不同方式地下爆炸地震耦合效应的数值模拟

通过一种Euler与Lagrange相结合的有限差分法,开展地下爆炸地震耦合效应的数值模拟.比较花岗岩介质中填实和空腔两种爆炸方式在地震耦合效应方面的差异,进一步分析初始空腔大小在填实以及空腔爆炸地震效应中的作用以及空腔爆炸解耦因子随频率的变化特性.计算结果表明,花岗岩介质中完全空腔解耦因子能达到50~60倍.     

高气压下交流旋转滑动弧放电特性实验研究

本文针对恶劣条件下滑动弧等离子体放电稳定性问题,搭建了高气压交流旋转滑动弧放电实验系统,开展了高气压下交流旋转滑动弧放电特性实验,并对其放电特性、电弧运动特性、光谱特性进行了分析.研究结果表明:随着介质气体压力的升高,滑动弧放电的电压、电流、能量均呈现增大趋势,当介质气体压力升高到0.52 MPa时,滑动弧放电的能量从常压下的84.74 J增大到147.13 J;且随着介质气体压力的升高,电弧的击穿频率并不是单调变化,而是在0.2 MPa时达到最大为26.55 kHz;高气压下电弧运动过程中会出现“弧道骤变”现象;随着介质气体压力的升高,滑动弧放电的整体光谱发射强度呈现变强趋势;通过两谱线法对滑动弧放电的电子激发温度进行了计算,常压下滑动弧放电的电子激发温度为0.8153 eV,随着介质气体压力的升高,电子激发温度呈现升高趋势,当介质气体压力达到0.4 MPa时,滑动弧放电的电子激发温度升高至5.3165 eV.     

炸药混凝土中爆炸能量释放规律的研究

 通过对炸药在混凝土中爆炸的并行计算,分析其数值计算结果,并对爆炸力学基础理论进行研究后认为：炸药在土岩介质中爆炸,炸药能量将通过爆炸空腔中爆炸产物内冲击波的多次往复反射的方式进行释放,同时破坏并推动土岩介质移动,土岩介质与爆炸气体的界面在爆腔内稀疏波的作用下进行持续减速扩张运动。     

致密多孔介质中气体渗流的格子Boltzmann模拟

为了能用格子Boltzmann方法来正确地刻画致密多孔介质中微尺度流动问题,对单通道模型进行推广,并将其应用于孔隙群里气体渗流的数值模拟.通过对部分具有代表性的多孔介质中的实际流动问题进行模拟,研究渗透率与平均压力和Knudsen数之间的相互关系.基于理论分析及相关文献中的试验结果,验证模拟结果,为用格子Boltzmann方法深入研究气体渗流问题奠定基础.     

气体和气溶胶在多孔介质中迁移的数值模拟

为了研究多孔介质对气体和气溶胶的封闭能力,用数值方法模拟了气体和气溶胶在多孔介质中的迁移.考虑了渗透、吸附过滤、扩散、热传导等因素,在柱对称坐标下用双孔双渗模型进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.计算结果显示,多孔介质对气溶胶有较强的阻挡作用,模拟实验结果也证明了这一点.     

轮背空腔-密封气对CAES向心涡轮变工况流动损失的影响

本文以国内首套MW级压缩空气储能(CAES)系统末级向心涡轮为研究对象,通过数值模拟分析了变工况条件下轮背空腔-密封气对等熵效率和流场结构的影响.结果表明:在求解中考虑轮背空腔-密封气结构能够使等熵效率数值解的偏差减小0.7%;随涡轮进口压力增加,轮背空腔泄漏流由叶片吸力面中部叶高区域逐渐向轮毂转移,流动损失先增加后减小;合理降低轮背空腔泄漏气体的轴向速度,能够减弱轮背空腔-密封气结构对等熵效率的负面影响,使向心涡轮在较宽的变工况范围内都保持高效运行.     

