磁驱动准等熵加载装置CQ-4的加载能力及主要应用

利用脉冲大电流与其自身磁场相互作用产生磁压实现对样品平面等熵压缩,是国外新发展起来的动高压加载技术。CQ-4装置是在自然科学基金仪器专项资助下,建立的国内首套可实现110GPa等熵压缩,宏观金属飞片发射达15km/s的紧凑型脉冲功率装置。本文重点介绍该装置的主要性能和加载能力,以及基于其上开展的材料高压本构、相变、未反应炸药等力学行为等应用研究情况。     

磁驱动准等熵平面压缩和超高速飞片发射实验技术原理、装置及应用

利用脉冲大电流产生随时间平滑上升的磁压,实现对样品的准等熵平面压缩和超高速飞片发射,是近十年来发展和完善起来的一种新型的强动态斜波加载技术(ramp wave loading).本文简述了其原理、加载装置及数据处理方法等方面的研究进展,同时着重评述利用该技术和方法开展高压物态方程、材料动力学响应方面的研究进展,并对该技术在冲击动力学、天体物理和高能量密度物理等方面的应用前景进行了展望.      

内爆磁压缩准等熵加载过程分析与实验验证

利用磁流体力学程序SSS-MHD模拟了炸药柱面内爆磁通量压缩发生器CJ-100装置的加载过程,讨论了各项装置参数的影响,结果表明装置可达到的峰值磁场值与初始磁场值成反比关系。设计了铁/铜夹层结构的样品靶,在该型装置上开展纯铁的准等熵加载实验。利用光子多普勒测速探头测量到6.43 km/s的样品靶自由面速度,在DT4铁中获得206 GPa的准等熵加载压力。铁材料的压力-比容曲线与理论等熵线基本重合,表明内爆磁压缩加载过程具有较高的等熵程度。

     

磁驱动等熵压缩和高速飞片的实验技术（续3）

5磁驱动等熵压缩和高速飞片的冲击大电流技术与实验研究进展5.1冲击大电流发生器在一定负载上产生数兆安培以至几百兆安培的冲击大电流,是发展脉冲功率技术的主要目的之一。永久性冲击大电流发生器的主要技术途径是通过电容或电感式中间贮能、与负载匹配的快响应传输线或特殊的     

一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术

探索了一维平面磁驱动发射飞片的实验技术,实现了在一个样品上同时发射两个不同厚度的飞片,并利用VISAR测试技术同时获得了两个飞片自由面完整的速度历史。其中在回路放电峰值电流密度为823 kA/cm的情况下,在上升前沿2 s内将厚度为0.38 mm、直径为4 mm的铝飞片发射到1.5 km/s,作用在飞片上的最大磁压力为4.25 GPa。显微分析发现,在飞片速度较高的情况下,飞片与镗孔底部剪切破坏的断口上,由于凝固过程中过冷度大有非晶等现象出现。进一步促进了磁驱动等熵加载、发射飞片实验技术、物态方程研究的开展。     

小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置理论设计

材料等熵压缩磁压加载技术是当今美、俄、法等国家用于材料完全物态方程和动力学性能研究的重要和热门手段.文章综述了国外材料等熵压缩磁压加载技术研究进展,分析了磁压加载等熵压缩的基本原理.在此基础上提出了适合国内实验室研究、压力范围50GPa以内的小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置的设计指标,即回路放电电流上升时间500ns以内、峰值1MA以上.进而利用OrCAD/Pspice软件对装置的电感、电容等基本参数进行了优化设计,基于此提出了达到设计指标装置的工作方式.     

基于Monte Carlo方法的磁驱动准等熵压缩实验不确定度量化评估

磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一,开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理,结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法,实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法,对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明,基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明,设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上,深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明：台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。     

带空腔爆轰产物驱动准等熵加载技术与反积分数据处理技术

化爆加载技术常用来研究材料在冲击作用下的动态响应特性。通过在炸药与样品之间留一段空隙的办法,实现爆轰产物驱动的无冲击加载飞片技术用于研究材料在弱冲击或无冲击加载条件下的动态响应特性,利用二维程序模拟了整个实验过程,提出了装药直径对实验结果的影响。并利用反积分数据处理技术对实验数据进行了处理与分析。     

磁场驱动等熵加载技术综述

介绍了利用大电流脉冲功率装置进行等熵加载技术研究的现状，分析了其主要的应用途径，以及等熵压缩技术研究中存在的关键问题。     

磁驱动准等熵压缩下LY12铝的强度测量

高压高应变率加载下材料的强度研究一直是冲击动力学的一个难题,目前动态载荷下材料的高压强度测量主要是基于平板撞击技术,冲击温升和应变率效应对材料强度的影响难以分离. 基于小型磁驱动加载装置CQ-4,开展了磁驱动准等熵压缩下LY12 铝的声速和强度测量的实验研究,讨论了考虑加载-卸载过程时磁驱动压缩实验的负载电极设计、实验样品设计、数据处理与分析等内容,并获得了12 GPa 压力范围沿加载-卸载路径的声速变化和峰值压力点的强度数据.      

