考虑环境温、湿度的球形装药爆炸冲击波参数计算模型

为获得实际温、湿度环境中冲击波参数计算模型,计算了考虑温、湿度的理想气体状态方程参数,利用SPEED软件,针对典型状态空气中球形装药爆炸过程进行数值模拟,得到了温、湿度对爆炸冲击波参数的影响规律。结果表明,温度和相对湿度对冲击波超压的影响较小,而正压作用时间和冲量随温度和相对湿度的升高均呈线性递减关系,在高温高湿和寒冷干燥条件下,冲击波正压作用时间和冲量相差分别达21.8%和18.4%。以经典工程计算模型为基础,通过引入含有温度、湿度和对比距离的修正因子,建立了考虑环境温、湿度的球形装药爆炸冲击波参数的计算模型。采用该模型计算得到的不同药量球形TNT爆炸冲击波参数与数值仿真结果吻合较好,可对装药在实际环境中威力评估提供参考。     

空气自由场中强爆炸冲击波传播二维数值模拟

编写了适用于模拟具有高密度比、高压力比的强激波问题的二维柱对称多介质流体计算程序。利用有限体积方法求解流体的Euler方程组,采用level set方法捕捉爆炸产物与空气的运动界面,并通过求解物质界面两侧Riemann问题的精确解来计算爆炸产物与空气之间的数值通量。研制了三角形网格自适应技术来实现网格的自动加密和粗化,在保证捕捉激波峰值的前提下有效地提高了计算效率。利用计算程序对1 kt TNT当量的空气自由场强爆炸问题进行数值模拟,计算得到的峰值超压、冲击波到达时间等物理参数与点爆炸理论结果基本一致。     

基于传质现象的高速铁路隧道入口压缩波数值分析

基于一维可压缩非定常不等熵流动理论,认为隧道内空气流通截面是流动时间和流动距离的二元函数,考虑了空气与隧道壁和列车壁之间的摩擦和传热效应,采用广义黎曼特征线法,对高速列车进入存在传质现象的等截面缓冲罩隧道引起的入口压缩波进行了数值计算。另外进行了不同缓冲罩参数的计算,并且对计算结果进行了定性与定量分析,结果说明了相关的空气动力学效应。     

惰性颗粒抑爆过程的数值模拟

对高温火球诱导的爆炸及惰性颗粒的抑爆过程进行了数值研究。由于扰动特征时间 ,两相弛豫特征时间和化学平衡特征时间的差异 ,这种带激波的两相化学反应流守恒方程具有刚性。利用处理包括组元守恒方程的全耦合TVD格式和可处理方程源项的Lax Wendroff Rubin格式分别求解气相和颗粒相 ,并根据各特征时间的比值用分步法处理方程的刚性。计算结果反映了均温燃烧火球在可燃环境中形成加速火焰和激波 ,进而成长为爆轰波的过程 ,以及惰性颗粒对爆轰波的抑制过程 ,反映了激波、化学反应和惰性颗粒之间的相互作用和耦合。计算结果表明 ,仅当颗粒浓度大于某值时才能有效抑制爆轰 ,否则无论多大的颗粒散布区域 ,皆不能使爆轰波完全抑制 ,爆轰波或是在其中发展为两相爆轰波 ,或是穿越该区域后重新成长为气相爆轰。     

基于统计能量法的铝板隔声量分析

为研究单双层铝板的隔声性能,基于VA-ONE平台建立了单双层铝板隔声计算模型,利用统计能量法对其进行高频段的隔声量仿真计算,并与实测值进行了对比,在125Hz~4000Hz频域内,统计能量法的隔声量计算值与实测数据基本吻合。进一步研究了板厚、材质、空气夹层厚度、吸声材料对单双层铝板隔声性能的影响。研究结果表明:不同厚度单层均质铝板隔声量基本符合均质板的隔声规律;在630Hz~4000Hz频域内,空气夹层厚度每增加50mm,隔声量提高约1dB;等厚度玻璃钢及铝蜂窝板比铝板具有更好的隔声性能;在对能量输入贡献较大的结构中铺设吸声性能较好的材料可以获得更好的隔声效果;玻璃纤维能够增强聚氨酯的吸声性能。实际工程中,需合理配置板厚、空气夹层厚度、隔板材料、吸声材料的关系,方可获得较好的隔声性能和经济性,研究结果对船舶舱室降噪设计提供了参考依据。     

