单晶SiNd：YAG激光连续退火的数值计算

应用固相外延模型来模拟单晶Si的连续Nd：YAG激光退火过程,在低功率密度连续激光退火下,用准静态模型模拟辐照区向非辐照区的径向传导散热。在数值计算中，应用部分线性法处理非线性非齐次热传导方程,得到相应的隐格式差分方程，再用追赶法求解隐格式差分方程,得出绝热边界条件下的温度的时间和空间分布，从而得出激光退火的再结晶厚度。当激光波长λ=1．06μm、功率密度io=700W／cm^2。预热温度T0=523K时，经过0．7秒，表面温度度升到1290K左右，再结晶厚度约为0．5μm。     

1.06 μm连续激光辐照TiO2/SiO2/K9薄膜元件温升规律研究

利用1．06μm连续激光在不同强度下辐照TiO2／SiO2／K9薄膜元件,实验中用红外热像仪测量激光辐照在TiO2／SiO2／K9元件表面引起的温升随时间的变化,通过数据处理,获得激光辐照区域最高温度随辐照时间的增加而增加。同时,给出材料温升随材料发射率的变化关系。并用程序模拟不同激光强度下薄膜温度场的分布,通过实验测量数据校正数值模拟计算结果,给出TiO2／SiO2／K9薄膜元件温度随激光辐照强度和辐照时间的变化规律。并且获得在薄膜厚度方向：薄膜表面温度最高,基底与薄膜接触处温度最低;沿径向：激光辐照中心温度最高,边沿温度最低。     

1.06μm连续激光辐照TiO_2/SiO_2/K_9薄膜元件温升规律研究

利用1.06μm连续激光在不同强度下辐照TiO2/SiO2/K9薄膜元件,实验中用红外热像仪测量激光辐照在TiO2/SiO2/K9元件表面引起的温升随时间的变化,通过数据处理,获得激光辐照区域最高温度随辐照时间的增加而增加。同时,给出材料温升随材料发射率的变化关系。并用程序模拟不同激光强度下薄膜温度场的分布,通过实验测量数据校正数值模拟计算结果,给出TiO2/SiO2/K9薄膜元件温度随激光辐照强度和辐照时间的变化规律。并且获得在薄膜厚度方向:薄膜表面温度最高,基底与薄膜接触处温度最低;沿径向:激光辐照中心温度最高,边沿温度最低。     

连续激光辐照GaAs材料损伤的数值模拟计算

基于热传导理论,构建了高斯分布的连续激光辐照GaAs材料的二维轴对称非稳态物理模型,且利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程得到了材料表面温度分布曲线以及光斑中心处温度沿厚度方向分布曲线,并得出GaAs材料的分解损伤时间与入射光功率密度的关系曲线.研究表明,在连续激光辐照下,GaAs材料可能会发生分解损伤,激光功率越高,材料被破坏所需的时间越短.理论计算结果与相关的实验结论一致,说明所建立的激光辐照效应模型具有科学性.     

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从Lagrange观点出发,采用分裂格式法求解一维辐射流体力学方程组中的三温方程,用于紧凑等离子体环与靶碰撞产生的X射线辐射的数值模拟研究。提出了求解电子、离子、辐射场三温相脱离的能量方程的隐式差分格式,介绍了能量交换项与压力做功及热传导项分开计算的分裂格式方法,数值模拟得到了其对温度变化的影响。     

隐埋“月牙”形InGaAsP/InP激光器动态特性研究

本文用计算机模拟方法分析了隐埋“月牙”形InGaAsP/InP激光器的动态特性,得到阈值电流,单模截止条件与有源区厚度(中心)d₀、沟宽W、条宽s、腔长L和材料的电阻率R_x等结构参数间的关系。在模拟分析的基础上,提供了阈值电流与结构参数间的近似表示式,从中能简捷地估算激光器的物理特性。文内还提出了注入载流子浓度高斯分布模型,应用这模型,可准确地计算电流扩展和增益分布,且导出了最大增益g_max,阈值电流密度J_th,模增益G_th,最佳有源区(中心)厚度d_0,min,最佳阈值电流密度J_th,min等一系列解析式。基于上述分析,该激光器最佳设计参数为d₀=0.15—0.2μm,W=2—4μm,s=10—15μm,L=200μm。 关键词：     

