热动力学问题的数值计算

 对含热传导的流体动力学方程组，用有限元方法进行数值求解。采用傅里叶热传导计算热流、用热流连续条件计算单元间接触面的温度、用三角形传热法计算体单元表面的热流，考虑各向同性弹塑性流体材料模型、三项式物态方程和导热系数与状态的相关性，给出了傅里叶热传导、接触传热、热应力应变效应、以及混合物冲击压缩特性等算例。对混合物冲击温度的数值模拟表明，小颗粒混合物在冲击压缩过程中，颗粒间的温度有差别、稍有波动，并随时间趋向于一致，以至热平衡。     

有限元法模拟混合物的冲击压缩特性

 将混合物作为组元颗粒在空间的随机排列,采用三维动力有限元程序模拟其冲击压缩特性。给出了以铜和铝两种金属单质组成的混合物算例,与用“叠加原理”计算的结果作了比较。     

混合物冲击温度的数值模拟

 介绍温度的数值模拟方法，采用三维动力学有限元程序模拟冲击压缩状态，分析了数值模拟的准确性。模拟了铜和铝两种金属单质组成混合物的冲击压缩性能，在分析了热传导影响后，计算了混合物的冲击温度和冲击绝热线。     

自由电子气冲击压缩特性的理论计算

用自由电子气模型对自由电子气(费米能为5 eV)的冲击压缩雨贡纽曲线、冲击温度进行了数值计算.冲击压力、内能和冲击温度被计算为压缩度的函数.计算结果表明,自由电子气(费米能为5eV)的冲击压缩极限近似为初始密度的4倍.     

混合物质原子结构的自洽场计算

基于含温有界Hartree-Fock-Slater相对论自洽场平均原子模型,应用体积相加原理,计算混合物质的原子结构.给出了求解混合物的Thomas-Fermi方程以及自洽场原子结构的方法,并就一些计算结果作了讨论. 关键词： 混合物 原子结构 Thomas-Fermi模型     

铝热剂反应性冲击热点分析

 采用激光粒度扫描仪测量了二元混合物铝热剂（Al+Fe₂O₃）原料的粒径分布,在电子显微镜下观察了铝颗粒、氧化铁颗粒的颗粒形状及两者按照化学配比混合后的颗粒接触状态。综合粒径分布和反应体系的化学配比关系,得到两种反应物的特征粒径和混合物的颗粒布局。根据特征粒径和颗粒布局,建立了该反应体系的等效细观模型,该细观模型能够保证得到与实际颗粒体系相一致的具有统计意义的孔穴结构。采用无网格粒子方法,数值模拟了铝热剂体系在不同冲击速度作用下,基本氧化铁颗粒排列形成的热点特征。研究表明,氧化铁三颗粒紧密排列的模式为形成单独热点的最基本排列,在平面冲击作用下,二元不同粒径的含能材料混合物形成热点的尺寸由初始孔穴尺寸确定,而热点温度受冲击速度影响较大。采用轻气炮对不同密度和配比的铝热剂进行了冲击点火实验,并将测量和数值计算结果进行了对比分析,结果表明,两者的定性结论吻合较好。     

混合物物态方程的计算

 在采用体积相加原理计算混合物物态方程的基础上,建立了一种物理模型确定混合物温度。根据混合物中各组分温度和压强平衡条件,采用压强-密度迭代方法计算给出混合物物态方程,编制了两种组分的混合物物态方程计算程序。为检验建立的温度模型的合理性及程序的有效性,分析了不同密度、温度状态的氢（H2）和钨（W）组成的混合物状态参量,计算了以下情形及其组合情形的混合物物态方程：H₂和W以不同质量比混合;质量比固定,单组分状态不同;温度区间和密度区间不同。研究表明:实际应用中在建立的混合物温度模型基础上确定的混合物物态方程是合理的。     

进口浓度对水力旋流器颗粒分级的影响

通过对水力旋流器内液固多相流动的固体颗粒运动进行理论分析、数值模拟和实验测试,探讨了进口颗粒浓度对采用水力旋流器进行高炉污泥颗粒分级的影响。液固多相流动的数值模拟证实,固体颗粒在水力旋流器内的径向沉降速度近似与颗粒粒径的平方成正比。实验给出了不同进口浓度的颗粒分级效率曲线。本文的实验结果、数值模拟结果以及颗粒离心沉降的理论分析都表明,进口浓度对水力旋流器内高炉污泥的颗粒分级影响不大,该结果诠释了在高炉污泥脱锌操作所考虑的颗粒浓度范围内为什么低浓度下水力旋流器颗粒分级的数值模拟结果与较高浓度下的实验结果基本一致。     

脉冲激光烧蚀块状靶材的双动态界面研究

给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型.根据能量平衡原理,导出烧蚀面的位置随时间的变化关系.利用绝热近似、温度连续性条件和能量平衡原理来获得烧蚀面与固液相界面边界条件.结合热传导方程,利用精确解与积分近似法相结合的方案,给出固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系,以及固液相界面的位置随时间的变化规律,并与已有的理论和实验结果进行比较.最后以铝靶为例计算模拟了激光烧蚀的全过程计算. 关键词： 脉冲激光 等离子体 固液相界面 烧蚀面     

冲击温度测量中辐射度的数值模拟

 考虑窗口不透明性、界面发射率和热传导等因素对冲击温度测量中辐射度的影响，认为在冲击压缩下窗口不透明性的增大是导致辐射度随时间变化的重要因素。用流体动力学方程、辐射输运方程并计及热传导数值模拟了辐射度，得到了与实验一致的结果。     

Mathematical simulation of the shock compression of porous molybdenum using a heterogeneous model

The shock compression of a heterogeneous material is numerically simulated. The physical model used for the simulation is based on a layered model of a porous material and consists of a set of thin matrix plates with a known equation of state that are separated by filler layers also with a known equation of state. The model is intended to calculate the parameters (pressure, temperature, mass velocity) of shock compression of the matrix and the filler of heterogeneous materials during their one-dimensional shock compression in terms of a developed hydrodynamic code. The adequacy of the proposed model is tested on porous molybdenum during shock-wave loading to a pressure of 15–70 GPa and a temperature of 4000 K.     

