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相似文献
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1.
爆炸与冲击问题的大规模高精度计算   总被引:1,自引:0,他引:1  
爆炸与冲击问题的数值模拟在国防和民用安全领域具有重要的工程实用价值.由于爆炸与冲击问题是一个多物质在高应变率、高温及高压条件下的强非线性的瞬态动力学问题,给数值模拟带来了很多的困难,为此,针对爆炸与冲击问题数值模拟中的一些关键和难点问题开展了研究.提出了三维非线性双曲守恒系统的伪弧长自适应网格算法,分析了算法的实现过程,数值结果表明该算法有效地提高了冲击波强间断处的分辨率.发展了针对气相爆轰数值模拟的附加龙格-库塔方法,对非线性对流项进行显示计算,化学反应源项进行半隐式计算,有效地解决了源项引起的刚性问题,计算结果表明该算法可以准确地捕捉和描述爆轰波的复杂结构和典型特征.针对三维工程实际物理问题中的大规模计算需求,给出了三维多物质流体动力学欧拉数值方法的并行化方法,开发了三维爆炸与冲击问题并行计算程序,并给出了针对该并行程序的测试方法.上述工作有利地解决了爆炸与冲击问题大规模、高精度计算中的一些难题.最后,开展了大口径聚能射流侵彻混凝土靶问题的数值模拟和实验研究,通过典型爆炸与冲击工程问题的计算验证了所研究数值方法的有效性.   相似文献   

2.
针对该问题开展了伪弧长数值算法研究,通过引入弧长参数,使网格按照一定的形式自适应移动,达到在强间断区域自动加密的效果,从而提高网格分辨率。基于伪弧长算法编写了二维程序,并对程序进行人为解方法验证。将伪弧长算法和直接有限体积法的数值结果进行对比,通过误差分析,显示出伪弧长算法能有效提高计算精度。最后将伪弧长算法应用于气相爆轰波在二维管道中的传播问题,研究了波阵面的捕捉效果和爆轰波胞格结构的形成过程。  相似文献   

3.
驻定斜爆轰波并行数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
采用多组分化学反应Euler方程组对驻定在高速飞行弹丸上的斜爆轰波流场进行了数值模拟。计算中分别采用TVD格式和基元反应模型,并基于并行编程模型MPI(message passing interface)实现了非结构网格上的并行计算,对流项和化学反应项用时间分裂法进行处理。计算结果表明并行计算能有效地提高计算速度,扩展计算规模,为进一步研究超驱爆轰推进技术奠定基础。  相似文献   

4.
基于基元反应模型和单步反应模型,对直管道中H2-air混合气体中爆轰波的传播过程进行了数值模拟,揭示了气相爆轰波传播过程中的自点火效应。利用数值模拟方法计算了不同爆轰模型的点火延迟时间,并得到了爆轰波三波点的传播过程以及所形成胞格结构的尺寸。结果表明,胞格宽度与点火延迟时间成正比;爆轰波诱导区内气体的点火延迟时间与三波点的运动周期基本一致。进一步对结果分析可知,爆轰波的自维持传播取决于点火延迟时间(表征化学反应的特征时间)和三波点的运动周期(表征流动的特征时间)的匹配;当二者相匹配时,经过前导激波压缩后形成的高温高压爆轰气体,在短时间内实现了自点火,同时释放出大量的能量推动了爆轰波的前进,即爆轰波的稳定自维持传播依靠其自点火机制。  相似文献   

5.
通过实验和三维数值模拟研究了爆轰波在环形管道内的传播。实验采用烟迹板记录了爆轰波的胞格结构。数值模拟基于带化学反应的三维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对爆轰波的传播进行了数值研究。结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀。而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大,且呈周期性变化。同时, 不同壁面的胞格结构均出现了拍波(slapping wave),其形状呈弯曲的折线。  相似文献   

6.
动态存储方法在气相爆轰波数值模拟中的应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
为减少反应流计算花费的时间,采用动态存储建立热力学数据表(In situ adaptive tabulation, ISAT)的方法来取代反应流计算中化学反应的直接积分(Direct integral, DI),并针对气相H2/O2爆轰波的传播过程进行了数值模拟。采用两种不同的ISAT误差放大判据对一维爆轰波的压力、温度及组分变化进行了计算,并和DI的结果进行了比较以考察其计算精度。此外,还探讨了ISAT方法的效率。计算结果表明,和DI方法相比,在爆轰波传播计算中ISAT方法计算误差小于3%,化学反应计算速度提高了8倍。  相似文献   

