基于 Baer-Nunziato 模型的热弛豫多组分流动计算

在惯性约束聚变（ICF）内爆中，烧蚀层混入燃料与热斑是导致点火退化的一个最不利因素。Omega 激光装置与国家点火装置（NIF）的 Marble 实验近期证明了非均匀混合流中温度分离的重要性。本工作提供一种处理热非平衡多组分流动的方法，最终旨在研究温度分离对混合与聚变燃烧的影响。本工作包含两方面：（a）推导带输运项的热非平衡多组分流动控制模型；（b）利用所推导模型研究热弛豫多组分系统中的瑞利-泰勒（RT）不稳定性。该模型由完全非平衡多相 Baer-Nunziato 模型在小克努森数 $Kn << 1$ 极限下约化得到。速度非平衡由扩散定律封闭，仅形式保留一个质量加权速度。因此，原 Baer-Nunziato 模型的复杂波结构得到大幅简化，所得模型计算代价大幅降低。此外，保留了处理有限温度弛豫的能力。文中还给出了求解所提模型的高效数值方法。借助所提模型与数值方法，我们进一步研究了热弛豫在 ICF 减速阶段对 RT 不稳定性发展的影响。基于数值模拟，我们发现对于高密度低温组分与低密度高温组分界面的 RT 不稳定性，热弛豫显著抑制了不稳定性的发展。