平面磁通量压缩流体动力学的数值模拟

磁压缩发电机(MCGS)是一种应用炸药爆炸压缩导体包围的磁场,从而产生几百兆高斯强磁场并可作为初级能源,产生几百兆焦耳的能量和兆安培的电流。Chernyshev等指出如作为初级能源做某些应用,产生兆安培电流脉冲的上升时间的数量级必须要达到微秒量级,但典型的一端燃烧型(endburn)的磁压缩发电机电流脉冲的上升时间要几百微秒,所以不能满足要求,1978年Pavlovskii等提出应用轴上(axial initiation)起爆的磁压缩发电机,其上升时间可大为缩短。     

膛内等离子体点火及燃烧增强过程数值模拟

在初始点火过程中 ,假设等离子体为充分发展射流流动 ,因而可采用积分近似模型进行描述。而在随后的膛内燃烧过程中通过以经验公式给出等离子体混合长度的方法来处理等离子体的运动 ,并给出了合适的相间阻力及传热公式。通过在计算网格设计中引入了自适应方法提高了数值解精度。计算膛压曲线与实验符合良好。相对常规内弹道情形 ,等离子体能量的注入使在不同时刻膛内的气、固两相速度、压力和膛底温度等出现提高 ,这是等离子体注入后对内弹道的增强过程。计算结果为固体工质电热化学炮的弹道设计提供了理论依据。     

稠密颗粒床中点火传火过程的两维两相流数值模拟

本文结合火炮工程背景,建立伴随化学反应的稠密颗粒群气固两相非定常两维轴对称流和点火器内的非定常一维两相流数学模型,并考虑点火器对主装药床的耦合作用。采用MacCormack两步差分格式,模拟点火传火过程中火焰传播及其物理量沿轴向和径向变化规律。部分计算结果与实验结果相吻合。发现点火开始阶段存在明显的径向效应,当火焰波传到固壁后,轴向流占主要优势。     

C2H4-O2混合气体直接起爆的临界能量

主要基于化学动力学和Ng模型,对C2H4-O2混合气体的爆轰胞格尺寸进行预测;结合Lee表面积能量模型,预测物质在不同初始压力和化学当量比的条件下,直接起爆引起球面爆轰的临界起爆能量。直接起爆实验主要采用高压电点火提供起爆能量,起爆能量通过放电过程中电流的输出信号确定。结果表明,理论预测与实验值较吻合。首先,通过化学动力学计算得出ZND模型的爆轰参数,利用Ng模型得出爆轰胞格尺寸与ZND诱导区长度之间的比例因数A 在不同初始压力与当量比的条件下分别为:A=43.815(1+p1/p0)-0.12371和A=8.531exp(/3.135)+28.644,在此基础上对爆轰胞格尺寸进行定量预测。胞格尺寸的理论预测与实验结果吻合。其次,把爆轰胞格尺寸作为中间特征参数并结合Lee的表面积能量模型,提出可以预测临界起爆能量的定量模型,并得出C2H4-O2混合气体直接起爆的临界起爆能量与初始压力和化学当量比的参量拟合关系分别为Ec=0.332(p1/p0)-2.017和Ec=exp[3.951(-1.401)2-1.9]。     

甲烷气体的一维冲击反应动力学数值模拟

在一维无粘流体反应动力学理论基础上,分别选用无化学反应,7组元17反应和13组元和40反应模型模拟了常温下压力为0．12MPa时甲烷气体受高速飞片撞击的冲击反应流动,给出了飞片速度为3－9km/s范围内共27个算例的数值结果。在相同的初始条件下,当飞片速度较低（如3km/s)时三种反应模型给出几乎相同的结果,计算与实验结果比较表明,在较高的飞片速度下,13组元40反应模型给出的数值结果与实验结果基本一致。     

压缩条件下不同形状玄武岩柱破裂机理数值模拟研究

压缩条件下,不同形状玄武岩柱的强度和变形存在差异,且其破裂机理和破坏模式亦存在区别.本文构建不同形状的玄武岩柱图像,然后将细观损伤力学、统计强度理论、连续介质力学相结合,基于RFPA3D-CT软件的数字图像处理,将玄武岩柱图像转化为有限元网格模型,并分别赋予节理、岩石的材料力学参数,其中,考虑节理及岩石的非均质性.进一...     