7.
气相爆轰波在障碍物上Mach反射的实验验证   总被引:3,自引:0,他引:3  
郭长铭  张德良  谢巍 《实验力学》2000,15(3):298-305
本文公布了气相爆轰波沿收缩管道传播时发生Mach反射的实验证据。在爆轰波通过的管道中安装不同楔角的楔块,形成管道的收缩。爆轰波在通过楔块时会发生Mach反射。利用烟熏玻璃片记录到了爆轰波Mach反射时形成的三波点迹线及其两侧胞格尺寸和密度的变化。据我们掌握的资料,这是首次用胞格结构变化的记录证实,气相爆轰波与无化学反应的空气中的冲击波一样,在一定的入射条件下会发生Mach反射。这一实验结果可使我们更深入了解爆轰波的本质,也为数值模拟气相爆轰波在障碍物上Mach反射现象提供了可对比的依据。  相似文献   

8.
爆轰聚能经常被应用于工程爆破切割,为了探索新的聚能爆破形式,本文应用无网格MPM法对圆柱筒装药和导爆索多点起爆形式的爆轰波碰撞聚能问题进行三维数值模拟,采用显式积分算法完成爆轰波形成和汇聚过程以及爆轰压力场分布的数值计算,并将数值模拟结果与实验结果做了对比分析。由此验证了无网格MPM法的准确性,也为炸药聚能爆破提供了新的思路和高效的操作方法。  相似文献   

9.
正向爆轰驱动高焓激波风洞的数值模拟   总被引:5,自引:1,他引:4  
对充满氢氧可燃气体、带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞进行了数值模拟。计算采用了欧拉方程,频散可控耗散差分格式(DCD)和改进的二阶段化学反应模型。在扩容腔附近采用二维轴对称计算模型,而在驱动段和被驱动段的直管道部分则采用一维计算模型。本文分析了爆轰波在管道中的传播、反射和绕射过程。计算结果表明扩容腔的尺寸对爆轰波的传播、反射、汇聚等起着决定性的作用;带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞能够得到平稳的持续时间较长的气流,提高了实验的精确度和可重复性。  相似文献   

10.
韩文虎  张博  王成 《爆炸与冲击》2021,41(12):62-93
对近年来气相爆轰起爆及传播在数值模拟和实验方面的研究工作进行了综述,结合作者近几年在这一领域开展的工作,评述了目前的研究热点和难点,简要指出了未来的研究方向。着重介绍了黏性扩散、详细化学反应机理、爆轰胞格不稳定性在爆轰起爆和传播理论和计算研究中的作用,以及爆轰波传播过程中实验技术和理论预测模型的进展。  相似文献   

11.
Y. Huang  H. Ji  F. Lien  H. Tang 《Shock Waves》2014,24(4):375-392
Three-dimensional (3-D) detonation structure transformations from rectangular and diagonal modes into spinning modes in a narrow square tube are investigated by high-resolution simulation. Numerical simulations are performed with a Riemann solver of the HLLC-type, new cell-based structured adaptive mesh refinement data structure, high-order, parallel adaptive mesh refinement reactive flow code. A simplified one-step kinetic reaction model is used to reveal the 3-D detonation structure. The four different types of initial disturbances applied in the ZND profiles lead to the structures of rectangular in phase, rectangular out of phase, rectangular partial out of phase and diagonal, respectively, during the initial stages of detonation propagation. Eventually, all these detonation structures evolve into the self-sustained spinning detonations. The asymmetric disturbance leads to a stable spinning detonation much faster than the rest. The important features in the formation of spinning detonation are revealed using a 3-D visualization, and a remarkable qualitative agreement with experimental and numerical results is obtained with respect to the transverse wave dynamics and detonation front structures. The transverse wave collisions produce the unburnt gas pockets and the energy to sustain the detonation front propagation and distortion. The periodic pressure oscillation of front plays a complex role as it shifts the reaction zone structure with an accompanying change in the driving energy of transition and the detonation parameters which result in the more distorted front and the unstable detonation. Eventually, the unstable distorted detonation evolves into a spinning detonation.  相似文献   