碳水混合物相互作用势及混合法则的实验研究和理论探索

 利用二级轻气炮加载技术研究了碳水混合物的冲击压缩特性。研究发现：冲击压力p低于19.0 GPa时,石墨与水混合物冲击压缩特性明显不同于金刚石与水混合物的冲击压缩特性;p大于23 GPa后,它们的特性十分接近;当p为52.9 GPa时,石墨与水混合物表现出反常的冲击压缩特性,压力增加而体积出现膨胀,这与高压下碳与水发生化学反应产生气体相关。还对碳水混合物的相互作用势及混合法则的选取进行了讨论。     

高温高密度氢（氘）的物态方程——离解效应研究

 高温高压下流体氢将发生离解化学反应，形成具有相互作用的氢分子和氢原子混合体系，此时粒子间的相互作用复杂。利用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型，将混合物粒子间的相互作用等效为单组分粒子间相互作用，从而简化了对体系的统计热力学处理；并由自由能函数极小化确定化学平衡时各组分含量、体系的内能、压强。研究了温度在10 000 K以下、密度在0.6 g/cm³以下（相应摩尔体积大于3.3 cm³/mol）区间的热致离解和压致离解现象对流体氢（氘）状态方程的影响。所得结果与双组分流体变分理论计算以及第一原理的分子动力学模拟、蒙特卡罗模拟结果以及二级轻气炮实验数据进行了比较，它们之间的一致性表明：用单组分流体近似的范德瓦尔斯混合模型处理氢（氘）分子的离解区域的物态方程是成功的。     

Calculation of shock wave propagation in water containing reactive gas bubbles

The entry of a shock wave from air into water containing reactive gas (stoichiometric acetylene–oxygen mixture) bubbles uniformly distributed over the volume of the liquid has been numerically investigated using equations describing two-phase compressible viscous reactive flow. It has been demonstrated that a steady-state supersonic self-sustaining reaction front with rapid and complete fuel burnout in the leading shock wave can propagate in this bubbly medium. This reaction front can be treated as a detonation-like front or “bubble detonation.” The calculated and measured velocities of the bubble detonation wave have been compared at initial gas volume fraction of 2 to 6%. The observed and calculated data are in satisfactory qualitative and quantitative agreement. The structure of the bubble detonation wave has been numerically studied. In this wave, the gas volume fraction behind the leading front is approximately 3–4 times higher than in the pressure wave that propagates in water with air bubbles when the other initial conditions are the same. The bubble detonation wave can form after the penetration of the shock wave to a small depth (~300 mm) into the column of the bubbly medium. The model suggested here can be used to find optimum conditions for maximizing the efficiency of momentum transfer from the pressure wave to the bubbly medium in promising hydrojet pulse detonation engines.     

The characteristics of laser‐driven shock wave investigated by time‐resolved Raman spectroscopy

An accurate and simple method, Raman peak‐shift simulation, is proposed to determine the characteristics of a laser‐driven shock wave. Using the principle of the Raman peaks shifting at high pressure and the pressure distribution in the gauge layer, the profile of the Raman peak can be numerically simulated. Combined with time‐resolved Raman spectroscopy, some main characteristics of the shock wave were determined. In the experiment, polycrystalline anthracene was used as the pressure gauge. The pump–probe technique was used to obtain the time‐resolved Raman spectra of anthracene under shock loading. The velocity of the shock wave, the peak pressure and the rise time of the shock front were determined by simulating the experimental spectra numerically. The result shows that the method of Raman peak‐shift simulation is effective in obtaining the characteristics of a laser‐driven shock wave. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

固体炸药爆轰的一种考虑热学非平衡的反应流动模型

基于固体炸药爆轰过程中化学反应混合区内的固相反应物与气相生成物处于力学平衡状态及热学非平衡状态的事实,提出一种考虑热学非平衡效应的反应流动模型来描述固体炸药的爆轰流动现象.该爆轰流动模型的主要特点是,在反应混合物Euler方程和固相反应物质量守恒方程的基础上,通过附加一套关于固相反应物的组分物理量的流动控制方程来表达固相反应物与气相生成物之间的热学非平衡效应.根据反应混合区内固相反应物与气相生成物这两种化学组分保持各自内能守恒的混合规则,并借助它们具有压力相等的性质以及满足体积分数总和为1的条件,推导获得的附加方程有：固相反应物的内能演化方程、体积分数演化方程及反应混合物的压力演化方程.这样,建立的爆轰模型包括：反应混合物的质量守恒方程、动量守恒方程、总能量守恒方程、压力演化方程,以及固相反应物的质量守恒方程、内能演化方程、体积分数演化方程.对所获得的爆轰模型方程组采用一个时空二阶精度的有限体积法进行数值求解,典型爆轰问题算例结果表明本文提出的固体炸药爆轰模型是合理的.