利用全动理学粒子(PIC)模拟研究不同马赫(Mach)数条件下等离子体碰撞冲击波的结构。研究发现: 在低Mach数条件下, 冲击波波阵面位置物理量的分布较为平缓(努森数较小), 等离子体的粘性和热流可由经典输运理论描述, 这种情况下数值求解双流体方程组得到的冲击波结构与PIC模拟一致。随着冲击波Mach数的增加, 冲击波波阵面位置物理量的分布变陡, 努森数增加, 动理学效应对等离子体输运的影响变得显著。高Mach数条件下, 动理学效应主要体现在"先驱离子"对离子粘性和热流的增强以及电子非局域输运对电子热流的影响。通过影响等离子体输运行为, 动理学效应可以显著影响冲击波的结构特征。
本文探索性地建立混合流体-PIC(particle-in-cell)模拟方法, 电子用无质量的流体描述, 多组分离子用PIC粒子描述; 流体运动通过求解电子磁流体方程组来获得, 电磁场通过求解Ohm定律和Faraday定律来获得。针对激光聚变等离子体条件, 利用混合流体-PIC模拟研究高能量密度条件下冲击波结构及其特性、流体力学界面不稳定性演化的影响等问题。混合流体-PIC物理建模为研究等离子体效应对冲击波和界面不稳定性的影响提供了新的研究手段。
