一种基于HLLC算法的Mie-Grüneisen多介质混合模型

建立一种修正的HLLC （Harten-Lax-Van Leer-Contact）格式下稳定的Mie-Grüneisen多介质混合计算模型.Mie-Grüneisen混合模型中的通量包括守恒和非守恒两个部分,原始的HLLC格式对守恒部分适用,但是原始的HLLC格式直接用于非守恒部分,很难控制住数值振荡的产生.在原始格式中,间断面的移动速度为间断网格的左侧或右侧速度,修正后替换为网格中的平均速度,经过修正后,对HLLC格式重新进行推导,并随之扩展到二维问题.数值实验表明,利用修改后的HLLC格式,Mie-Grüneisen混合模型可以取得较好的稳定性和准确性.     

炸药爆轰的连续介质本构模型和数值计算方法

假定炸药和爆轰产物处于局部热力学平衡状态, 即它们的压力和温度相同, 利用热力学基本关系建立炸药爆轰过程的连续介质本构模型的一般理论框架. 在此框架下, 炸药爆轰本构模型由一组常微分方程构成, 包括炸药和爆轰产物的状态方程、简单混合法则、化学反应速率方程和能量守恒方程, 易于由成熟的计算方法如梯形法等进行求解. 一组广义Maxwell型非线性固体本构形式的微分方程描述了压力和温度随时间的演化速率与应变率和化学反应速率的关系, 借助简单混合物理论, 其中的系数由炸药和爆轰产物的材料参数确定. 未反应的炸药和爆轰产物采用JWL状态方程, 化学反应率方程采用Lee-Tarver点火-燃烧二项式模型, 模拟PBX-9404炸药的一维冲击波起爆过程和爆轰波传播过程. 计算结果表明了本文给出的本构模型和相应计算方法的有效性. 关键词： 炸药爆轰 本构模型 化学反应率方程 数值模拟     

金属圆筒内爆轰波对碰效应的欧拉数值模拟

运用基于Youngs技术的多介质欧拉方法及应用该方法研制的二维多介质弹塑性流体动力学欧拉程序meph2d对金属圆筒内爆轰波相互作用过程进行了数值模拟并获得成功，计算图像与实验照片吻合，计算结果与实验测量结果符合较好。说明采用多介质欧拉方法可以对此类爆轰波相互作用及爆轰驱动问题进行有效的数值模拟。     

应用Monte Carlo方法模拟爆轰产物状态方程的研究进展

 应用Monte Carlo方法模拟爆轰产物状态方程,区别于建立在球形分布分子势基础上的传统爆轰产物状态方程计算方法,从原子水平上直接模拟实际炸药的爆轰产物状态方程,克服了传统方法中混合产物状态方程不精确的缺点。综述了该方法的历史背景及发展现状。对模拟中宏观量的描述、统计平均的计算、势函数的选取及边界条件进行了详尽描述。     

M-G模型的简化以及预热Mo实验结果分析

 在Mie-Grüneisen （M-G）物态方程的基础上进一步推导出预热材料的Hugoniot参数表达式,使得利用M-G物态方程确定材料在不同初始温度下的Hugoniot参数更简洁方便。Miller和Duffy测量了Mo在初始温度1 400 ℃下的状态方程,其结果并不符合M-G物态方程模型,导致一些问题需要进一步研究。     

用Hugoniot数据计算高压状态方程

 提出了利用Hugoniot数据、变形Morse势和Grüneisen模型来确定固体材料的高压状态方程的方法。该方法物理意义明确,表达式简洁。用此方法计算Au的高压状态方程,将所得的状态方程与Sesame数据库中Au的状态方程进行比较,发现在密度20~28 g/cm³内两者吻合较好,相对误差在0~10%的范围内,表明运用Hugoniot数据结合Grüneisen模型计算材料的状态方程是很适合的。     

Mie-Griineisen状态方程下多介质守恒型欧拉方程组的数值计算

针对Mie-Grüneisen状态方程下的多介质流场,将Euler方程中的部分复杂参数作为守恒量引入到新的方程中,使原方程结构得到简化.同时引入质量分数以表示流场中不同介质的变化,并对通量作近似处理,再利用MUSCL-TVD格式结合改进过的Euler方程进行求解,模拟Mie-Grüneisen状态方程下多介质相互作用的...     

凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象分析

凝聚炸药爆轰在边界高声速材料约束下传播时,爆轰波会在约束材料界面上产生复杂的折射现象.本文针对凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射现象展开理论和数值模拟分析.首先通过建立在爆轰ZND模型上的改进爆轰波极曲线理论给出爆轰波折射类型,然后发展一种求解爆轰反应流动方程的基于特征理论的二阶单元中心型Lagrange计算方法来数值模拟典型的爆轰波折射过程.从改进爆轰波极曲线理论和二阶Lagrange方法数值模拟给出的结果看出,凝聚炸药爆轰波在高声速材料界面上的折射类型有四种:反射冲击波的正规折射、带束缚前驱波的非正规折射、带双Mach反射的非正规折射、带λ波结构的非正规折射.     

