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激光能量沉积光路追踪法及其并行化

作　者: 吕信
导　师: 莫则尧
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 计算数学
关键词: 激光能量沉积追踪法光路并行化激光驱动光线激光的应用激光波长流水线方法惯性约束聚变激光光束计算节点电子密度激光斜入射并行算法二维逆韧致吸收并行策略程序模块靶球
分类号: TN241
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 38次
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内容摘要

在激光驱动惯性约束聚变的数值模拟中,通常使用光路追踪法来计算激光能量沉积。它是把一束激光划分为大量的光线,然后根据每条光线通过物理求解域的路径和状态来计算能量沉积。本文讨论采用光路追踪法计算激光能量沉积的方法、实施过程中需要解决的实际问题。首先介绍了光路追踪法的基本思想,给出了一般的光路方程、激光能量沉积公式、激光脉冲强度的时间和空间分布模型,分别讨论了二维直角坐标和二维柱坐标下的激光能量沉积计算。其次,对已有光路追踪模块做了一些改进,如将计算节点电子数密度的插值方法改为双线性插值；增加了直线型的真空光路模型,给出了与双曲型模型的不同应用特点；为计算激光驱动产生X光激光的应用增加了线聚焦的计算模型。在此基础上,我们编制了一个新的三维光路追踪程序,可以计算任意方向的光线通过网格的轨迹,能够更准确地模拟真实的激光光束在柱型腔靶中的三维散射,提高了数值精度和计算效率,并设计了数据输入输出、光线绘制的可视化接口以便于分析模拟结果。编制的程序模块已经用于研究工作,在应用中取得了良好的效果。为了适应大规模、高置信度的数值模拟需要,本文还讨论了光路追踪法的并行策略,给出了一种分组流水线的光路追踪并行算法,并予以实施,结果表明它能够充分提高大量光线在区域分解网格下的并行性,使得大规模并行计算时的效率比未分组流水线方法提高百分之三十以上。

全文目录

作者简介  3-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章引言  9-13
  1.1 激光驱动惯性约束聚变  9-10
  1.2 激光驱动惯性约束聚变数值模拟及光路追踪法的作用  10-12
  1.3 本文的结构  12-13
第2章光路追踪法  13-22
  2.1 基本思想  13-14
  2.2 激光脉冲强度的时间和空间分布  14-15
  2.3 光路方程  15-16
  2.4 激光能量沉积  16-18
  2.5 二维直角坐标下光路方程数值求解  18-20
  2.6 二维柱坐标下光路方程数值求解  20-22
第3章光路追踪法的改进  22-31
  3.1 节点电子数密度  22-25
  3.2 真空中的光路模型  25-28
  3.3 线聚焦  28-29
  3.4 柱坐标下的固壁条件  29-31
第4章程序研制及应用  31-47
  4.1 程序结构  31-33
  4.2 直角坐标下程序考核及算例  33-34
  4.3 柱坐标下程序考核及算例  34-42
  4.4 光线追踪法在ICF数值模拟中的其它应用  42-47
第5章光路追踪法的并行化  47-56
  5.1 数值模拟程序的并行化  47
  5.2 光路追踪法的并行策略  47-50
  5.3 并行实现  50-54
  5.4 数值试验  54-55
  5.5 小结  55-56
第6章总结与展望  56-57
参考文献  57-60
致谢  60

激光能量沉积光路追踪法及其并行化

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