挡墙对远场爆炸效应影响的数值模拟研究

采用二维多流体网格法,对有防护挡墙的爆炸形成的空气冲击波作了计算分析,考虑了防护挡墙距爆心不同距离时,爆炸冲击波对远场的作用及其影响,给出了一些可供工程实际参考的计算结果。     

气波自激增压的计算

图1为气波自激增压示意图。气缸一边与进气管相连接,缸内进气压力增高到一定大小,受控气阀将关闭,进气管内气柱受激振荡,一定时间后,气阀又被打开,进气过程便重复进行。在气缸容积、活塞往复运动规律和气源压力一定时,可调整进气管尺寸(管长和直径),受控气阀启闭时间和启闭速率等。通过气波自激增压,使进入气缸的空气压力比气源压力更高。本文计算旨在模拟此种气波自激增压的过程,并获得实验证明。     

煤粉与气体混合喷射两相流动的数值计算

本文用Euler-Lagrange型方程描述煤粉与气体混合喷射轴对称不定常两相流动,采用差分法计算了煤粉在气体场中不同时刻的位置、速度以及运动轨迹。以计算粒子模拟实际的煤粉粒子群并逐个编号。粒径按给定的煤粉粒度分布随机取值,每个计算粒子的运动状态各不相同。考虑气体场的湍流影响以及粒子之间的阻力耦合作用,采用分步显式差分格式进行计算。计算结果是合理的。并对无喷气时油滴喷射问题作了计算,与实验结果吻合较好。本文的计算方法可以推广到一般包含有弥散粒子或液滴两相流动的计算。     

基于Level Set方法对油水和气水两相界面的数值模拟

为研究两相界面迁移特性,基于LevelSet方法,建立了求解非定常不可压缩两相界面流动的数值方法。计算中使用结构化网格采用LevelSet函数捕捉两相界面。通过对经典算例的模拟,验证了数值方法对界面捕捉的有效性和精确性。模拟了油滴在水中上升、变形,与油层融合的过程,研究了气泡在产生、发展、脱离阶段的变形机理,和表面张力系数对气泡形状的影响。计算结果发现,表面张力系数越大,气泡在发展阶段持续的时间就越长,膨胀的程度也越大,并在脱离时刻,气泡的体积也越大,为进一步研究两相界面迁移特性提供了新的途径。     

火炮在不同介质中发射的膛口流场特性分析

为研究水下炮密封式发射膛口流场及在不同介质中的膛口流场分布特性,建立了水下密封式发射二维轴对称膛口多相流数值模型.采用VOF(volume of fluid)模型、标准k-ε湍流模型,结合用户自定义函数及动网格技术,分别对水下密封式发射与空气中发射膛口流场演化过程进行了数值模拟与对比.计算结果表明,火炮在水下发射时的膛口流场与空气中发射时有明显差异.水下密封式发射时的最大膛压与空气中基本相同,弹丸初速较空气中发射降低了32 m/s,而膛口压力与温度有明显的升高;水下密封式发射时大约在140μs初步形成马赫盘,而空气中发射时马赫盘形成较晚,约在320 μs;与空气中发射相比,水下发射时的激波核心区面积更小,且弹丸头部不存在冠状冲击波.水下密封式发射时,马赫盘距离膛口轴向位移随时间变化呈指数增长;空气中发射时,马赫盘距离膛口轴向位移随时间变化呈线性增长.     

基于WENO-THINC/WLIC模型的水气二相流数值模拟

水气二相流与诸多领域的实际工程问题密切相关. 对二相流运动进行高精度的数值模拟是计算流体力学研究的难点和热点. 针对开敞水域的自由表面流运动问题, 将水和空气均视为不可压缩流体, 采用五阶加权基本无震荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式求解描述流体运动的纳维斯托克斯(Navier-Stokes, NS)方程, 利用以加权线性界面算法改进的多维双曲正切函数界面捕捉法(tangent of hyperbola for interface capturing with weighed line interface calculation, THINC/WLIC)追踪水气界面, 建立WENO-THINC/WLIC水气二相流运动数值模型. 模型采用分步计算法离散求解控制方程, 通过压力投影法求解压强场, 并利用三阶总变差递减(total variation diminishing, TVD)龙格库塔(Runge-Kutta, RK)法对时间项进行离散求解. 通过对环境速度场下Zalesak's disk和shearing vortex界面运动问题, 线性液舱晃荡问题以及溃坝问题的模拟结果与理论分析或试验结果的比较, 对所建立的水气二相流数值模型的适用性及模拟精度进行了验证. 结果表明, 本模型的模拟结果与物理模型或理论分析结果吻合良好, 能较为准确地再现不可压缩水气二相流运动现象. 鉴于WENO格式和THINC法本身在算法及应用等方面仍在不断改进, 本研究提出的WENO-THINC耦合模型为后续更高精度的二相流计算模型开发提供了一种研究思路.      

