环形激波绕射, 反射和聚焦的数值模拟研究

应用频散可控耗散格式对环形激波在圆柱形激波管内绕射、反射和聚焦的问题进行了数值模拟研究，研究结果表明环形激波形成强烈聚焦的关键因素是环形激波在圆柱形管道中向对称轴运动时，绕射激波就不断加速而不作通常情况下的衰减；不同马赫数的环形激波绕射也产生不同马赫数及形状的准柱形激波，导致聚焦效果和位置的差异；另外，环形激波聚焦于一个点而圆柱形激波聚焦于一条线，两者有本质不同。     

环形激波聚焦流场特性的数值研究

针对环形激波聚焦过程产生的高温、高压特性,采用间断有限元方法模拟了环形激波在同轴圆柱形激波管内的聚焦流场特性。计算结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉激波聚焦过程形成的二次激波、涡环、三波交点和球面双马赫反射等主要流动特征。此外,通过改变环形管道内外半径对聚焦流场进行模拟发现,环形管道外径对中心轴线上聚焦峰值压力的大小和位置影响较小,环形管道内径对中心轴线上聚焦峰值压力的大小和位置影响较大。计算结果可以为工程应用提供一定的理论指导。     

激波绕半菱形柱体运动的实验研究和数值模拟

激波绕过半菱形柱体流场是十分复杂的,本文用实验方法和数值模拟对该问题作了系统研究。实验是在UTIAS激波管上进行的,数值模拟采用2阶精度Godunow格式,最后实验结果和数值模拟作了比较。     

激波聚焦诱导点火和爆轰的数值研究

以二维轴对称多组分Euler方程为基础,采用非正交结构化网格和改进的波传播算法,模拟了激波在抛物形反射壁面聚焦反射诱导点火和爆轰的过程,描述了其流场形态。讨论了预混气组成、入射激波强度及反射壁面形状对点火和爆轰的影响。结果表明,激波在抛物形反射壁面顶点处聚焦反射可形成局部高温高压区域,该区域在一定条件下可点燃预混气甚至形成爆轰,其中低稀释剂浓度的预混气、较大的入射激波Mach数和较深的反射壁面有利于可燃预混气形成爆轰。     

用环形激波聚焦实现爆轰波直接起爆的数值模拟

利用基元反应模型和有限体积法对环形激波在可燃气体中聚焦实现爆轰波直接起爆进行了数值模拟。研究结果表明,标准状态下的氢气-空气混合气体在马赫数为3.1以上的环形激波聚焦产生的高温高压区作用下会诱发可燃气体的直接起爆形成爆轰波,爆轰波与激波和接触间断相互作用产生了复杂的波系结构;爆轰波爆点位置在对称轴上并不是固定的点,而是随着初始激波马赫数的变化而发生移动;可燃气体初始温度和压力对起爆临界马赫数都有影响,但是初始温度的影响大得多。     

激波绕射碰撞加速诱导爆轰的数值模拟

基于单步化学反应的Euler方程和对激波(爆轰波)、接触间断具有良好捕捉效果的Roe/HLL混合格式以及自适应网格技术,模拟了激波在方形管中与方块障碍物相互作用,并发生绕射碰撞来诱导爆轰的过程.结果表明,弱激波在绕经方块时,形成上、下绕射激波并在方块尾部发生碰撞,生成局部高温高压点,可加快爆轰的形成;而当管内阻塞比超过...     

二维溃坝波的反射与绕射

本文推导了间断分解公式,建立了Godunov型格式,研究了二维溃坝波的传播、反射和绕射。计算结果符合物理实际,令人满意。方法是有效的,可以提供水工部门作为设计和防护的依据。     

轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动的数值分析

基于稀颗粒群假定下的双流体简化模型,采用具有高精度、高分辨率的数值方法,研究了粉尘气体中轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动。得到非平衡两相流动不同于纯气体流动的一些基本物理特征,以及粒子物性参数改变对这些特性的影响。     

气相爆轰波正反射激波加速研究

实验采用压力传感器测量了指定点压力时间曲线。数值模拟基于二维反应欧拉方程和基元反应模型,采用二阶附加半隐的龙格-库塔法和5阶WENO格式分别离散时间和空间导数项,获得了指定点数值压力时间曲线。理论分析基于爆轰理论和激波动力学,分析了气相爆轰波反射过程所涉及的复杂波系演变并获得了反射激波速度。结果表明：本文数值模拟和理论计算定性上重复并解释了实验现象。气相爆轰波在右壁面反射后,右行稀疏波加速反射激波。其加速原因是：尽管激波波前声速减小,但激波马赫数增大,波前气流速度减小。在低初压下,可能还由于爆轰波后未反应或部分反应气体的作用,导致反射激波加速幅度比高初压下大。     