12.
The existence of a secondary discontinuity at the rear of a detonation front shown in experiments by Peraldi and Veyssiere (1986) in stoichiometric hydrogen-oxygen mixtures with suspended 20-m starch particles has not been explained satisfactorily. Recently Veyssiere et al. (1997) analyzed these results using a one-dimensional (1-D) numerical model, and concluded that the heat release rate provided by the burning of starch particles in gaseous detonation products is too weak to support a double-front detonation (DFD), in contrast to the case of hybrid mixtures of hydrogen-air with suspended aluminium particles in which a double-front detonation structure was observed by Veyssiere (1986). A two-dimensional (2-D) numerical model was used in the present work to investigate abovementioned experimental results for hybrid mixtures with starch particles. The formation and propagation of the detonation has been examined in the geometry similar to the experimental tube of Peraldi and Veyssiere (1986), which has an area change after 2 m of propagation from the ignition point from a 69 mm dia. section to a 53 mm 53 mm square cross section corresponding to a 33% area contraction. It is shown that the detonation propagation regime in these experiments has a different nature from the double-front detonation observed in hybrid mixtures with aluminium particles. The detonation propagates as a pseudo-gas detonation (PGD) because starch particles release their heat downstream of the CJ plane giving rise to a non-stationary compression wave. The discontinuity wave at the rear of the detonation front is due to the interaction of the leading detonation front with the tube contraction, and is detected at the farthest pressure gauge location because the tube length is insufficient for the perturbation generated by the tube contraction to decay. Thus, numerical simulations explain experimental observations made by Peraldi and Veyssiere (1986). Received 5 July 1997 / Accepted 13 July 1998  相似文献   

13.
2021-08期封面     
铝粉反应模型是对悬浮铝粉尘气-固两相爆轰进行数值模拟研究的关键。通过考虑铝粉燃烧产物氧化铝(Al2O3)在高温下的分解吸热反应,改进了铝粉的扩散燃烧模型。将该模型嵌入到三维的气-固两相爆轰数值计算程序中,分别对铝粉/空气混合物以及铝粉/氧气混合物的爆轰进行了数值模拟,计算得到的稳定爆轰波速度与实验结果、文献值均吻合较好,误差小于5.5%,表明改进的铝粉反应模型适用于不同氧化气体氛围中铝粉尘爆轰的模拟计算。此外,对两相爆轰参数及爆轰流场的物理量分布进行分析,获得了铝粉反应模型对爆轰波结构的影响规律。  相似文献   

14.
以大型复杂装备研制过程中对大规模精细动力学数值模拟的迫切需求为背景,对大规模模态分析及后续相关动力学并行计算的国内外研究进展进行了概述,并对团队在JAUMIN框架和PANDA软件平台上开展的结构动力学并行计算相关研发工作进行了介绍.基于神光III大型光机装备的展示算例表明,PANDA软件的动力学并行可扩展能力达到“上亿自由度、上万核”的水平,万核并行效率高达50%以上,远超国内现有商业软件的分析能力;“基于框架研发应用软件”的设计理念已经成为大规模有限元程序研发的主流理念,对于提升软件研发效率,促进软件实用化和并行可扩展性将起到关键作用.  相似文献   

15.
Abstract. Two-dimensional numerical simulations of detonations in two-phase lean mixtures of aluminum particles and pure oxygen have been performed. The computational procedure adopts an adaptive mesh refinement methodology in order to increase spatial resolution in the most interesting parts of the flow field. A one-step heterogeneous reaction describes the evaporation and combustion of aluminum. Depending on the gas-phase temperature, the combustion product is aluminum oxide or aluminum monoxide. The results show that the heterogeneous detonations resemble gaseous single-phase ones although the scale of the phenomena is very different. The detonation of aluminum dust evolves into the 2-headed mode of propagation with the characteristic detonation cell width equal to cm. For aluminum dust the cellular structure is much finer. The detonation initially propagates in the 11-headed mode with the characteristic cell width equal to cm and evolves into the 8.5-headed mode with the characteristic cell size $\lambda_{\rm cell}$ equal to cm. Received 7 May 2001 / Accepted 25 March 2002 Published online 23 January 2003 Correspondence to: K. Benkiewicz (e-mail: kbenk@cow.me.aoyama.ac.jp)  相似文献   