高压环境下1.58μm波段CO2吸收光谱特性分析

高压气体吸收光谱特性的研究是可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于爆轰发动机等高压燃烧环境的重要基础.为了解气体吸收光谱随压力的变化规律特别是在高压下的吸收光谱特性,本文以CO₂为气体介质对其在高压环境下近红外波段1.58μm处的吸收光谱进行了理论分析与试验研究,并给出一种高压气体浓度的计算方法.在1—10.13×10⁵Pa压力环境下,对1.58μm处CO₂吸收光谱进行了数值模拟,搭建了高压环境气体在线测量试验系统,对CO₂在波段1578.1—1579.7 nm的吸收光谱进行了试验测量.利用线性回归拟合将试验所得光谱吸收率与模拟吸收率进行对比,对高压环境下气体浓度进行了计算.结果表明,试验所得吸收光谱与数值模拟结果相吻合,1—10.13×10⁵Pa压力环境下利用线性拟合寻优法计算气体浓度最大误差为5.5%,平均误差2.6%.     

化学反应和球面聚心爆轰波的相互作用

考察球面爆轰波聚心传播过程中,波阵面附近压力和温度不断升高引起化学反应进程的改变;对比氢氧可燃气体与氮气的数值模拟结果,分析化学反应对波面温度和压力的影响,从而考察Zeldovich理论预测聚心爆轰波后参数的精确性.数值结果表明,爆轰波聚心传播初期,放热的燃烧反应对波后热力学参数起主导作用;传播后期,波阵面趋近于对称中心时,吸热的气体解离反应变得非常活跃,解离反应对后期的汇聚压力影响不大,但会在很大程度上限制汇聚温度的升高.     

缩比地下化学爆炸气体泄漏规律研究

针对气体通过均匀多孔介质、非均匀多孔介质和贯通裂缝泄漏三种机制,研究地下爆炸缩比实验气体泄漏时间和份额的规律.结果显示,对于相同介质中的缩比化学爆炸实验,气体泄漏时间与药量的三分之二次方成正比,不同药量实验的最终泄漏份额基本一致.实验室缩比化学爆炸实验气体泄漏时间关系的监测结果与理论分析基本一致.     

FBG传感器在空腔爆炸压力测量中的应用研究

光纤光栅(FBG)传感器具有灵敏度高，测量量程大，抗电磁干扰能力强，耐高温能力强等诸多优点，在爆炸冲击测试领域具有广泛的应用前景。针对空腔爆炸压力变化历程对压力传感器的性能要求，设计了一种抗冲击FBG压力传感器。传感器采用圆平膜片作为承压面，利用均匀压力作用下的挠度拉伸FBG产生位移。对传感器的力学模型进行了理论计算，并进行了有限元仿真，理论分析与数值模拟计算结果误差小于2%。使用标准压力源对传感器进行了标定，获得最终的压力灵敏度为545.187 kPa/nm，线性度相关度为99.998%。根据空腔爆炸现场防护需求，设计了有效的抗爆防护装置，并将该传感器成功用于空腔爆炸爆后气体压力变化历程测量，取得很好的测试效果。     

An aeroacoustically driven thermoacoustic heat pump

The mean flow of gas in a pipe past a cavity can excite the resonant acoustic modes of the cavity--much like blowing across the top of a bottle. The periodic shedding of vortices from the leading edge of the mouth of the cavity feeds energy into the acoustic modes which, in turn, affect the shedding of the next vortex. This so-called aeroacoustic whistle can excite very high amplitude acoustic standing waves within a cavity defined by coaxial side branches closed at their ends. The amplitude of these standing waves can easily be 20% of the ambient pressure at optimal gas flow rates and ambient pressures within the main pipe. A standing wave thermoacoustic heat pump is a device which utilizes the in-phase pressure and displacement oscillations to pump heat across a porous medium thereby establishing, or maintaining, a temperature gradient. Experimental results of a combined system of aeroacoustic sound source and a simple thermoacoustic stack will be presented.     

