爆轰产物物态方程（II）—爆轰的ZND理论不成立吗？（下）

用Ｊｏｎｅｓ公式检验爆轰的ＺＮＤ理论是另一种检验方法。这种检验方法不需要知道爆轰产物物态方程的形式,只需知道其存在即可,百密一疏,美国科学家用这种方法检验得出的结论是ＺＮＤ理论不成立。更稹密地运用这种方法得出的检验结论是爆轰的ＺＮＤ理论成立。     

爆轰产物物态方程（Ⅱ）——爆轰的ZND理论不成立吗?（上）

 爆轰的ZND理论,作为一个理论是需要经过严格检验之后才能承认其成立的。美国科学家做了这样的检验,但由于缺乏对爆轰产物物态方程的了解,没有能得出肯定的检验结论。用分子间有强排斥作用与分子作完全自由平动的液态物态方程（R-T物态方程）所做的检验表明爆轰的ZND理论是成立的。     

强爆轰参数的理论估算

用两相的排平物态方程对硝基甲烷的强爆轰参数进行了理论估算 ,理论值与拟稳态强爆轰的实验值(爆速、爆压和爆温 )符合得很好 .这既检验了这种理论估算方法 ,也再次检验了爆轰的ZND理论和两相的排平物态方程 ,也是对实验方法的一种支持 .常k形物态方程的强爆轰参数理论估算方法也得到了有条件的肯定     

用TNT的{D,ρ0}实验数据对爆轰的ZND理论的检验

爆轰产物中或多或少含有固态碳 ,一相的排平物态方程被推广为两相的之后 ,以某种炸药的一条已知等熵线为参考曲线 ,就可以用来估算其各种初始装药密度下的爆轰参数 .用产物中含碳量较多的TNT的 {D ,ρ0 }实验数据与理论估算值相比较 ,可以对爆轰的ZND理论的假设进行检验 .检验的结果再一次表明 ,爆轰的ZND理论的假设是成立的 ,并且排平物态方程是恰当的爆轰产物的物态方程 .     

爆轰模型熵问题的探讨

 爆轰模型过程终点熵最低的问题长时间困扰着爆轰科学。牛顿力学对于时间t→-t反演不变,忽略热力学而只用力学方法研究不可逆爆轰过程可能产生不合理的结果。CJ和ZND模型中的有序假设,即爆轰产物粒子朝着同一方向作有序运动的假设,决定了终点熵最低和不处于热力学平衡态。把CJ和ZND模型的某些结论绝对化,阻碍建立熵最高的爆轰模型。     

用高速摄影机拍摄气体爆轰波反应区

人们很早就注意到可燃气体混合物中火焰在一定的条件下可以达到很高的传播速度。这种现象称之为爆轰。根据ZND模型,气体爆轰实际上是带有化学反应区的激波。它的结构是激波后方紧跟一个化学反应区,两者构成了爆轰波波阵面。爆轰波的特点是1)传播速度高,一般为2000m/S左右。2)伴随有发光现象。根据ZND模型,可燃气体的化学反应在反应区中进行,因而反应区具有一定的宽度。 人们对爆轰波作了大量的研究,但由于波阵面的传播速度太快,限制了对波阵面结构诸如阵面形状,反应区宽度等的研究。     

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.     

对爆轰CJ模型和ZND模型合理性的讨论

 CJ模型和ZND模型未充分考虑爆轰过程中由于热量瞬时释放所带来的本质变化，它们所确定的爆轰终点状态是所有可能状态中熵值最低的，实现的概率极小。终点状态应该由热力学确定，ZND模型达不到热力学确定的平衡终态。爆轰模型应该同时符合流体力学定律和热力学定律。     

气相爆轰高阶中心差分-WENO组合格式自适应网格方法

研究一种高阶中心差分-WENO组合格式,并采用自适应网格方法进行二维和三维气相爆轰波的数值模拟.采用ZND爆轰模型的控制方程为包含化学反应源项的Euler方程组.组合格式在大梯度区采用WENO格式捕捉间断,在光滑区采用高阶中心差分格式提高计算效率.采用一种基于流场结构特征的自适应网格.计算结果,表明这种方法同时具有高精度、高分辨率和高效率的特点.     

一维爆轰波不稳定性的数值模拟

 对当量比为1的乙烷与空气的混合气体的一维爆轰不稳定问题进行数值模拟，得到了不同大小的网格对爆轰不稳定问题数值模拟结果的影响。网格大小Δx由从ZND模型分析得到的导引长度L_in确定，网格大小从0.2L_in变到0.002 5L_in。随着网格变细，没有得到振幅趋于一致的解，每一种网格尺寸得到的解的振幅都互不相同。当网格大小为Δx=0.01L_in、0.005L_in时，得到有规则的爆轰激波阵面压力的振荡，振荡的模式是峰值一大一小的振荡。网格更细时，爆轰波的振荡在计算范围内由一些有规则的振荡和一些较不规则的振荡组成。但爆轰激波阵面压力振荡的波长最后趋于一致，为91~93 mm，与实验得到的胞格长度88 mm很接近。     

以高温燃气为试验介质的爆轰波风洞

为了满足高温燃气流动研究的需求,提出了一种新的实验装置——爆轰波风洞.该风洞基本原理是利用高压气体驱动爆轰波后高温气体,为其提供消除Taylor稀疏波的运动边界条件,使爆轰波后气流保持均匀恒定所需状态.在结构布置上,爆轰波风洞与激波风洞类似,因此很容易利用激波风洞实现爆轰波风洞的运行模式,但两者的流动过程和参数间关系有明显的区别.首先理论分析了爆轰风洞流动过程并得出参数间关系,而后据此开展了实验验证.理论和实验结果表明该装置可以产生多种类型、不同状态的高温燃气,并可实现对燃气状态的准确控制.该装置实验能力和应用范围还能进一步扩展.      