爆轰波对碰驱动平面锡飞层的动力学及动载行为特征研究

强冲击下的物质变形、破坏及诱发的轻重介质混合问题,是内爆压缩科学和工程应用领域的研究重点.本文针对爆轰波对碰条件下的复杂加载动力学过程及其动载破坏形态特征,开展数值模拟研究与极曲线理论分析.设计了爆轰波对碰驱动平面锡飞层的计算模型,获得了爆轰加载动力学过程及波系相互作用物理图像,分析了锡飞层对碰区自由表面速度历史的典型特征.给出了锡飞层中折射激波对碰发生马赫反射的临界条件,解读了三波结构的传播行为,阐明了对碰区内存在"一维正冲击"区域,一维区外存在单次斜冲击向两次斜冲击过渡的复杂加载动力学过程,提出了对碰区冲击动力学模型,揭示了影响对碰区动载行为特征的机理.数值模拟结果与极曲线理论分析结果相互印证,符合较好.本文的研究成果,将为深入理解和解读对碰区特殊的物质破坏及混合现象提供重要的理论支撑.     

PETN炸药爆轰产物状态方程的理论研究

 采用van der Waals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型,计算爆轰气相产物的状态方程;用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态描述凝聚成分,由Gibbs自由能最小原理确定不同状态下的凝聚产物相态。对爆轰产物混合系统采用自由能最小原理,通过化学平衡方程组求解炸药爆轰产物系统的平衡组分。使用该理论计算PETN炸药Chapman-Jouguet（CJ）点的爆轰参数,其值与实验值符合得很好;同时计算了以CJ点为起始点的等熵卸载线,并与传统的Jones-Wilkins-Lee（JWL）状态方程的计算结果进行比较,发现计算的γ值是单调递减的,而JWL状态方程计算的γ值却出现了“双峰”现象。分析认为,传统的JWL状态方程给出的“双峰”变化,是由其函数形式自身决定的,并不对应实际物理过程。     

Mie-Grüneisen状态方程下多介质守恒型欧拉方程组的数值计算

针对Mie-Grüneisen状态方程下的多介质流场,将Euler方程中的部分复杂参数作为守恒量引入到新的方程中,使原方程结构得到简化.同时引入质量分数以表示流场中不同介质的变化,并对通量作近似处理,再利用MUSCL-TVD格式结合改进过的Euler方程进行求解,模拟Mie-Grüneisen状态方程下多介质相互作用的情况.结果表明,通过本方法既能使方程组满足守恒,又能较好地处理多种介质形成的间断面.     

真实比热模型中铝粉尘两相爆轰波的数值研究

采用多流体模型对铝粉尘两相爆轰波进行数值模拟,研究颗粒能量计算方法对起爆和传播过程的影响.以前的固相颗粒能量的计算一般采用固定比热方法,本文采用随温度变化的真实比热.由于铝颗粒及其产物氧化铝的比热变化很大,模拟得到的爆轰波的速度、压力和波后参数变化和采用固定比热存在较大的差异.变比热计算得到的爆轰波压力、传播速度和实验结果更加接近,而固定比热的计算方法会对这些参数造成高估.对爆轰波的形成进行研究,发现起爆距离主要受起爆能量影响,但是相对于固定比热模型,采用变比热模型得到的起爆距离较短.     

爆炸压实过程中颗粒碰撞问题的SPH法数值模拟

 目前采用SPH无网格方法对大变形问题进行数值模拟已成为计算机仿真技术的研究热点。利用LS-DYNA程序中的SPH法对粉末爆炸压实过程中颗粒的碰撞问题进行了数值模拟。在二维及三维模型下,模拟出了微射流的产生及孔隙塌缩闭合过程,验证了粉末压实理论。另外还利用三项式状态方程及Rankine-Hugoniot关系推导得出了LS-DYNA中采用的高压下固体材料的Grüneisen状态方程。     

CTVD格式数值计算非均质炸药爆轰问题

将高分辨率激波捕捉格式CTVD格式拓展应用到非均质炸药爆轰的数值模拟问题.增加了化学反应率控制方程,引入Lee-Tarver点火成长模型,未反应的固体炸药和化学反应气体产物都使用JWL形式状态方程.数值模拟了非均质固体炸药PBX-9404和TATB的冲击起爆问题.获得了较高的爆轰波分辨率和光滑解区的数值精度,对具有复杂物态方程形式的固体炸药爆轰问题,CTVD格式具有简单实用、高效和高分辨的特点.     

