Korteweg-De Vries-Burgers 方程的一类解析解

本文利用变数变换和解析积分的办法,找到了Korteweg-de Vries-Burgers方程的一类单调激波型的解析解。文中分别给出了隐式和显式形式的解。利用数值积分或Jacobi余弦椭圆函数的级数表达式,可以容易地数值计算该函数值。文中给出了不同的ν和δ值的解曲线的形状。     

二维湍流与弱激波相互干扰的数值模拟研究

数值研究了二维各向同性湍流与弱激波相互干扰的问题。得到了当湍流马赫效不同时，弱激波在湍流中的传播所发生的变化；给出了激波之后湍流速度脉动的方差随时间变化的趋势，并且通过其增幅在不同空间方向上的差异，揭示了激波之后湍流场的各向异性；同时分析了激波之后湍流动能的增幅和密度脉动方差的增幅对于湍流马赫效和激波马赫效各自的依赖情况。研究表明：湍流马赫效和激波马赫效在湍流与激波相互干扰的过程中起到了决定的作用。通过数值研究，初步得出了二维各向同性湍流与弱激波相互干扰问题的某些规律和特性，这对于进一步理解和研究湍流与激波相互作用的规律及其内在机理具有重要意义。     

激波-涡干扰声场的数值研究

采用高精度差分格式求解非定常可压缩Navier-Stokes方程,对激波－单涡／双涡相互干扰产生的声场进行了直接数值。详细研究了波－涡干扰声场结构的早期发展阶段,将激波－单涡的计算结果和相应实验进行 对比,并给出近场声压的衰减规律。在此基础上模拟较为复杂的激波－双涡干扰,给出不同旋涡旋转方向下的声场结构。     

激波管聚酯膜片变形过程分析

使用聚酯薄膜作为激波管膜片，通过施加不同压力的激波管实验，获得了膜片厚度及多张膜片的组合方式对膜片所能承受最大压力的影响。利用高速相机对激波管膜片从开始变形到破坏的全过程进行拍摄，使用三维DIC软件获得膜片在变形过程中的位移场。实验发现了膜片会出现圆弧反翘并快速破坏的特别现象，并以此为特征将变形过程分为2个阶段。给出任意厚度膜片第1阶段圆弧变形的数学规律及第2阶段圆弧反翘的形状特征，以及全过程中膜片厚度变化的数学规律。     

平面激波绕45°山峰后的马赫效应

本文通过激波管二维光测模型实验和采用三角形网格的FLIC方法进行数值计算两种手段,针对一平面激波S绕45°山峰后与地面相互作用而产生的、从规则反射RR到马赫反射MR转换性质等问题进行了分析和研究,并给出了RR→MR转换临界点L_k随入射激波马赫数Ma_i以及激波入射角ω_i、反射角ω_r,随距离L~*变化的规律。文中考虑了不同Ma_i的影响,并将二维光测模型实验和数值计算的结果同现有的理论结果做了比较。     

金属表面正规斜碰和射流极限角

利用激波极曲线方法,研究和计算了金属表面的超音速正规碰撞,给出了金属表面对称和非对称碰撞产生激波的强度,并给出了有关碰撞产生射流的极限角。     

抽吸激波管的性能分析与计算

为了减小由于反射激波和透射激波分叉引起的反射型激波风洞试验气体提前受到污染的现象,本文研究了一种新的具有抽吸的激波管流动,分析了抽吸缝的作用,给出了这种抽吸激波管性能参数的计算方法,同时还给出了反射激波与边界层相互作用引起的激波分叉的形状随抽吸量变化的计算公式。实验证实了边界层抽吸可以有效地减小激波与壁面边界层相互作用所产生的分离现象。计算与测量结果是一致的。     

具有引力场的气体中激波传播的近似理论

本文在三维不定常流体力学特征理论的基础上,运用CCW方法,获得了激波速度的变化和激波阵面曲率、引力的大小和方向之间的解析关系,讨论了引力场对激波的加强和减弱的影响以及超新星爆炸中反弹激波的问题。利用得到的激波面积变化公式,给出了二、三维激波在引力场作用下传播问题的模拟处理方法。作为简单的例子,具体地研究了引力场变密度气体中强激波传播问题。     

激波喷出过程和在林带中的传播

运用激波管技术研究了激波从管口喷出和在林带中传播这两个基本问题。给出了三方面的结果 :揭示了激波从管口喷出时的复杂流场 ,显示了主激波弯曲和衰减 ,二次激波的形成和合拢 ,涡环的长大和发展 ,以及涡环前缘出现正激波等基本物理现象 ;显示了激波在林带中的传播过程 ,取得了激波遇林地的反射 ,马赫杆形成 ,激波与林冠的相遇 ,林冠对涡环的阻滞效应等纹影照片 ;沿激波在林地的传播方向测量了地面压力 ,证实林带有明显的消波效应。     