Underground Storage of Natural Gas in Hydrate State: Primary Injection Stage

The paper is devoted to simulation of the initial stage of natural gas hydrate underground storage: gas injection into aquifer just below permafrost rocks. It is based on the mathematical model of multiphase non-isothermal real gas and water flow in porous media. The model takes into account the transformation of gas and water into hydrate at certain temperature, which depends on gas flow pressure. The dynamics of hydrate and water saturation as well as the pressure and temperature fields in a reservoir with given porosity, permeability, and initial values of pressure, temperature and water saturation were studied. An implicit finite-difference scheme is used to approximate the original boundary-value problem. The finite-difference equations are solved using simple iteration and sweeping algorithms. Several examples of calculations corresponding to real cases are given. Calculations have revealed that the final result strongly depends on the combination of porosity and permeability of a reservoir.     

COIL压力恢复系统气流主动冷却技术数值模拟

 引射式压力恢复系统是化学激光系统应用中的一个重要组成部分,为了提高引射器引射效率,减小整个系统尺寸,可以采用主动降低光腔出口气流温度的方法。通过数值模拟,开展了用热交换器降低光腔出口气流温度的研究。给出了混合气体的热物理性质、热交换器建模方法及数值模拟条件,比较了不同条件下热交换器性能的差异,发现由于出口气流密度很低,热交换器的总传热系数、压力损失比常规条件下有较大幅度的减小。此时适当增大椭圆管尺寸,采用高翅片换热管,可以有效地提高热交换器的换热能力。     

基于量纲分析和达西定律的地下化学爆炸气体泄漏规律

针对周围是均匀岩石介质的地下化学爆炸,研究爆炸后爆室内气体的泄漏规律.利用量纲分析,得到影响气体泄漏时间的主要物理量,包括气体动力学粘度、爆室内超压、围岩孔隙率及围岩厚度的平方与渗透率的比值等,并初步给出它们之间的函数关系.然后基于达西定律,推导计算气体泄漏时间的解析公式.得到的气体泄漏时间计算公式与通过量纲分析得到的定性函数关系式完全相符,二者从不同的角度对同一问题给出了相容的结果.可为地下化学爆炸气体泄漏的理论分析和规律性研究提供研究思路和工具,为地下爆炸有关的工程估算提供参考依据.     

微通道内给定壁面热流的气体换热研究

本文利用实施给定热流边界条件的DSMC方法,对短通道内给定壁面热流边界条件下的气体换热情况进行了模拟.结果表明,壁面热流密度增大导致通道内压力分布非线性程度增加.随着热流密度的增大,截面速度分布趋于平缓,滑移速度增大.给定热流密度的通道壁面温度与气流截面平均温度的差值沿程增大,温度梯度沿程下降,气体稀薄性增大时,通道换热减弱.     

On gas phase transitions in a 2D nanopore

A gas distribution function for a 2D nanopore was derived, making possible calculations of thermodynamic characteristics such as pressure and heat capacity. The dependence of pressure and heat capacity on the least nanopore size was considered suggesting the presence of specific phase transitions in the gas in a certain temperature range. The phase transitions are associated with size quantization which results in “effective” interaction (attraction) between gas molecules.     

Theoretical model of ice nucleation induced by acoustic cavitation. Part 1: Pressure and temperature profiles around a single bubble

This paper deals with the inertial cavitation of a single gas bubble in a liquid submitted to an ultrasonic wave. The aim was to calculate accurately the pressure and temperature at the bubble wall and in the liquid adjacent to the wall just before and just after the collapse. Two different approaches were proposed for modeling the heat transfer between the ambient liquid and the gas: the simplified approach (A) with liquid acting as perfect heat sink, the rigorous approach (B) with liquid acting as a normal heat conducting medium. The time profiles of the bubble radius, gas temperature, interface temperature and pressure corresponding to the above models were compared and important differences were observed excepted for the bubble size. The exact pressure and temperature distributions in the liquid corresponding to the second model (B) were also presented. These profiles are necessary for the prediction of any physical phenomena occurring around the cavitation bubble, with possible applications to sono-crystallization.