隐式TVD格式在气液两相爆轰数值模拟中的应用

为研究FAE(燃料-空气炸药)爆炸参数规律,运用二维轴对称气液两相方程组模型,针对其中的气相方程组采用高分辨率的隐式TVD格式,液相方程组采用MacCormack格式,较好地对FAE气液两相爆轰产生的爆轰波的发展和传播过程进行了数值模拟,计算结果与国内外的研究结果符合良好.     

散心柱面胞格爆轰演化数值研究

采用有限体积方法,在自适应非结构网格上求解二维含化学反应Euler方程,数值研究了柱面胞格爆轰波演化现象．化学反应计算采用单步可逆总包反应模型．数值结果演示了散心柱面胞格爆轰波演化过程中胞格结构的分裂现象,获得了与实验结果定性一致的结果．胞格结构的分裂演化在点火区近场和远场显示了不同的特点,其中爆轰波传播过程中波阵面当地曲率的变化是控制胞格分裂演化行为的关键因素．数值结果也显示胞格结构的分裂现象来自于爆轰波前锋结构中横波的自组织行为,即沿爆轰波波面传播的小扰动发展成为横波的过程,这种现象与胞格爆轰波的不稳定性密切相关．     

压差方程Chapman-Jouguet燃烧模型爆轰波与激波的相互作用

研究了气体动力学压差方程Chapman-Jouguet(CJ)燃烧模型爆轰波与激波的相互作用.给出了该CJ燃烧模型的几类基本波线:激波线、疏散波线、强爆轰波线和CJ爆轰波线.通过研究该CJ燃烧模型的初值为三片常状态的一类初值问题,并利用相平面分析的方法构造出该问题的整体分片光滑解,得到了压差方程CJ燃烧模型爆轰波与激波相互作用的结果.进一步地,得到了对应燃烧Riemann问题解的初值扰动稳定性.     

论超声速燃烧

论述了超声速燃烧概念 ,提出了对超声速燃烧的两种不同理解 ,论述了超声速燃烧与亚声速燃烧的不同 ,指出了超声速燃烧传播机制的特点和等截面超声速燃烧加热量的限制 .通过超声速流动中的燃烧分析 ,表明定常爆燃产物的熵增和总压损失随燃烧速度的增加而减少 .还论述了在欠驱动弱斜爆轰解条件下 ,波角不受斜劈角控制 ,只决定于燃烧速度 ,因此此解可能变成常波角的自持斜爆轰 .     

气体动力学燃烧模型的广义Riemann问题

考察了在(x,t)平面上原点(t＞0)的邻域内气体动力学燃烧模型的广义Riemann问题．在改进的熵条件下构造了此问题的唯一解．它们是自相似ZND燃烧模型的极限．发现对某些情形,广义Riemann问题的解与相应的Riemann问题的解有本质的不同．特别地,扰动会使得相应Riemann问题的强爆轰波转化为由预压激波点燃的弱爆燃波．在一些情形,尽管相应的Riemann解中不含燃烧波,扰动后燃烧波会出现．这反映了未燃气体的不稳定性．     

微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型研究

为探讨微米级玉米粉尘爆炸能量随时间、空间变化规律,基于量纲分析"π定理"构建微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型.研究表明:通过选取与爆炸火焰相关的基本量纲与导出量纲,提出了表征爆炸强度的"玉米粉尘爆炸能量系数",构建了微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型.采用水平管道粉尘爆炸实验装置,测得不同时刻微米级玉米粉尘爆炸火焰传播距离,推算出水平管道空间内"玉米粉尘爆炸能量系数"为0.143.通过模型参数关系合理性检验、模型参数幂指关系检验及导出量纲选取完备性检验,验证了模型的科学合理性.微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型的建立不仅为粉尘爆炸强度特性研究提供了理论基础,也对玉米粉尘爆炸事故危险等级评估具有重要意义.     

挥发分对煤尘爆炸特性影响研究

为了研究挥发分对煤尘爆炸的影响,利用FCY-II粉尘云最低点火能测定仪和水平玻璃管煤尘爆炸试验系统,测定了不同挥发分含量的煤尘爆炸最小点火温度和爆炸产生的最大火焰长度,分析了挥发分对煤尘爆炸最低点火温度影响,即通常情况下挥发分含量越大,最低点火温度越高,个别煤样不符合此规律,是因为水分含量过高,对煤尘爆炸起到抑制作用.选用合适的湍流及燃烧的数学理论模型,应用CFD软件模拟不同挥发分含量下煤尘爆炸的最大火焰长度,模拟结果与试验数据比对,误差均20%,说明数值模拟结果可靠,模拟手段可行,为划分爆炸等级和制定防爆措施提供参考依据.     

