爆炸驱动液体分层现象和液滴尺寸模拟

爆炸驱动液体介质外界面的分散和破碎是气溶胶云团形成的重要过程。采用基于维数分裂的欧拉程序和Youngs混合界面处理方法,对中心药爆炸驱动甘油和水介质流场的液体分层现象进行了数值模拟。结合试验结果推断提出了液滴形成过程的三种并存机制:外层射流破碎、内层R-T失稳和中间液层"空化"破碎,分别建立了不同液层破碎液滴的尺寸模拟方法。对比给出抛撒甘油和水装置初级液滴的尺寸分布及最外层理论射流量。     

液体的爆炸抛撒特征

针对液体爆炸抛撒过程设计了实验装置,利用高速摄像仪进行记录。通过研究不同中心装药量和 填充液体的抛撒过程,发现在壳体破裂后,液体沿裂缝处向外飞散。药量较小时,液体分散成树枝状形态,然 后破碎成液滴;药量较大时,则形成液体环状区。对于不同粘度的液体,环状区分别由小液滴及已雾化、汽化 的液体,或大液滴、液体丝及液膜等组成,抛撒过程中其宽度越来越大,大液滴、液体丝及液膜等也逐渐破碎成 细小的液滴。     

基于闪光X射线照相技术的液体爆炸抛撒研究

闪光X射线照相技术相比于可见光高速摄影,具有曝光时间短、穿透能力强和能透视拍摄物体内部信息等优点。本文应用闪光X射线照相技术,对液体爆炸抛撒早期过程壳体材料变形破碎情况、液体受冲击压缩的状态等进行研究,获得了可见光高速摄影等其他测试方法不能得到的实验现象,结果表明:爆炸后液体介质存在密度不均匀区域,爆炸产物气体在不同介质中膨胀规律不同,以及冲击波通过不同介质作用于壳体时,壳体膨胀破碎机制不同。     

壳体约束对液体爆炸抛撒流场特性的影响

进行了不同壳体约束条件下的液体爆炸抛撒实验,讨论了壳体对起爆后早期抛撒流场特征的影响,分析了爆炸分散过程中液体的状态变化和破碎分散机理,并通过数值模拟进行了对比分析。结果表明,在爆炸反射稀疏波的作用下液体发生空化现象,壳体强度越高,空化发生的延迟越大,发生位置越靠近爆心,同时,爆炸产物气体与液体在其界面附近越早发生掺混。     

竖直下抛液体燃料爆炸抛撒的初步数值研究

对具有轴向初始速度即竖直下抛液体燃料的爆炸抛撒云雾形成过程进行了数值研究。近场的数据来自丁珏等的工作,以此数据作为远场初始参数。远场是燃料液滴与空气、燃料蒸汽、不同尺寸的液滴颗粒组成的多相体系之间的相互作用的过程。液滴的直径比较小,把液滴看成连续介质,且相互作用只考虑液滴的蒸发、破碎、碰撞聚合。轴向初速为0(静爆)时计算结果与实验结果相吻合。这说明本模型可以模拟爆炸抛撒云雾的形成过程,进而可以预估高速运动下云雾的形成过程。用以上模型计算了竖直下抛初速为100m/s、装填5kgPO的FAE装置的爆炸抛撒过程。所得的结果表明,100m/s的初速将影响云雾的最终形状及云雾内部的浓度分布。     

运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎的实验研究

在实验室条件下利用组合式激波管设备,对运动状态下液体轴对称抛撒进行了实验研究。通过纹影装置获得其所形成雾化场的外形轮廓照片,测量获得了液核发生首次破碎的位置与对称轴之间的距离。通过对抛撒过程中R-T不稳定性与K-H不稳定性的分析认为,轴向气流作用下液体轴对称抛撒的首次破碎点与对称轴的距离主要由轴向气流的速度、轴向气流的密度、液体轴对称抛撒的出口速度、抛撒液体的表面张力系数、环形喷口的宽度等参数所决定。在此基础上,利用相似性理论和无量纲分析,获得了运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎点与对称轴之间的距离与相关参数的无量纲关系式。     