炸药落锤试验点火机理的数值分析

炸药在低速撞击条件下发生点火爆炸,给炸药爆炸装置带来了安全管理上的隐患。若确定可能发生炸药点火的条件,可以采取一些预防措施,避免事故的发生。一种低速撞击行为发生在炸药落锤感度试验中,撞击速度一般小于20 m/s。利用Lagrange数值程序LEX2D,对落锤试验装置中所造成的炸药点火爆炸进行了初步分析,得到了炸药样品中应力和速度的变化历史,计算了炸药内部由于摩擦做功生热所引起炸药颗粒的分解过程。在一定程度上,可以预报落锤试验中炸药发生点火爆炸的可能性。     

CH4-O2 混合气中爆燃爆震转捩的数值模拟

运用化学流体力学基本理论和两步燃烧反应模型原理，建立了一维封闭体系可燃气爆燃爆震转变现象的数学模型，利用拉格朗日质量坐标变换下的Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆ和Ｍｅｃｏｒｍｉｃ气动差分与Ａｄａｍｓ化学差分格式，求解基本方程，成功地完成了过程的数值模拟，清楚地说明了可燃气中ＤＤＴ现象由压缩波到激波达到稳态爆震的发生机制和火焰带引生爆震波的过程行为。     

点火能对预混气体爆炸过程及管道薄壁加载响应的影响

在两端封闭的无缝不锈钢管道中,利用压力传感器、应变片以及数据采集系统实验测试了不同点火能作用下,管道内甲烷-空气预混气体爆炸波发展规律及由此造成的管道外壁的动态响应。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管道薄壁的最大动态应变也越大,爆炸波发展就越迅速,并且管壁动态应变信号和压力波信号出现较好的一致性。本文结果可为油气长输管道的爆炸破坏效应研究提供一种新的思路和方法。     

C2H2-O2-Ar和C2H2-N2O-Ar直接起爆形成爆轰的临界能量

采用高压电点火进行直接起爆形成爆轰,起爆能量通过放电过程中电流的输出信号确定。首先通过实验测定并对比C2H2-O2-Ar和C2H2-N2O-Ar等2种混合物在各种初始状态下直接起爆形成爆轰的临界起爆能量。实验结果表明,在相同状态下C2H2-N2O-Ar混合物的临界起爆能量显著高于C2H2-O2-Ar混合物的。进一步基于各物质爆炸特征长度和爆轰临界管径的参量关系对临界起爆能量差异性进行分析,得到了C2H2-N2O-Ar混合气体的爆轰临界管径预测曲线,并在此基础上得出C2H2-N2O-Ar混合物爆炸特征长度与临界管径的关系为r0=2.5dc,而C2H2-O2-Ar两者关系为r0=2dc。结果清晰地表明,使用N2O 作为氧化剂,爆炸特征长度与爆轰临界管径之间的比例因数增大,表明该物质直接起爆形成爆轰所需的起爆源单位能量增大,因而直接形成爆轰的临界能量相应提高。     

内爆加载金属界面不稳定性的数值分析

采用自行研制的多介质弹塑性流体力学欧拉程序,对柱形内爆加载金属界面不稳定性进行了数值研究,数值模拟结果与文献实验数据吻合较好。数值结果表明:材料强度对界面不稳定性发展有不可忽略的抑制作用;材料屈服强度对较高模数不稳定性增长的抑制较强,而剪切模量对不稳定性发展的影响相似但敏感性相对较弱;金属界面不稳定性增长存在最不稳定模数,最不稳定模数随屈服强度增加而减小,并近似与屈服强度的对数呈线性关系;随着壳的厚度减小,扰动增长加快。     

非常规结构武器两相流内弹道的高精度数值模拟

针对侧装药武器的结构特点,在提出等效物理模型的基础上建立了双一维两相流模型,并对主膛的气、固相方程组分别采用二阶精度TVD算法进行了模拟,结果与12.7 mm口径的发射实验进行了对比分析,模型和算法是可行的。     

动态存储方法在气相爆轰波数值模拟中的应用

为减少反应流计算花费的时间,采用动态存储建立热力学数据表（In situ adaptive tabulation, ISAT）的方法来取代反应流计算中化学反应的直接积分（Direct integral, DI）,并针对气相H2/O2爆轰波的传播过程进行了数值模拟。采用两种不同的ISAT误差放大判据对一维爆轰波的压力、温度及组分变化进行了计算,并和DI的结果进行了比较以考察其计算精度。此外,还探讨了ISAT方法的效率。计算结果表明,和DI方法相比,在爆轰波传播计算中ISAT方法计算误差小于3％,化学反应计算速度提高了8倍。     

A numerical study of an annular liquid jet in a compressible gas medium

An annular liquid jet in a compressible gas medium has been examined using an Eulerian approach with mixed-fluid treatment. The governing equations have been solved by using highly accurate numerical methods. An adapted volume of fluid method combined with a continuum surface force model was used to capture the gas–liquid interface dynamics. The numerical simulations showed the existence of a recirculation zone adjacent to the nozzle exit and unsteady large vortical structures at downstream locations, which lead to significant velocity reversals in the flow field. It was found that the annular jet flow is highly unstable because of the existence of two adjacent shear layers in the annular configuration. The large vortical structures developed naturally in the flow field without external perturbations. Surface tension tends to promote the Kelvin–Helmholtz instability and the development of vortical structures that leads to an increased liquid dispersion. A decrease in the liquid sheet thickness resulted in a reduced liquid dispersion. It was identified that the liquid-to-gas density and viscosity ratios have opposite effects on the flow field with the reduced liquid-to-gas density ratio demoting the instability and the reduced liquid-to-gas viscosity ratio promoting the instability characteristics.