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等离子体仿真与分析系统

 

1.设备全景图片

      

等离子体.jpg


2.设备概况

品牌:曙光

型号:

机柜:曙光C200

管理节点:I620-G20

刀片机箱:TC4600E

计算节点:CX50-G20

类型:计算服务器。

用途:等离子体与电磁场交互作用分析模拟。

3.设备功能简述

计算服务器配置一个管理结点和13个计算结点。

管理节点配置:

2×Intel Xeon E5-2602v2 2.4G 6C

4×8GB DDR4 2133 ECC REG 内存;

2×300G 2.5寸 10000转 6GbSAS硬盘;

5×3TB 7200转 6GbSAS硬盘。

计算节点配置:

2×Xeon E5-2660v3 2.6G 25M10C

8×8GB DDR4 2133 ECC REG 内存;

1×300G 2.5寸 10krpm SAS热挺拔硬盘;

5×3TB 7200转 6GbSAS硬盘。

计算服务器上安装了等离子体与电磁场交互作用分析软件Vsim 7.0和Usim 2.0,可支持128核并行仿真运算。

等离子体密度仿真能力:1/cm^3~10^8/cm3 ;

等离子体温度仿真能力:0.01eV~10eV。

4.设备的技术特点

(1) 能够仿真分析等离子体分析仪与朗缪尔探针等传感器所涉及的复杂传感器模型的电磁场精细结构;

(2) 能够仿真分析等离子体—传感器电磁场交互耦合作用;

(3) 能够根据上述等离子体分析仪和朗缪尔探针的仿真结果对等离子体传感器进行设计优化,并对优化结果进行进一步的仿真分析验证;

(4) 能够对卫星电位影响进行仿真与分析;对于复杂航天器仿真,可以通过二次开发接口引入航天器不同部分间的电路耦合关系。

(5) 能够对外环境电磁场干扰进行仿真分析,从而对传感器结构进行设计优化和运行环境设计优化;

(6) 软件提供常用卫星材料(所包含材料不少于以下种类:金、银、铜、不锈钢、氧化铝、ITO膜、钛合金、氮化钛、太阳电池材料Cerium doped silicon with MgF2 coating、碳纤维、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、不带MgF2膜的反射镜、黑漆、白漆)的基本数据库,能够仿真空间等离子体与材料的相互作用,如光电效应、二次电子发射效应、场致电离等现象;

(7) 能够仿真分析超声速流体力学,高超声速飞行器设计、再入、黑障、导流、减阻;

(8) 能够仿真分析高能密度物理,天体和地球物理;

(9) 能够仿真分析地面真空罐内等离子体源产生的等离子体及其与物体的相互作用;

(10) 能够同时仿真等离子体区域内多个不同物体(航天器),例如航天器交汇对接;

(11) 提供用户二次开发接口,用来研究多物理场建模或者引入用户定义的物理模型;

(12) 支持对模拟过程的详细诊断能力,包括跟踪电磁场的能量、动量、能流、场强、电压、粒子动能等参数随时间的演化,能跟踪单个粒子的运动轨迹;

(13) 具有激波捕捉能力,可以处理高超声速流动问题,能够仿真同时包含等离子体和中性气体的高超声速流动,能够分析由于高速再入导致的气体加热和等离子体形成过程;

(14) 能够跟踪电磁波在等离子体中的传播过程,计算电磁波的反射/透射和衰减,从而对黑障问题进行全面分析;

(15) 能够对仿真结果存储、提取、分析,可视化处理;

(16) 具有数据的事后与近实时精密定位功能。

5.设备的技术参数

(1) 等离子体密度仿真能力:1/cm^3~1e^8/cm3;

(2) 等离子体温度仿真能力:0.01eV~10eV;

(3) 航天器充电3D仿真网格数不少于1.5e7,等离子体仿真区域不小于100m×100m×100m;

(4) 支持多种离子成分仿真,包含但不少于以下几种:H+、He+、O+、Ar+、Xe+、Xe++、NO+、NO2+、Ar++、Cs+、H2O+;

(5) 使用PIC算法(Particle-in-Cell)来模拟等离子体的演化;

(6) 等离子体粒子之间以及和外界的相互作用通过电磁Maxwell方程组或者静电Poisson方程求解,等离子体粒子的运动利用宏粒子的相对论运动方程跟踪;

(7) 并行运算情况下,支持不少于3000万网格和2亿宏粒子量级的3D仿真;

(8) 可进行米级高超声速再入2D/3D模型计算;

(9) 支持Auto-CAD、ProE导入选项,即Auto-CAD和ProE等软件需要输出ASCII码格式的STL文件,能够被VSim软件读入和识别。

(10) 支持标准流体力学方程(Euler方程,N-S方程)、化学反应气体、磁流体方程(单流体、二流体、霍尔磁流体)求解;

(11) 支持直角坐标和柱坐标;

(12) 求解器支持多维的结构网格、非结构网格、贴体网格,能够自动进行网格划分;

(13) 同时支持电磁和静电模型的建模,可以处理低频电磁场和等离子体的相互作用;

(14) 支持对电子-离子-原子碰撞过程的建模,包括碰撞电离、激发、弹性散射和衰变等建模仿真;

(15) 支持各种粒子和固体壁面的相互作用模型,可以处理带电粒子在固体壁面的电荷沉积,电场形成等,从而分析航天器在空间运动时的电荷积累充电效应;

(16) VSim支持最高128核并行计算能力,实现大规模高性能的三维仿真;USim支持最高64核并行计算能力,实现大规模高性能的三维仿真;

(17) 运行环境同时支持Windows XP/7/8,Redhat Linux,Suse Linux。

6.设备的技术优势

计算服务器上安装专业等离子体与电磁场交互作用分析软件,该软件由VSimUSim两个模块构成,能够仿真分析空间环境中等离子体探针和分析仪工作性能;电磁波在等离子体中的传播;航天器表面充电过程和电位形成;等离子体设备的工作机理和优化设计;电离层和近地空间等离子体中电磁扰动的传播;飞行器再入电离与黑障形成等问题。

7.设备的应用行业

空间环境探测、等离子体模拟、卫星充电、飞行器再入等。