W/Cu梯度功能材料的高热负荷性能研究

用等离子体喷涂和热压方法制作了W/Cu梯度功能材料(FGM)样品,用大功率ND∶YAG激光对其进行了高热负载模拟实验.结果表明,在100～400MW@m-2的瞬时(脉冲宽度为4ms)热负载下,经过200～700次热循环,未发现有W-Cu复合体开裂.在123MW@m-2的功率密度下作用700次,发现钨表面有再结晶现象及严重的晶界腐蚀和裂纹,再结晶的平均晶粒尺寸约为5～10μm,垂直于表面呈柱状结构,再结晶层厚度约20～30μm.由于激光的淬冷效应,晶粒生长的趋势并不明显.在398MW@m-2功率密度下出现了明显的腐蚀坑,坑内呈疏松的蜂窝结构,坑的边缘出现了明显沉积区,能谱分析表明沉积区集聚了大量的金属杂质.等离子体喷涂试样比热压试样更易产生晶界的断裂的裂纹.在相同的热负荷条件下,W/Cu FGM的重量损失低于石墨材料的重量损失.     

基于变分原理的二维热传导方程差分格式

研究二维热传导方程的差分数值模拟.用变分原理在不规则结构网格上建立热流通量形式的差分格式.将热流通量作为未知函数求泛函极值,并与温度函数联立求解.克服通常九点格式用插值方法计算网格边界上的热传导系数和网格结点上的温度所引入的误差.     

等离子体电极普克尔盒电光开关单脉冲过程数值模拟

采用流体模型对等离子体电极普克尔盒(PEPC)电光开关单脉冲过程进行了数值模拟分析.模型包括带电粒子连续性方程、动量守恒方程、电子平均能量方程及空间电位泊松方程.分别采用隐式指数差分格式，超松弛迭代法(SOR)和经典四阶龙格-库塔法(R-K)对带电粒子连续性方程，泊松方程和电子平均能量方程进行数值求解.模拟分析了PEPC单脉冲过程中的带电粒子浓度、电子温度、空间电场、PEPC的放电电流、晶体两侧电压和开关效率的时间演化特性.模型得出了PEPC中气体放电等离子体的微观物理过程与PEPC宏观参量的关系，对设计 关键词： 等离子体电极普克尔盒 电光开关 数值模拟 气体放电     

中子辐照诱导钨再结晶的模拟研究

钨作为未来聚变堆偏滤器靶板的候选材料,需要长期服役在高温且受到高能中子辐照的严峻环境,这将导致钨发生中子辐照诱导再结晶,从而提高钨发生沿晶脆断的可能性,威胁偏滤器的运行安全,因此研究中子辐照诱导钨再结晶的物理机制具有重要意义.然而,与最近高通量同位素反应(HFIR)堆高温下中子辐照实验观察到的结果相比,目前考虑辐照增强再结晶驱动力效应的模型低估了中子辐照对再结晶的影响,结果表明仍有其他效应影响再结晶过程.基于此,本文在假设晶界迁移率与自体扩散系数成正比的前提下,引入辐照增强晶界迁移因子(R),建立了新的辐照诱导再结晶动力学模型.模拟结果显示,在综合考虑辐照增强再结晶驱动力和晶界迁移效应后,模型计算出的850℃下达到一半再结晶分数所需要的时间(t_X=0.5)和HFIR堆中子辐照实验结果相符,这表明辐照增强晶界迁移效应是影响辐照诱导再结晶现象的重要因素之一.另外,模型研究了不同辐照温度下钨的t_X=0.5.结果表明辐照与未辐照的t_X=0.5差别随温度升高而逐渐下降.这是因为随着温度的升高,辐照缺陷复合加剧,辐照缺陷对再结晶驱动...     

三维不可压N-S方程的多重网格求解

应用全近似存储(Full Approximation Storage,FAS)多重网格法和人工压缩性方法求解了三维不可压Navi-er-Stokes方程.在解粗网格差分方程时,对Neumann边界条件采用增量形式进行更新,离散方程用对角化形式的近似隐式因子分解格式求解,其中空间无粘项分别用MUSCL格式和对称TVD格式进行离散.对90°弯曲的方截面管道流动和4:1椭球体层流绕流的数值模拟表明,多重网格的计算时间比单重网格节省一半以上,且无限制函数的MUSCL格式比TVD格式对流动结构有更好的分辨能力.     