磁驱动平面飞片的一维磁流体力学计算

建立了电磁驱动平面飞片的一维磁流体力学模型,考虑了焦耳加热的影响,并对Sandia实验室Z装置上开展的一个实验进行了模拟计算,与实验结果的比较表明,计算给出的样品自由面速度历史曲线与实验VISAR测量的结果基本一致。还分析了焦耳加热对飞片的烧蚀情况,并分析了磁场穿透深度,给出了不同厚度飞片自由面的速度历史曲线。     

聚龙一号上磁驱动铝飞片发射实验的数值分析与再设计

聚龙一号上PTS-151发次实验中,磁驱动加速370 μm厚飞片测得的最大速度为18 km/s,磁驱动加速482 μm厚飞片测得的最大速度为19 km/s。采用MDSC2程序, 对PTS-151发次实验进行了数值分析,结果表明:PTS-151发次实验中测量的最大速度的含义不同于以往文献中飞片的最大速度。以往文献中发射飞片在测试过程中自由面未被烧蚀,测试的最大速度为飞片自由面速度;PTS-151发次实验中两个飞片在测量过程中自由面被烧蚀,实验测量的最大速度为飞片被完全烧蚀前的一瞬间飞片内部最后一个固体面的速度。在飞片自由面未被烧蚀之前,370 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为7 km/s,482 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为11.8 km/s,远低于测量值。对PTS-151发次实验条件下飞片尺寸进行了再设计,飞片厚度为680 μm时最优,既能保证自由面未烧蚀,又使得飞片的速度最大,达到17.5 km/s。     

电磁脉冲驱动套筒内爆压缩磁化靶研究

采用磁流体方程和有限差分法,对内爆过程中高能量密度状态下的磁场对带电粒子和压缩过程的作用机制进行研究。结果显示：内爆过程中的各项参数为电子离子温度（50 keV）、压强（1 TPa）、粒子数密度（10²⁴ cm^-3）。套筒材料对约束时间、点火条件有重要影响;同时当磁感应强度大于5 T时,电子热传导系数比无磁场时减小2个数量级,离子热传导系数也出现了明显下降,在压缩峰值处,磁感应强度超过5 T时α粒子能量沉积密度比磁感应强度为0和1 T时相对增加约200倍。磁化在一定程度上也会阻碍内爆压缩过程。

     

Variational Average-Atom in Quantum Plasmas (VAAQP) – Recent progress, virial theorem and applications to the equation-of-state of warm dense Be

The Variational Average-Atom in Quantum Plasmas (VAAQP) code is based on a fully variational theory of dense plasmas in equilibrium in which the neutrality of the Wigner-Seitz ion sphere is not required, contrary to the Inferno model. We report on some recent progress in the VAAQP model and numerical code. Three important points of the virial theorem derivation are emphasized and explained. The virial theorem is also used as an important tool allowing us to check the formulas and numerical methods used in the code. Applications of the VAAQP code are shown using as an example the equation-of-state of beryllium in the warm dense matter regime. Comparisons with the Inferno model, and with available experimental data on the principal Hugoniot are also presented.     

An overview of separation by magnetically stabilized beds： State-of-the-art and potential applications

This article deals with problems relevant to implementation of magnetically stabilized beds （MSB） as separation devices. The main issues discussed are： bed mechanics, bed structure, possibilities to create controllable filter media, etc. As examples several separation techniques are discussed： dust filtration-magnetic and non-magnetic, ion-exchange, copper cementation, yeast filtration from biological liquids, particle separation by density and magnetic properties, dangerous wastes removal. Only key publications will be quoted that provide a basis for further reading and study and relevant information.     

Numerical and experimental study of electromagnetically driven vortical flows

The paper reports on numerical and experimental investigations of electromagnetically driven vortical flows of an electrically conductive fluid in a generic setup. Two different configurations of permanent magnets are considered: a 3-magnet configuration in which the resulting Lorentz force is focused in the wall-boundary layers, and a 2-magnet configuration which creates a centrally located intensive swirling motion. For both configurations the intensity of the Lorentz force could be varied by variation of the electrode DC current between 0.5 and 10 A.A comparative assessment of measured (PIV) and numerically calculated (LES with electromagnetically extended subgrid closure) velocity fields showed good agreement for both configurations. It is demonstrated that the newly designed setup can be used for fundamental studies of the interactions between fluid flow, turbulence and electromagnetic fields and provide detailed insights into the underlying physics of these interactions. This in turn can be used to optimise magnetic control of flow, turbulence and heat transfer in various configurations of practical relevance.