16.
膛口反应流并行数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
郭则庆  姜孝海  王杨 《计算力学学报》2013,30(1):111-116,123
采用轴对称多组分N-S方程对含有高速运动弹丸的膛口反应流进行了数值模拟.控制方程采用时间分裂方法并在大型计算机上采用MPI方法进行多核并行求解,其中对流项采用二阶AUSM+格式和MUSCL插值方法进行处理,燃气采用氢气-空气混合气,反应机理为9组分19步基元反应.对于弹丸引起的网格运动,采用嵌套网格法处理.并行验证算例与串行计算结果一致,采用20个CPU计算时效率为64%.根据数值结果详细讨论了发射过程中的气体动力学和化学动力学过程,并且通过对两种条件下的计算结果比较分析了化学反应对膛口流场发展的影响.结果表明,上述算法能够较为正确地模拟弹丸和化学反应对膛口流场的影响,并大大提高了计算速度.  相似文献   

17.
陈翔  万德成 《力学学报》2019,51(3):714-729
液舱晃荡是一种在外部激励作用下部分装载的液舱内液体的波动现象,它会对液舱结构强度和运输船舶稳性产生危害.移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit,MPS)是一种典型的无网格粒子类方法,可以有效地模拟剧烈的液舱晃荡问题.但MPS方法存在计算效率低的缺点,难以模拟大规模三维问题,而GPU并行加速技术已广泛应用于科学计算领域.因此,本文将MPS方法与GPU并行加速技术相结合,采用CUDA程序语言编写,自主开发了MPSGPU-SJTU求解器,对三维液化天然气(liquefiednatural gas, LNG)型液舱晃荡进行了数值模拟.通过三种不同粒子间距的数值模拟,验证了求解器的收敛性,其中最大计算粒子数达到了200多万.与其他研究结果相比,MPSGPU-SJTU求解器能够准确地预测壁面砰击压力,并且捕捉晃荡过程中自由面的大幅度变形和强非线性破碎现象.相比CPU求解器的计算时间,GPU并行加速技术可以大幅度地减小计算时长,提高MPS方法的计算效率.本文将LNG型液舱与方型液舱的晃荡进行对比,结果表明在高充液率下LNG型液舱可以有效地减小晃荡幅值和壁面砰击压力.但在中低充液率下,LNG型液舱则会加剧晃荡,自由面呈现明显的三维特征.本文还进一步研究了水和LNG两种不同介质的液舱晃荡现象,数值模拟结果表明二者的流场基本相似,砰击压力则正比于液体密度.   相似文献   

18.
高拱坝地震损伤破坏的并行计算研究   总被引:2,自引:1,他引:1  
钟红  林皋 《计算力学学报》2010,27(2):218-224
高拱坝在强震中的损伤破坏对其抗震安全评价具有重要意义,但与之对应的大规模数值模拟需要高效、强大的计算能力的支持,传统的串行计算难以满足,大规模并行计算是解决这一问题的有效途径。利用宏观均质假定基础上考虑混凝土细观不均匀性的拱坝地震损伤破坏模型,在消息传递并行环境下,基于主从编程模式和区域分解法,采用Fortran语言编制了并行计算程序。该程序在4节点微机集群上运行,实现了对某在建拱坝地震损伤破坏过程的数值模拟,计算规模超过百万自由度,获得的破坏形态与模型动力破坏试验符合良好。该程序可再现拱坝的损伤破坏过程,在拱坝的抗震分析中有良好的应用前景。  相似文献   

19.
The problem of detonation initiation is studied in the case of hybrid two-phase mixtures consisting of a hydrogen-air gaseous mixture with suspended fine aluminium particles. In preceding works on this subject, investigation of the steady propagation regimes has shown that three main propagation regimes could exist: the Pseudo-Gas Detonation (PGD), the Single-Front Detonation (SFD), and the Double-Front Detonation (DFD). In the present study, a one-dimensional unsteady numerical code has been improved to study the build-up of the detonation in a heterogeneous solid particle gas mixture contained in a tube. The initiation is simulated by the deposition of a given energy in a point source explosion, and the formation of the detonation is observed over distances of 15 m to 30 m. As the code has been designed to run on a micro-computer, memory limitations preclude sufficient accuracy for quantitative results, however, good qualitative agreement has been found with the results of the steady analysis. In addition, it has been demonstrated that when both PGD and SFD could exist at the same particle concentration, the PGD regime was unstable and was able to exist only over a limited distance (a few meters): after some time, the reaction of aluminium particles in the unsteady flow perturbs the leading wave and accelerates it to the SFD regime. Influence of particle diameter and of initiation energy are examined.  相似文献   

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