斜爆轰发动机流动机理分析

为了研究高Mach数超燃冲压发动机和斜爆轰发动机的内流场燃烧流动机理，首先用CJ爆轰理论对超燃冲压发动机的内流场特性进行了理论分析，给出了燃烧室流场的气动规律，理论分析结果与现有实验结果吻合得非常好.其次，根据理论分析结果，提出了高Mach数超燃冲压发动机和斜爆轰发动机的气动设计原则.最后，根据提出的气动设计原则，设计了高Mach数斜爆轰发动机，飞行Mach数为9，对斜激波诱导燃烧机理开展了二维数值模拟研究.数值模拟结果表明，在高Mach数下，斜爆轰发动机燃烧室内可以得到稳定的燃烧流场.      

基于基元反应模型的H2-O2-N2爆轰数值模拟

 采用12组分、23个化学反应的基元化学反应模型,用5阶加权本质无震荡格式（WENO）、3阶TVD Runge-Kutta格式,对H₂-O₂-N₂混合气体胞格爆轰进行了数值模拟。研究了一维ZND爆轰、自维持爆轰的详细结构以及三波点附近的流动结构。计算结果表明：由横波的压力可以显著促进二维爆轰波波阵面的形成;横波的运动生成三波点,三波点造成了爆轰的自维持传播。     

多级爆轰驱动——研究超高速碰撞的一种新的加载技术

 讨论了通过多级爆轰驱动方法获得超高速飞片的问题。理论分析、数值模拟和实验结果表明,由这种方法获得超高速飞片是可行的。这种多级爆轰驱动装置结构简单,操作方便,可作为研究超高速碰撞的一种新的加载手段。     

爆轰波在炸药-金属界面上的折射分析

针对爆轰波在炸药-金属界面上折射时由实验获得的金属折射冲击波压力与经典爆轰波极曲线理论预测的压力存在显著差异这一问题, 本文展开了进一步的理论和数值模拟分析研究. 首先通过分析指出经典爆轰波极曲线理论的缺陷, 并对爆轰波极曲线理论进行了改进, 改进爆轰波极曲线理论给出了炸药爆轰波折射类型以及折射冲击作用点处的压力值. 然后发展了一个基于次特征理论来数值求解爆轰反应流动控制方程的二阶中心型Lagrange方法, 并数值模拟了一个典型的炸药爆轰波折射实验. 改进爆轰波极曲线理论和数值模拟分析结果表明, 爆轰波折射类型有三种:反射冲击波的正规折射、带Mach反射的非正规折射、无反射波的正规折射, 并且金属折射冲击波压力值随入射角增大而单调减小.     

一种基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的单元中心型Lagrange方法

提出一种数值模拟凝聚炸药爆轰问题的单元中心型Lagrange方法.利用有限体积离散爆轰反应流动方程组,基于双曲型偏微分方程组的特征理论获得离散网格节点的速度与压力,获得的网格节点速度与压力用于更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量.以这种方式获得的网格节点解是一种"真正多维"的理论解,是一维Godunov格式在二维Riemann问题的推广.有限体积离散得到的爆轰反应流动的半离散系统使用一种显-隐Runge-Kutta格式来离散求解：显式格式处理对流项,隐式格式处理化学反应刚性源项.算例表明,提出的单元中心型Lagrange方法能够较好地模拟凝聚炸药的爆轰反应流动.     

基于统计物理的爆轰产物物态方程研究

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Gibbs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，计算结果与Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)和Lennard-Jones-Devonshire结果相近.使用该理论对炸药的爆轰参数做了预言，与BKW，Jo 关键词： 爆轰产物 物态方程 化学平衡方程组     

爆轰产物JWL状态方程应用研究

 通过对凝聚态炸药爆轰产物JWL状态方程的研究,提出了一种确定JWL状态方程参数的γ拟合法,即利用γ律状态方程来拟合JWL状态方程参数。这种新方法不需进行圆筒试验,与现有方法比较,具有经济、安全、方便、准确的特点。利用这种方法拟合确定了4种常用炸药TNT、C-4、PETN、HMX的JWL状态方程参数,通过与圆筒试验法得出的JWL状态方程p-V曲线进行对比,证明γ拟合法具有较高的精度,完全可以满足计算爆炸力学的应用。     

CE/SE方法数值模拟炸药粉尘爆轰

采用CE/SE方法数值模拟悬浮在空气中的RDX炸药粉尘的两相爆轰过程.炸药颗粒在爆轰波阵面后的高温高速气流中加速并升温,释放能量支持爆轰波传播.数值模拟爆轰波管中的粉尘爆轰,得到爆轰波流场中的物理量分布,确定爆轰参数,数值结果与文献符合较好.数值模拟复杂通道中的炸药粉尘爆轰,预测了爆轰波的发展和传播过程以及爆轰波后的流场演化.数值结果表明CE/SE方法能成功模拟气体-固体两相爆轰,为粉尘爆轰的研究提供了新的数值预测手段.     

战斗部爆轰产物温度效应数值模拟

 利用BKW代码、JWL方程和LS-DYNA程序,研究了无约束、弱约束和强约束等三种战斗部约束条件下炸药爆轰产物密度随时间的变化关系,再结合爆轰产物HOM状态方程获得爆轰产物温度随时间的衰变函数。给出了战斗部爆轰产物温度的理论计算方法。研究表明,爆轰区内爆轰产物温度及其衰减速率并不均匀,战斗部炸药的约束条件对爆轰产物密度和温度有重要影响,强约束可以延缓爆轰产物密度和温度的衰减,相同情况下仅战斗部壳体厚度加倍并不会导致爆轰产物密度和温度的衰减情况同比例变化。