三介质Mie-Grüneisen混合模型在水下爆炸防护层问题中的应用

研究水下爆炸中的防护层问题，将爆炸气体、水、防护层或其他材料看成一个混合流场后，它们的物理状态可以直接用统一形式的Mie-Grüneisen状态方程来表示，再用Mie-Grüneisen混合模型模拟爆炸气体、水、固态防护层之间的复杂相互作用。计算时，通过状态方程中的特定参数来区分流体成分的物理特性，并通过体积分数来区分界面，同时添加自由进出口边界条件；计算过程中，对防护层的效果进行细致研究。研究发现，防护层的效果取决于材料的冲击阻抗。当冲击波从一种介质进入新介质时，在新介质冲击阻抗较小的情况下其压力会降低。同时，进入防护层的冲击波被结构物反射又会形成第二个冲击波。在这个过程中，对防护层的厚度和距离进行关注，但是这两个因素并未产生重要影响。     

一维爆轰波在扰动来流中传播的数值研究

爆轰波在静止气体或定常来流中的传播得到了广泛研究, 然而在扰动来流中的传播研究较少。这方面的研究不仅是爆轰传播机制的重要组成部分, 还可为爆轰发动机的应用提供参考。文章基于两步诱导-放热总包反应模型, 开展了一维爆轰波在正弦密度扰动来流中的传播数值模拟。通过对数值结果分析, 获得了放热反应控制参数与爆轰波内在不稳定性的关系, 并在此基础上研究了扰动波长和幅值对一维爆轰波动力学过程的影响。研究发现, 在波前施加连续扰动会诱导爆轰波表现出更复杂的动力学行为, 且影响过程与爆轰波的内在不稳定性相关。对于稳定爆轰波, 扰动只在特定波长范围内引起前导激波后的压力振荡。对于不稳定爆轰波, 扰动会进一步强化其内在不稳定性。扰动幅值越大, 对爆轰波动力学过程的影响越显著。      

爆轰波在弯管内传播过程数值分析

应用基元反应模型和频散可控耗散格式(DCD)对氢氧爆轰波在弯管内的传播过程进行了数值模拟.计算中氢氧混合物化学反应采用了8种组分20个反应方程式.在处理化学反应引起的刚性问题时采用了时间算子分裂的方法.计算结果表明,在弯管小曲率半径壁面附近,由于膨胀稀疏作用,爆轰波强度减弱,在局部出现前导激波与放热反应区的解藕以及二次起爆现象;在弯管大曲率半径壁面上爆轰波在马赫反射和正规反射之间相互转变,使爆轰波加强.弯管内的爆轰现象与弯管曲率半径有关.     

一维冲击波和爆轰波计算程序SSS

本文叙述一维程序SSS的理论和结构。介质采用流体弹塑性模型。爆轰反应有四种可选方式:Arrhenius律、C-J比容法、方波法和Forest Fire方程。爆轰产物可选用HOM或JWL状态方程。SSS程序的特殊功能有,激光效应、爆轰增长、强爆炸波、散心爆轰和瞬时爆轰等,初始起爆或能量释放位置可任意设定。本程序部分参考了美国洛斯阿拉莫斯实验室的一维程序SIN。本文列举的算例把这两个程序作了比较。     

多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀规律的理论确定方法

为快速预估任意配比的多元混合炸药爆轰产物的JWL(Jones-Wilkins-Lee)参数,提出了快速确定多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀规律的理论方法,即在给定各组分爆轰产物JWL参数的前提下,根据能量守恒定律,采用Gurney模型,确定圆筒试验中多元混合炸药爆轰驱动圆筒膨胀距离随时间变化的曲线。同时,利用能量守恒原理以及经典爆轰理论中通过常γ状态方程得到的爆速、爆压和爆热之间的关系式,提出了确定多元混合炸药爆速和爆压的方法。采用该理论方法,分别计算了多元混合炸药PBXC03和PBXC10爆轰驱动圆筒膨胀规律及爆速和爆压,计算结果与前人的实验结果符合较好,验证了该理论方法的可行性和有效性。     

化学反应和球面聚心爆轰波的相互作用

考察球面爆轰波聚心传播过程中,波阵面附近压力和温度不断升高引起化学反应进程的改变;对比氢氧可燃气体与氮气的数值模拟结果,分析化学反应对波面温度和压力的影响,从而考察Zeldovich理论预测聚心爆轰波后参数的精确性.数值结果表明,爆轰波聚心传播初期,放热的燃烧反应对波后热力学参数起主导作用;传播后期,波阵面趋近于对称中心时,吸热的气体解离反应变得非常活跃,解离反应对后期的汇聚压力影响不大,但会在很大程度上限制汇聚温度的升高.