双曲型燃烧模型方程组的Riemann问题

本文研究了一类反应速率有限或反应速率无穷的燃烧模型组的 Riemann 问题.作者证明了有限反应率的 Riemann 解是由一个激波跟随一有限宽度的反应区构成,而无穷反应率的Riemann 解是由一强爆轰波或由一 Chapmann-Jouget 爆轰波跟随一中心稀疏波构成.     

前言北大核心CSCD

力学学科的发展是一个理论与应用相互促进,不断深入认识问题本质的过程.湍流燃烧是其中一个极其重要、极其挑战,同时也因为极其丰富的物理现象而引人入胜的研究领域.在基础理论层面,湍流燃烧相比无化学反应的湍流系统,反应放热导致火焰与流动的复杂相互作用,出现了更多的参数依赖关系,例如化学动力学特征时间与火焰尺度等.     

泄爆诱导的湍流、旋涡和外部爆炸

基于k-ε湍流模型和Eddy-dissipation燃烧模型,采用同位网格SIMPLE算法,对充满甲烷-氧气预混气的带导管柱形泄爆容器向空气中泄爆的情形进行了数值模拟．根据计算结果,分析了泄爆后外流场中可燃云团、火焰和压力的变化过程．结果表明,外部爆炸是因射流火焰点燃高压区中的可燃云团,从而引起的剧烈湍流燃烧所致．同时还讨论了外流场湍流和涡量的分布特征．射流火焰进入外部可燃云团后,湍流主要分布在平均动能梯度较大的区域,而不在火焰阵面上．涡量分布主要受斜压效应的影响,在压力和密度梯度斜交区域,其值较大．     

凹腔稳燃超声速燃烧火焰闪回不稳定性的数值研究北大核心CSCD

针对等直截面超燃冲压发动机燃烧室中火焰闪回低频燃烧振荡现象,采用延迟分离涡模拟(DDES)的混合RANS/LES方法结合PaSR湍流燃烧模型进行了三维模拟研究.计算得到了完整的燃烧振荡周期,与实验中的低频燃烧振荡现象较为一致.低频燃烧振荡周期可分为凹腔火焰稳定、火焰回传、火焰吹熄3个阶段.通过分析低频燃烧振荡周期中不同阶段的燃烧流动状态,给出了可能的低频燃烧振荡的形成机制.研究结果表明,在整个低频燃烧振荡周期中燃烧室内没有发生热壅塞,燃烧室提供的背压和燃烧释热是燃烧室内形成低频燃烧振荡的关键.     

喷雾碰壁燃烧数值模拟研究北大核心CSCD

燃油喷雾碰壁是小型高压直喷式柴油机中普遍存在的现象.燃油碰壁会影响缸内燃烧过程,进而显著地影响柴油机的动力学、经济性和排放性.为了更好地认识燃油喷雾碰壁燃烧现象,该研究采用数值模拟的方法对该过程进行计算,探究其特殊的燃烧特性.研究结果表明:在碰壁喷雾的两阶段燃烧过程中,喷雾碰壁促进喷雾径向发展半径和卷吸高度的增加,促进近壁面油气混合,在近壁面形成有利于低温点火的条件.低温燃烧反应在混合气较为稀薄的近壁面区域开始,随后向碰壁喷雾中心浓混合气区域发展.随着低温氧化燃烧持续放热,碰壁喷雾雾束中心区域温度逐渐升高,同时积累大量甲醛.由于喷雾碰壁会导致碰壁雾束中心形成较浓混合气,并且低温燃烧放热量较少,导致部分碳氧化物无法完全燃烧,增加了碳烟的生成量.另外随着高温燃烧的进行,温度持续升高,碰壁喷雾卷吸更多环境气体,进而产生大量氮氧化物.     

侵入气体沿井筒的上升规律研究

地层气体侵入井筒后形成气液两相流动体系,气体沿井筒向上滑脱运移,随着所受压力的降低其发展变化过程会很快,如果不及时处理就会演变为井涌、井喷,甚至井喷失控.因此,准确的预测侵入气体沿井筒的上升规律,有助于认识气侵发展过程,同时为现场采取井控措施提供理论依据,有效避免井下复杂事故.基于侵入气体沿井筒运动的力学特性,建立了气体的上升速度模型,模型模拟分析表明:地层渗透率越高、机械钻速越快、单位时间内侵入井筒的气体量越多、气体上升速度越快,井底压力波动越大;施加一定的井口回压可以有效抑制气体的膨胀运移.     