高压短脉冲激波的传播及衰减

本文给出一个简单的分析模型,以此研究高压短脉冲激波的传播和衰减,并给出了一个激光加载下激波传播的算例。计算结果和实验结果误差在10％左右,这一方法对于短脉冲激波传播的近似分析,试验前的预估,以及实验的设计等将是十分有用的。文中还对平板撞击和高能量束在脉冲加载过程中的异同作了讨论。     

Propagation of discontinuities against a static background

The solution of the ideal gasdynamic equations describing propagation of a shock wave initiated, for example, by the motion of a piston against an inhomogeneous static background is considered. The solution is constructed in the form of Taylor series in a special time variable which is equal to zero on the shock wave. In the case of weak shock waves divergence of the series serves as the constraint for such an approach. Then the solution is constructed by linearizing the equations about the solution with a weak discontinuity. In the case of a given background the last solution can be always found exactly by solving successively a set of transport equations, all these equations are reduced to linear ordinary differential equations. The presentation begins from the one-dimensional solutions with plane waves and ends by discussion of spatial problems.     

Modelling of dust lifting using the Lagrangian approach

The subject of this paper is dust lifting behind shock waves, a process that is important for the formation of explosive dust clouds in air. While Eulerian–Eulerian has been the standard numerical technique for such simulations, the Eulerian–Lagrangian technique has been used in this paper, making it possible to take into account more physical phenomena, such as particle–particle and particle–wall collisions. The results of the simulations are shown mainly graphically, as snapshots of particle positions at given times after the passing of the shock wave. The results show that the collisions, and the coefficient of restitution assumed for them, is important in determining the mobility and lifting of dust behind shock waves. The results also show that the idea of a horizontally travelling shock wave is an oversimplification: the strong pressure gradient at the surface results in a series of reflected waves generated at the surface and travelling into the gas phase.     

Codimension-One Riemann Solutions: Missing Rarefactions Adjacent to Doubly Sonic Transitional Waves

This paper is the fifth in a series that undertakes a systematic investigation of Riemann solutions of systems of two conservation laws in one spatial dimension. In this paper, three degeneracies that can occur only in Riemann solutions that contain doubly sonic transitional shock waves, together with the degeneracies that pair with them, are studied in detail. Conditions for a codimension-one degeneracy are identified in each case, as are conditions for folding of the Riemann solution surface. Simple examples are given, including a numerically computed Riemann solution that contains a doubly sonic transitional shock wave.     

非线性岩土中球壳对冲击波的动力响应分析

采用小参数摄动法和Ｌａｐｌａｃｅ变换研究了非线性弹性岩土中球壳对冲击波的动力响应问题。系统的非线性方程由小参数摄动渐近展开后，利用Ｓｔｏｋｅｓ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ矢量分解定理把它们简化为一系列的线性波动方程，并由Ｌａｐｌａｃｅ变换和本征函数给出了各线性波动方程的求解。最后，对平面冲击波和球面冲击波给出了球壳动力响应的应力结果。     

Pressure measurements on cone surface in 3-D shock reflection processes

In a shock tube the pressure distribution was measured on a cone with an angle of attack when a shock wave passed the cone. The cone has a semi-apex angle of 35°, the angle of attack varied from 0° to 25° and the shock Mach numbers from 1.05 to 3.0. A series of pressure distributions on the cone circumference are given. Received 17 November 1997 / Accepted 5 December 1997     