可燃气体中激波与障碍物作用在下游形成爆轰波的数值研究

对平面激波和单个矩形障碍物作用的过程进行了数值模拟,研究了反射产生的上行爆轰波在下游可燃气体中形成爆轰波的过程。数值结果表明,下游爆轰波形成过程主要有2种模式:爆轰波直接绕射和绕射波在上壁面反射,这和已有的实验结果是一致的。通过研究下游爆轰波的形成过程受入射激波马赫数、混合气体的压力和管道尺度的影响,分析了上游爆轰波向下游传播的波动力学过程,讨论了2种形成过程的作用规律和控制因素,阐明了下游爆轰波的形成规律。     

Numerical investigation of toroidal shock wave focusing in a cylindrical chamber

In this paper, focusing of a toroidal shock wave propagating from an annular shock tube into a cylindrical chamber was investigated numerically with the dispersion controlled dissipation (DCD) scheme. The first case for an incident Mach number of 1.5 was conducted and compared with experiments for validation. Then, several cases were calculated for higher incident Mach numbers varying from 2.0 to 5.0, and complicated flow structures were observed. The numerical study was mainly focused on two aspects: focusing process and flow structures. The process, including diffraction, focusing, and reflection, is displayed to reveal the focusing mechanism, and the flow structures at different incident. Mach numbers are used to demonstrate shock reflection styles and focusing characteristics. PACS 47.40.Ki; 47.40.Nm; 52.35.Tc     

激波作用下含缺陷固体火箭装药的流固耦合数值模拟

采用弱耦合方法对激波作用下固体火箭发动机含缺陷药柱的流固耦合相互作用进行数值模拟。其中非定常流场采用基于任意拉格朗日-欧拉坐标系下的二维可压缩Euler方程进行描述,并采用格心格式的有限体积方法对方程进行离散求解;对激波冲击作用下含装药裂纹的固体位移场采用时域间断Galerkin扩展有限元法进行数值模拟,并对裂纹尖端动态应力强度因子进行计算。结果表明：激波在固体火箭发动机内装药裂缝传播过程中具有反射、绕射等现象,表现出高度非定常非线性的特点;同时流固耦合相互作用使得裂纹尖端位移场以及应力强度因子表现出振荡效应。

     

激波在不同三角楔面内传播特性的数值研究

激波在收缩管内的反射与聚焦会形成高温高压区,点燃可燃混合气并诱导爆轰,因此对爆轰发动机的点火具有重要意义。本文基于二维N-S方程,结合五阶WENO格式,对马赫数为6的正激波在三角形楔面内的反射与聚焦现象进行了数值研究。结果表明,楔面顶角的变化对激波的反射类型以及聚焦均有明显的影响:随着顶角的增加,激波的反射类型从马赫反射向过渡马赫反射和双马赫反射转变,且壁面上的前向射流更加明显;三波点第一次碰撞产生的高温高压区足够满足可燃混合气体的点火条件,且其温度与压力值随顶角的增加而增大;当激波在楔面上发生临界双马赫反射时,温度与压力达到最大;当顶角增加到一定值时,激波在楔面反射转变为常规反射,不会产生激波对碰,因而没有高温高压区。     

爆炸冲击波作用于墙体及对墙体绕射的实验研究

采用试验的方法,对爆炸冲击波作用于防爆墙及绕过墙体的规律进行了研究.采用压力传感器测压,获得了防爆墙前后不同距离的压力波形.试验结果表明:作用于前墙迎爆面反射超压一般要比墙后最大绕射超压大一个数量级,马赫反射一般发生在距离墙后1.5~2.0倍墙高处,药量与爆心距离对墙体反射超压及墙后绕射超压的变化规律有重要影响.通过综合分析和试验结果,得到了爆炸波绕射的内在机理,为防爆墙的设计与加固提供依据和参考.     

爆炸冲击波的提取和显示方法

在差分格式中引入人工粘性捕捉激波,处理压力、密度等物理量的间断,使间断得到平滑,在计算结果中,冲击波就表现为物理量具有很大梯度的一个狭窄过渡区。利用边缘检测算子从计算数据中检测出位于边缘上的点,通过处理压力数据可以在图像中清晰地显示冲击波的轮廓。     

水中爆炸冲击波载荷作用下舰船结构动态响应的数值模拟

采用大型通用有限元软件MSC.DYTRAN,对某型水面舰船全船结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应进行了数值模拟。分别从结构的变形损伤形式、能量吸收和冲击环境等几个方面研究了舰船结构在水下爆炸载荷作用下的破坏机理和响应特征。