两相正激波松弛流的数值研究

对气、固两相正激波松弛流动进行了数值研究,方程中考虑了压力梯度及非匀速运动引起的附加质量力。给出了完整的计算方法,对三种不同固相容积比、不同固相颗粒直径和不同马赫数分别进行了数值计算,所得计算结果给出了气、固两相的速度、温度、压力、密度、固相容积比及熵值沿流向分布情况。文章对气、固两相参数在松弛区中的变化规律进行了讨论。     

两相正激波松弛流的数值研究

对气、固两相正激波松弛流动进行了数值研究,方程中考虑了压力梯度及非匀速运动引起的附加质量力。给出了完整的计算方法,对三种不同固相容积比、不同固相颗粒直径和不同马赫数分别进行了数值计算,所得计算结果给出了气、固两相的速度、温度、压力、密度、固相容积比及熵值沿流向分布情况。文章对气、固两相参数在松弛区中的变化规律进行了讨论。     

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。     

垂直向下管内两相流泡状-弹状流型转换研究

建立实验系统,在维持管道出口压力为0.2MPa的条件下,对内径分别为15mm、25mm、40mm、65mm的垂直向下管内空气-水气液两相流动进行了实验研究,获得了两相流泡状-弹状流型分布。实验研究发现:管径对于泡状流与弹状流流型特征有较大影响,并且进一步影响流型转换边界,随着管径增加,泡状流-弹状流的流型转换边界向折算气速减小的方向移动。基于理论推导及实验数据,建立了垂直向下管内气液两相流泡状流-弹状流流型转换预测模型,该模型对本文实验工况条件下的垂直向下管内空气-水气液两相流流型转换具有良好的预测效果,预测模型的计算结果与实验数据之间的误差小于10%。     

真实空气冲击波的正反射和正规反射

本文讨论了真实空气中冲击波的正反射和正规反射,并用H.L.Brade拟合的空气状态方程进行了计算。计算结果表明,当入射冲击波超压小于约20大气压时,反射冲击波的超压值和动压值实际上和理想气体计算结果一致,当入射冲击波较强时,则反射冲击波参数比理想气体结果显著增大。     

平衡状态下空气的几种热力学函数的近似计算

在平衡状态下,空气的热力学函数可利用热力学方法直接进行计算,也可查现成的空气热力学函数表。当在电子计算机上求解气体动力学问题时,若是用热力学方法直接进行热力学量的计算,计算工作量大,需占用大量的机器时间;由于计算机存储容量的限制,要在机器上使用热力学函数表也有许多     

用作燃气透平前置级的气波机(二)

3.1 计算过程我们不详细讨论计算程序的细节,而仅仅申明:我们没有象通常在比较燃气透平循环时那样作一些简化的假定,因为那会导致不正确的结果。我们将实际的焓当作温度和空气过剩量、的函数,为设备的全部部件给出了切合实际的压降。此程序也能用于计算有中间冷却器,热交换器和中间燃烧室的装置,但这在这里是不必要的。      

悬浮固粒分区存在对射流稳定性的影响

本文利用气固两相耦合模型,理论推导出大雷诺数下悬浮固粒分区存在的射流稳定性方程,通过数值计算得到了固粒存在不同流域时流场扰动放大因子曲线和波速曲线。进而,在分析所得稳定性曲线的基础上,得到了关于固粒充满全流场、存在于射流区及存在于非射流区对流场中扰动增长及扰动传播影响的重要结论。这些结论对气固两相射流场的发展的认识和工程实际中实施对气固两相射流场的人工控制有指导意义。     

大长径比点火管高密实火药床点传火过程两相流的数值模拟

设计了某中心点火管,完成了该点火管的点传火实验,针对该点火管长径比大、装填密度高的特点,建立了点火管内气固两相流动和燃烧过程的一维两相流模型,并进行了数值模拟。计算结果与实验结果良好符合,说明计算模型能够准确描述点火管内的实际物理化学过程,计算程序参数取值合理,该计算程序可为此类点火管各种结构尺寸及装填条件下的点传火性能分析及优化计算提供充分的理论依据和方法。并且,根据计算结果初步分析了该结构及装填条件下点火管的点传火性能,为下阶段工程优化设计提供参考