热量再循环对有机尘埃微粒燃烧的影响

研究了热量再循环和不同式Lewis数,对有机尘埃微粒燃烧的作用.在微型燃烧室中,由于热量再循环的影响更加显而易见,所以建立更好的模拟微型燃烧室性能的计算模型显得十分必要.为了模拟有机尘埃微粒的燃烧,假定尘埃微粒首先被气化,氧化成为一种化学结构已知的气相,接着假定该可燃气体的化学结构为甲烷.为了研究火焰的结构和求解控制方程,认为火焰结构由3个区域组成,即预热气化区、反应区和后火焰区.通过从后火焰区到预热区的排热来评价再循环现象.问题如下分步求解:首先对各区域的控制方程无量纲化;接着对各区域应用必要的边界条件和协调条件;然后按分析模型,对控制方程以及必要的边界条件和协调条件,同时进行求解.表明,再循环和不同式Lewis数,对有机尘埃微粒的燃烧特性有着显著的影响,得到不同微粒半径时的燃烧速度曲线和温度曲线等.结果与已发表的试验数据吻合.     

大速差同向射流——一种新型火焰稳定与强化燃烧的空气动力学原理

本文介绍了一种稳定火焰和强化燃烧的新型空气动力学原理——大速差同向射流技术。单股或多股高速小射流(空气、蒸汽或其它气体)与低速的主气流(燃料和空气混合物)同方向射入燃烧室,可以产生高湍流强度的大回流区,从而可以使可燃混合物与高温回流烟气有效地混合,以维持燃烧室内稳定而强化地燃烧,甚至对于着火性能很差的燃料也是如此。这是继传统的旋流燃烧器和钝体燃烧器之后又一种新型的有效而实用的火焰稳定方法。基于这种原理研制的煤粉燃烧器更具有优良的性能,并且在结构上也很简单。这种类型的煤粉预燃室,已经在电站和工业锅炉上安装使用。目前,使用这种预燃室可以在冷风条件下成功地启动贫煤(V^f<15％,A^f>30％)锅炉及低负荷情况下仍能维持燃烧。这项新技术所展示的火焰稳定和强化燃烧原理在燃烧界引起了广泛的关注和兴趣。     

基于映射函数的三阶WENO改进格式及其应用

低耗散、高分辨率激波捕捉格式对含激波流场的数值模拟具有重要意义.在传统三阶WENO格式（WENO-JS3）和三阶WENO Z格式（WENO-Z3）基础上,基于映射函数,给出WENO-M3、WENO MZ3格式.选用Sod激波管、激波与熵波相互作用、双爆轰波碰撞及双Mach(马赫)反射等经典算例,考察上述格式的计算性能.数值结果表明,WENO-MZ3格式相较其他格式具有耗散低、对流场结构分辨率高的特性.为了进一步扩展WENO-MZ3格式的应用范围,采用该格式数值研究封闭方形舱室内柱形高压、高密度气体爆炸波传播过程,波系演化规律以及壁面典型测点压力载荷.数值计算结果表明WENO-MZ3格式能够较好地模拟包含高压比、高密度比的爆炸波且给出数值耗散较小的壁面压力载荷.     

衍射的数学问题

§1.衍射问题的提法及意义衍射现象是波动过程的基本特性之一。不论是弹性波、声波、电磁波、光波,在它们的传播路程中碰到障碍物时,或者更一般地说,在波峯到达不同介质的接触面时,都会产生衍射现象。我们就以光波的传播为例。根据几何光学的假说,光线是直线。光从一个点     

带激波的一维非定常两相流动的数值模拟

本文将处理带激波的单相气体非定常流动问题的两种高分辨数值方法(随机取样法和二阶GRP有限差分法)推广应用于气固悬浮体(亦称含灰气体)两相情况,计算了含灰气体激波管中两相激波特性、波后流场结构及气固两相流动参数随时间的变化.数值结果表明:这两种方法均能给出带有尖锐间断阵面的两相激波松弛结构.二阶GRP方法在计算精度和机时耗用等方面优于随机取样法.     

多维非线性脉冲波的单波“干扰”

利用非线性几何光学讨论3×3的高维半线性双曲偏微分方程在仅有一个初始脉冲波的条件下,系统会产生多个脉冲波的现象,从而从数学的角度论证了单个脉冲波的传播与"干扰"特性.     

考虑事故风险损失的爆炸物品经济生产批量模型研究

爆炸物品在储存过程中容易发生爆炸事故,因此爆炸物品生产企业对其生产批量进行决策时必需考虑由此带来的风险损失.在给出爆炸物品事故风险损失度量方法的基础上,建立了爆炸物品的经济生产批量模型,并利用Matlab软件给出了模型的求解方法.为相关企业合理制定生产批量决策提供了理论依据.