外置定向红外光场进行求解，将红外热贡献与温度场控制方程相耦合，并引入策略来保证计算的可靠性和收敛速度，本发明考虑了红外光场和温度场之间的强烈耦合作用，提高了计算结果的准确性。

技术领域

本发明属于冷冻靶系统温度场技术领域，具体涉及一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法。

背景技术

惯性约束核聚变是通过激光均匀地辐照在冷冻靶丸的表面，从而达到高温高密度的点火条件从而实现聚变反应。为实现点火要求，避免瑞利-泰勒不稳定性，靶丸内氘-氘燃料冰层厚度均匀性需大于99％，燃料冰层内表面均方根粗糙度需小于1μm。燃料冰层的低模粗糙度主要受靶丸周围的温度场所决定，因此冷冻靶温度场控制的重要性尤为突出。

为了使靶丸内氘-氘燃料冰层质量满足点火要求，需要通过添加外界激励的方式使得燃料冰层更为均匀。现有一种被认为可行的方案是通过向靶丸表面投射定向红外，辐照靶丸表面低温区域，从而改善冰层质量。受冷冻靶装置尺寸限制，靶丸及其周围温度场无法通过传感器测量，因此需要通过数值计算的方法对实验进行预测及指导。

目前冷冻靶系统的结构(文献Point design targets,specifications,andrequirementsfor the 2010ignition campaign on the NationalIgnitionFacility)定向红外条件下温度场数值模拟的主要思路为光-热解耦，即红外光场与温度场的计算分开进行(文献ComputationalDesign of InfraredEnhancedLayeringofICFCapsules)，忽略了红外光场和温度场之间的强烈耦合作用，仅仅考虑了红外光场对靶丸温度场的热贡献，忽略了温度场自身的红外效应，使得计算结果失真，无法为实验提供可靠的理论指导。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明目的在于提高了一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法，考虑了红外光场和温度场之间的强烈耦合作用，提高了计算结果的准确性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于冷冻靶温度场预测的定向红外光-热耦合模拟方法，通过蒙特卡洛方法对冷冻靶系统外置定向红外光场进行求解，将红外热贡献与温度场控制方程相耦合，并引入策略来保证计算的可靠性和收敛速度，包括以下步骤：

1)确定光源粒子的初始位置及能量相关参数；

2)确定光源粒子的下一个碰撞距离l及粒子的新位置：

3)判断光源粒子是否逸出计算域，若是，停止光源粒子追踪；若否，继续进行下一步；

4)判断光源粒子是否与壁面发生碰撞，若是，执行步骤5)；若否，执行步骤6)；

5)根据壁面发射率判断光源粒子是否被壁面吸收，若是，计入热贡献，停止光源粒子追踪；若否，根据壁面漫射系数确定光源粒子反射方向；

6)根据单次反照度判断光源粒子是否被氦气中的杂质吸收，若是，计入热贡献，停止光源粒子追踪；若否，根据相位函数确定光源粒子的散射方向；

7)执行步骤2)，直至光源粒子追踪停止；

8)将计入的光源粒子热贡献带入导热微分方程，并结合动量方程、连续性方程计算出冷冻靶温度场分布。

所述的步骤1)中光源粒子的初始位置和能量相关参数要根据相应的热物理边界来确定。

所述的步骤2)中光源粒子在一次传播过程中的碰撞距离l通过下式进行计算：