具有爆炸反应特性装置在密闭容器内爆炸威力的评价方法

在装填有抛撒药和氟化物的装置中,当中心抛撒药起爆,将氟化物抛出装置时,氟化物会与密闭容器内液体发生剧烈反应,释放大量能量.为了评价该装置在密闭贮液容器内的爆炸威力,基于超压-冲量准则,在模拟密闭贮液容器内进行了爆炸毁伤威力评价实验,并计算得到该装置的TNT当量值.结果表明:该方法简单有效,可作为该装置在密闭贮液容器内爆...     

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的近场研究

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的研究,是以飞行物体在运动状态下向大气抛撒液体燃料所导致的破碎和雾化为背景的。为了研究在轴向气流作用下液体轴对称抛撒所产生的雾场特性,本文提出了一种新的组合型实验设备。该设备由两台激波管、一套电子同步控制系统组成,可以观察在轴向气流作用下液体轴对称抛撒、破碎和雾化的过程。通过在此设备上的一系列实验,获得了在不同压力和不同气流速度下液体轴对称抛撒的近场纹影照片。通过对照片的研究发现,液体轴对称抛撒具有两个明显的阶段:液核生长阶段和液核稳定阶段。另外近场云雾区轮廓有明显的转折点,此转折点即为液核发生首次破碎的位置。进一步分析表明,轴向气流能促使液体轴对称抛撒首次破碎发生的时间缩短。     

多相介质爆炸冲击响应物质点法数值模拟

为了解决当炸弹在近场爆炸时爆轰波驱动破碎的弹片共同作用于混凝土墙壁的过程中所涉及的多物理场计算和多相介质耦合分析等问题,利用物质点法(material point method, MPM)不需要考虑物质间的分界面、耦合条件自动满足等特点,应用无网格MPM法对两种类型的炸弹（带金属外壳和不带金属壳）产生的爆炸场、弹片破碎和混凝土墙壁的破坏进行数值模拟。数值结果表明,无网格MPM法是计算多相介质爆炸效应的一种有效的算法。     

抛撒药壳体对一次起爆型云爆弹威力的影响规律

在对抛撒药壳体的变形及破裂后运动规律进行理论分析的基础上,对2种不同结构的一次起爆型云爆装置进行静爆威力实验,实验结果表明:采用中心起爆抛撒结构时,适度减小中心抛撒药壳体的强度可以提高云爆弹的威力;而采用中心与周边辅助抛撒药同时起爆结构,适度增加抛撒药壳体的强度可以提高云爆弹的威力.     

壳体对燃料近区抛散速度的影响

通过建立力学模型 ,分析了燃料空气炸药 ( FAE)装置壳体对燃料近区抛散过程的影响规律 ,给出了考虑壳体时燃料近区 (加速阶段 )抛散速度的计算方法。为 FAE爆炸云雾及战斗部弹壳碎片的杀伤作用分析奠定了力学基础。     

微液滴在PDMS软基体表面的动态摩擦行为研究

通过固液界面摩擦力测试装置研究了微液滴在PDMS软基体表面运动时的动态摩擦学行为,并对微液滴体积、滑动速度及软基体力学性能对固液界面动态摩擦行为的影响进行了分析. 结果表明:微液滴在软基体表面运动时表现出最大静摩擦力和动态摩擦力. 最大静摩擦力与微液滴黏度和速度梯度呈正比,动态摩擦力与微液滴体积、滑动速度和基体力学性能有关. 随着微液滴体积的增加,三相接触线长度增加,动态摩擦力增加;随着相对滑动速度增加,三相接触线长度及接触角滞后增加,动态摩擦力增加;随着软基体弹性模量降低,固液界面黏附力增加,固液界面运动能量耗散增加,动态摩擦力增加. 研究结果可为PDMS软基体表面微液滴的精确驱动和运动参数优化提供理论指导,也可进一步丰富固液界面摩擦理论.      