一种求解可压缩Navier-Stokes方程的隐式迭代时间推进方法

针对有壁面边界的可压缩流动问题,提出与基于非等距网格的高精度紧致型差分格式相结合的简化隐式迭代时间推进法,建立求解可压缩Navier-Stokes方程的直接数值模拟方法,提高了计算效率.应用该方法,直接数值模拟两种有壁面边界的二维可压缩流动问题,即可压缩平板边界层流动和可压缩槽道流动.     

球坐标下二维激光驱动内爆的数值模拟

概述了球坐标下二维内爆动力学研究的物理问题和使用的计算方法.讨论了用隐式完全守恒差分格式求解流体力学方程组,用变分原理求解热传导方程等特点.给出了数值模拟的算例,以考查激光不对称性对直接驱动内爆过程的影响.     

三维有限差分波束传输法:用于Ti∶ LiNbO_3方向耦合器的模拟

提出求解三维傍轴近似波动方程的交替方向隐式差分格式，并用它模拟Ｔｉ∶ＬｉＮｂＯ３方向耦合器     

mBBM方程的双扭结孤立波及其动力学稳定性

采用双曲函数展开法得到Modified Benjamin-Bona-Mahony（mBBM）方程的一类扭结-反扭结状的双扭结孤立波解,在不同的极限情况下,此孤立波分别退化为mBBM方程的扭结状和钟状孤立波解.对双扭结型单孤子的结构特征进行分析,构造有限差分格式对其动力学稳定性进行数值研究.有限差分格式为两层隐式格式,在线性化意义下无条件稳定.数值结果表明mBBM方程的双扭结型单孤子在不同类型的扰动下均具有很强的稳定性.对双孤立波的碰撞进行数值模拟,发现既存在弹性碰撞也存在非弹性碰撞.     

解三维扩散方程的积分内插法格式

研究三维扩散方程的数值模拟.在非正规六面体网格上,使用积分内插法建立扩散方程差分格式,涉及到27个相邻网格,适用于大变形网格上带间断系数的拟线性扩散方程的计算.叙述差分格式的建立,推导通量流和网格顶点温度的计算公式,给出了数值试验结果.     

自由边界载流等离子体柱的电阻螺旋模不稳定性的数值计算

本文采用两步隐式差分格式研究了自由边界载流等离子体柱的电阻螺旋模不稳定性。发现等离子体温度剖面越宽和越高,m=2的撕裂模的线性稳定就越好。计算结果与实验相符合。     

连续激光辐照ZnSe/MgF2/K9滤光片的透射特性研究

 分析了连续激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片引起透射特性的变化。在室温条件下，用波长0.632 8μm激光作为探测光束，测量了1.06μm连续激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片温升引起薄膜折射率的改变，导致探测光束通过干涉滤光片后透过率的热致非线性变化。在光斑直径0.75mm条件下，测量了不同功率激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片引起温升随时间的变化。在激光功率30W，辐照时间2.52s条件下，实验观测到ZnSe/MgF₂/K9滤光片薄膜破坏温度约为90℃，辐照时间10s时干涉滤光片形成的薄膜龟裂形貌。     

近尾迹流动的数值模拟

通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程的方法来模拟近尾迹的分离流动。Navier-Stokes方程^[1]是利用中所给出的方法进行差分逼近的。这一方法兼备显式格式和隐式格式的优点。这是一隐式格式,因而可放松稳定性对时间步长的限制。这一格式又具有显式格式的简单性,差分方程的解可显式表达出来。求解过程中避免了通常隐式格式所要求的大量数值矩阵求逆和大量的矩阵运算。文中对不同的马赫数M_∞和雷诺数Re进行了计算。数值实验表明,本文所采用的方法是模拟底部分离流动的一个简单而有效的方法,可用来计算高马赫数和高雷诺数的分离流动。     

1 319 nm连续激光辐照皮肤组织的光热效应实验研究

实验测定了离体人皮肤组织在1 319 nm连续Nd:YAG激光辐照下径向和轴向不同位置的温度分布,研究了激光辐照功率密度和作用时间对皮肤组织温升分布的影响.结果表明,皮肤组织中的温度分布与探测位置、激光辐照功率密度以及作用时间密切相关;激光输出功率密度15.80 W/cm2时安全辐照时间阈值为120 s,功率密度48.92 W/cm2时安全辐照时间阈值为6 s.