动态电离等离子体的多尺度数值格式研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11772281
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0903.空气动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In this project, we are going to develop a multi-scale numerical method (UGKS-Plasma) for partially ionized plasma based on the unified gas kinetic scheme. The UGKS-Plasma is a direct modeling method on discrete space and time, based on the multi-component kinetic equations and Maxwell equations. The key is the construction of the multi-scale numerical flux, the modeling of collision term and the coupling between the flow field and the electromagnetic field. The UGKS-Plasma is capable of capturing the flow physics of plasma from the rarefied regime to the continuum regime and can be used to describe the quasi-neutral plasma in the highly magnetized limiting regime. With proper implementation of ionization model, the UGKS-Plasma can describe the partially ionized plasma. In the continuum regime, in order to increase computational efficiency, a high order GKS-Plasma with the Chapman-Enskog expansion for the distribution functions can be constructed based on the high order spacial reconstruction and multi-stage time evolution. In summary, we will develop efficient numerical methods for partially ionized plasma, which is able to capture the multi-scale flow physics and achieve high accuracy and efficiency in the continuum regime.
本项目基于统一气体动理学格式,发展一种适用于动态电离等离子体的高效多尺度数值格式(UGKS-Plasma)。该数值格式基于多组分气体动理学方程和麦克斯韦方程,在离散时空上进行直接数值建模。通过构造多尺度数值通量、设计恰当的碰撞模型以及构建流场与电磁场的恰当耦合,建立一种能够描述从稀薄到连续流域等离子体流场、且能够应用于近中性强磁化流域等离子体的数值格式。通过在模型中加入适当的电离模型,发展一种能够描述动态电离过程的多尺度数值格式。在连续流域内,基于高阶空间重构和多步时间演化,发展一种适用于描述连续流域内等离子体的高阶动理学格式(GKS-Plasma)。通过本项目的研究,发展一套能够描述全流域动态电离等离子体的高效数值方法,且在连续流域内能够高效高精度模拟等离子体流场,为天文、航天、可控核聚变中等离子体的研究提供科学支撑。

结项摘要

多尺度等离子体数值模拟在航天和核武器等工程领域有重要应用。本项目旨在发展多尺度等离子体数值方法。在本项目的研究周期内,项目组成员发展了适用于等离子体输运的多尺度数值方法UGKS-Plasma,方法能够模拟不同Knudsen数和Larmor尺度下的等离子体输运过程;针对等离子体输运的高维度特性,发展了高效的统一气体动理学波粒方法UGKWP-Plasma,有效降低等离子体输运高维度所带来的计算压力;针对连续流域的等离子体模拟,发展了时空耦合的高精度气体动理学格式,并应用于多组分气体动力学方程的模拟。

项目成果

期刊论文数量(45)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Three dimensional high-order gas-kinetic scheme for supersonic isotropic turbulence II: Coarse-graining analysis of compressible K-sgs budget
超音速各向同性湍流的三维高阶气体动力学方案 II:可压缩 K-sgs 预算的粗粒度分析
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2021.110402
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Cao Guiyu;Pan Liang;Xu Kun
  • 通讯作者:
    Xu Kun
Ray effect in rarefied flow simulation
稀薄流模拟中的射线效应
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2020.109751
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Yajun Zhu;Chengwen Zhong;Kun Xu
  • 通讯作者:
    Kun Xu
Fifth order finite volume WENO in general orthogonally - curvilinear coordinates
一般正交曲线坐标下的五阶有限体积WENO
  • DOI:
    10.1016/j.compfluid.2019.06.031
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    Computers & Fluids
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Shadab Mohammad Afzal;Balsara Dinshaw;Shyy Wei;Xu Kun
  • 通讯作者:
    Xu Kun
Comparison of the performance of high-order schemes based on the gas-kinetic and HLLC fluxes
基于气体动力学和 HLLC 通量的高阶方案的性能比较
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2021.110706
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Xiaojian Yang;Xing Ji;Wei Shyy;Kun Xu
  • 通讯作者:
    Kun Xu
A unified gas-kinetic scheme for continuum and rarefied flows VI: Dilute disperse gas-particle multiphase system
连续流和稀薄流的统一气体动力学方案 VI:稀分散气体-颗粒多相系统
  • DOI:
    10.1016/j.jcp.2018.12.040
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Computational Physics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Liu Chang;Wang Zhao;Xu Kun
  • 通讯作者:
    Xu Kun

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其他文献

高阶气体动理学格式在湍流数值模拟中的应用
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王丕新
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    谭颖;徐昆;路璀阁;刘畅;王丕新
  • 通讯作者:
    王丕新
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李炜;张赐成;杨温馨;徐昆
  • 通讯作者:
    徐昆

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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