纳米尺度边界滑移的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法研究了纳米尺度超薄膜润滑的边界滑移现象,分别模拟考察了固液作用势、固液密度差异和温度对滑移长度的影响.结果表明:在固液作用势较强的情况下,滑移长度随着温度的增加而增大;当固液作用势较弱时,滑移长度随着温度的增加反而下降;滑移界面上、下的层状有序化差异程度是导致滑移的主要原因;应用所建立的方法可以较好地解释不同物理参数条件下的壁面滑移问题.     

Mechanical effects of circular liquid inclusions inside soft matrix: role of internal pressure change and surface tension

The mechanical effects of dilute liquid inclusions on the solid-liquid composite are explored,based on an analytical circular inclusion model incorporating the internal pressure change of the liquid and the surface tension of the interface.Several simple explicit dependences of the stress field and effective stiffness on the bulk modulus and the size of the liquid,the surface tension,and Poisson’s ratio of the matrix are derived.The results show that the stresses in the matrix are reduced,and the stiffness of the solid-liquid composite is enhanced with the consideration of either the surface tension or the internal pressure change.Particularly,the effective Young’s modulus predicted by the present model for either soft or stiff matrices agrees well with the known experimental data.In addition,according to the theoretical results,it is possible to stiffen a soft solid by pressured gas with the presence of the surface tension of the solid-gas interface.     

An investigation of the solidification of a metal and two n-paraffins using an acoustic technique

A novel acoustic technique is described for following the motion of the solid-liquid interface during the freezing of mercury, n-hexadecane and n-octadecane where heat transfer is unidirectional. It is shown that the actual amount of solidification occurring in a given time differs from that predicted using a numerical solution to the transient heat conduction problem. The differences are small for mercury but large for the paraffins. They are interpreted in terms of the nature of the solid-liquid interface. Furthermore the experimental and predicted temperature distributions in the liquid and solid phases differ. These differences are extremely small for mercury. The data for the three materials conform to a relationship observed previously according to which the thickness of the solidified layer is a linear function of the square root of time. The work was carried out at the Georgia Institute of Technology.     

Inward solidification of a superheated liquid in a cooled horizontal tube

Inward solidification has been studied experimentally and analytically under conditions where the liquid phase is above the fusion temperature (i.e., superheated). The liquid was housed in a horizontal circular tube in which the surface was maintained at a uniform, time-invariant temperature during test runs. Three phase change materials (n-heptadecane,n-octadecane, and water) were used in the tests. Both analysis and experiments have established that for inward solidification, natural convection in a superheated liquid is not important in controlling the solidliquid interface motion for Stefan numbers less than unity. The interface velocity is determined primarily by the thermal resistance across the solid layer. Good agreement has been obtained between experimentally measured and analytically predicted solid-liquid interface positions when the density differences between the phases were accounted for.     

燃料空气炸药（FAE）装置爆炸场的研究

燃料空气炸药（ＦＡＥ）装置在一次点火后，液体燃料在中心装药爆轰驱动下，抛撒在空气中形成燃料空气云，用高速摄影记录了该燃料空气云的形成过程。为达到所要求的气云形状，在对高速摄影照片充分分析折基础上，本文对ＦＡＥ装置的结构设计提出了改进意见。燃料空气云在二次点火后实现爆轰，本文测量了沿地面主力学线的压力时间曲线，用高精度、高分辨率的ＴＶＤ格式与瞬时爆轰模型时燃料空气云爆炸场进行了初步的数值模拟，得到了     

液体界面现象及表面张力的分子动力学模拟

本文利用分子动力学计算机模拟的方法,研究了氪的固-液、液-气和气-固的界面现象。显示了液体的零级径向分布是有序的,与固体相邻的液体部分有类晶结构,固体表面出现了气体吸附层。表面张力计算结果与实验值很好的吻合,证明Lennead-Jones势对球形原子的相互作用作了很好的描述,在表面张力计算中可以忽略去截断效应。