RESEARCH ON ELECTROMAGNETIC RADIATION DURING THE EXPLOSION PROGRESS OF COMPOSITION B EXPLOSIVES$^{\bf 1)}$

炸药爆炸过程中产生明显的电磁辐射干扰在很多领域引起了重视, 爆炸产生电磁辐射的机理和理论模型都不成熟, 实验仍然是研究这一现象的重要手段. 本文设计了不同质量的B炸药爆炸电磁辐射实验, 测量了爆炸整个过程中不同时刻的电磁辐射信号. 通过小波分析方法对实测信号进行处理, 得到真实信号和信号的时频特点, 小波分析得到真实信号的频谱主要分布在0$\sim$50 kHz. 利用自主开发的EXPLOSION-3D软件对实验工况进行数值模拟, 得到爆炸过程不同时刻流场的特点. 对比实验结果和数值模拟结果得出: 第一个脉冲信号是由B炸药爆轰产生的高温高压等离子体直接产生的电磁脉冲; 第二个脉冲信号是由地面反射的冲击波追上前沿冲击波, 空气冲击波阵面处形成的等离子体产生的电磁脉冲; 第三个脉冲信号是冲击波撞击测量线圈引起的无效信号. 其中, 第一个电磁脉冲幅值与当量的1/3次方基本呈线性关系, 其到达时间对炸药药量不敏感; 第二个电磁脉冲出现的时间与炸药的当量成指数关系, 药量越大, 出现时间越晚. 通过对第二个脉冲信号的分析, 得出了冲击波反射形成电磁脉冲信号时的爆炸波流场特征, 为后续相关理论机理研究提供了验证数据.     

关于超音速流中运动激波若干问题的研究

研究了在无粘完全气体流中的运动激波 ,讨论了激波运动速度D和来流速度U对激波后气流参数的影响 ,包括对激波后的总焓比值和总压比值以及对流转角的影响。计算结果表明它们不同于通常静止激波下所得到的结果。该内容涉及到超音速射流与障碍物或空腔体相互作用时出现的失稳状态下激波的振动和空腔体底部的反常加热问题。     

B炸药爆炸过程中电磁辐射研究

炸药爆炸过程中产生明显的电磁辐射干扰在很多领域引起了重视, 爆炸产生电磁辐射的机理和理论模型都不成熟, 实验仍然是研究这一现象的重要手段. 本文设计了不同质量的B炸药爆炸电磁辐射实验, 测量了爆炸整个过程中不同时刻的电磁辐射信号. 通过小波分析方法对实测信号进行处理, 得到真实信号和信号的时频特点, 小波分析得到真实信号的频谱主要分布在0$\sim$50 kHz. 利用自主开发的EXPLOSION-3D软件对实验工况进行数值模拟, 得到爆炸过程不同时刻流场的特点. 对比实验结果和数值模拟结果得出: 第一个脉冲信号是由B炸药爆轰产生的高温高压等离子体直接产生的电磁脉冲; 第二个脉冲信号是由地面反射的冲击波追上前沿冲击波, 空气冲击波阵面处形成的等离子体产生的电磁脉冲; 第三个脉冲信号是冲击波撞击测量线圈引起的无效信号. 其中, 第一个电磁脉冲幅值与当量的1/3次方基本呈线性关系, 其到达时间对炸药药量不敏感; 第二个电磁脉冲出现的时间与炸药的当量成指数关系, 药量越大, 出现时间越晚. 通过对第二个脉冲信号的分析, 得出了冲击波反射形成电磁脉冲信号时的爆炸波流场特征, 为后续相关理论机理研究提供了验证数据.      

水下爆炸冲击波壁压理论及数值计算方法改进研究

水下爆炸冲击波是舰船抗冲击评估中重要的载荷成分,也是水中结构物毁伤程度快速预报的关键和依据。通过小当量实验发现,由于传统 Taylor 平板理论公式忽略了冲击波波速的非线性变化 ,导致其在预报近距离水下爆炸冲击波壁压脉宽时出现偏差。为此,给出了比例爆距R/W1/3为0.11～5.30 m/kg1/3 (R为爆距,W为炸药质量)下的冲击波速度拟合公式,对传统Taylor理论公式进行修正。修正后,在R/W1/3=0.11 m/kg1/3下,壁压脉宽及冲量偏差大幅减小;在R/W1/3≥0.21 m/kg1/3下,两者偏差均小于12%。此外,在处理水下近场和中远场爆炸问题时,发现数值耗散会导致壁压峰值被明显削弱,于是提出了一种可行的数值策略消除计算中数值耗散导致的削弱效应,结果与修正的Taylor平板理论公式吻合良好,峰值偏差均小于9%。改进后的冲击波壁压理论公式及数值计算方法可为舰船抗爆抗冲击领域提供理论和技术支撑。     

Collective Bow Shock Ahead of a Transverse System of Spheres in a Supersonic Flow Behind a Moving Shock Wave

The results of investigating the dynamics and physical conditions of formation of a collective bow shock ahead of a system of spheres with the line of centers normal to the supersonic flow behind a traveling shock wave are presented. Two types of shock-wave patterns that necessarily precede the formation of the collective shock wave and correspond to regular and Mach interaction of the bow shocks were detected experimentally. On the basis of a local gasdynamic-discontinuity interference theory, quantitative criteria of the existence of these regimes and of the formation of a common shock wave are determined. These criteria are confirmed in a series of experiments for the transitional regimes.