激波聚焦反射的实验和数值研究

 采用高速摄影技术和数值模拟方法,对入射激波在两种不同形状的抛物形反射器表面聚焦和反射的过程进行了研究,得到了激波聚焦反射过程的波系结构的实验阴影照片和数值计算结果,两者符合得很好。对激波聚焦形成的气体动力学焦点的特性进行了分析,结果表明,入射激波在两种反射器反射后聚焦所形成的气体动力学焦点均是由三波点在轴心处的会聚所导致的,气体动力学焦点位于相应的反射器壁面的几何焦点附近。不同的反射器中,激波聚焦前后的波系结构也不同,对较浅的反射器,入射激波反射前在反射器壁面形成了弓形激波,反射之后需要相对较长的时间完成聚焦,形成聚焦反射激波之后弓形激波仍未相交;对较深的反射器,入射激波反射后在更短的时间内聚焦,聚焦时弓形激波已经相交,聚焦反射激波之后的流场波系结构更加复杂。     

煤矿巷道瓦斯爆炸冲击波与高温气流的关系

 为了给瓦斯爆炸后煤尘二次爆炸的深入研究提供理论依据,应用计算流体力学方法,对煤矿巷道内瓦斯爆炸的瞬态流场进行了数值模拟,得到了冲击波与高温气流流动的时空关系,并借助实验对数值方法进行了验证。研究表明：在瓦斯爆炸后的一定时间内,近场区域和远场的部分区域极有可能引发煤尘二次爆炸。给出了可能发生煤尘二次爆炸的区域随瓦斯区长度的函数关系式,以及远场中峰值温度和峰值超压到达时间的间隔随轴向距离和瓦斯区长度的分布特性。     

湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法研究

在欧拉-欧拉、非结构有限体积框架下发展了湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法。推导了基于真实物性,密度、内能和湿度全耦合的Roe通量。提出了适用于欧拉-欧拉法的三自由度TTSE水蒸气表。使用矩方法(MOM)和积分矩方法(QMOM)模拟水珠半径分布,并就时间推进时QMOM方法的不稳定现象给出了修正方法。通过两个无黏喷管和一个湍流平面叶栅算例进行了验证,表明本文的数值方法能比较准确地捕捉非平衡态凝结现象。     

Experimental Diagnosis on Combustion Characteristic of Shock Wave Focusing Initiation Engine

A shock wave focusing initiation engine was assembled and tested in an experimental program. The effective pyrolysis rate of the pre-combustor was evaluated over a range of supplementary fuel ratio in this paper. Results highlight two operational modes of the resonant cavity: (1) pulsating combustion mode, (2) stable combustion mode. The appearance of the two combustion modes is jointly affected by the flow and the structural characteristic value of the combustion chamber. This paper uses images, time-frequency analysis, and nonlinear time series analysis methods to identify and distinguish these two combustion modes. It is believed that the interaction between the combustion chamber and the supply plenum is the probable reason for different combustion modes. The experiment has found that structural parameters and import flow parameters have an impact on the initiation of the combustion chamber. Increasing the injection pressure can appropriately broaden the fuel-rich boundary of initiation. Low equivalence ratio and high injection pressure can also appropriately increase the combustion working frequency in a small range. From the perspective of pressure utilization, under the premise of ensuring successful initiation, injection pressure should not be too high.     

平面弱激波加载下球形气泡演化的实验研究

 利用高速摄影机直接观测了激波加载下球形气泡的演化过程。采用白色的烟雾颗粒对气泡内透明的测试气体进行染色,直接观察到了气泡界面。通过对平面弱激波加载下轻气体气泡和重气体气泡进行研究,成功验证了轻气体气泡和重气体气泡演化过程中出现的典型界面结构,获得了弱激波加载轻气体气泡中背风涡环的环状几何结构。运用相关方法分析了轻气体气泡实验初期的流场分布,得到的结果与理论分析结果吻合得很好,对于此类实验的数据处理具有一定的启发意义。同时,实验中使用的烟雾颗粒法为今后在球形气泡实验中引入更为精确的平面激光诱导荧光技术（PLIF）、激光粒子图像测速技术（PIV）等实验测试系统提供了布撒示踪粒子的范例。     

等离子体中的消融激波及其时间发展

本文研究了等离子体消融所造成的激波，找出了位于激波波前及消融波前的各流体动力学参量间的相互依赖关系，对消融激波的生成与时间发展过程进行了描述。     

蒸汽浸没射流凝结引起的冲击特性研究

本文在广泛的蒸汽压力和过冷水温度范围内,针对饱和蒸汽通过不同出口直径的喷嘴在过冷水中浸没射流凝结引起的压力冲击特性进行了实验研究,测量得到了不同轴向位置和径向位置的冲击压力,并分析了入口蒸汽压力,过冷水温度和喷嘴出口直径对冲击压力的影响规律。结果表明冲击压力主要受入口蒸汽压力和过冷水温度的影响;同时,当汽水参数以及无量纲轴向和径向距离相同时,不同出口直径的喷嘴对应的冲击压力变化很小,从而表明喷嘴出口直径对压力冲击影响很小。     

水中空气隔层衰减冲击波性能研究

 根据鱼雷对舰船毁伤的特点,建立了多介质水下爆炸数值模型,提出了交界面处理及广义光滑长度计算方法,编制了多介质水下爆炸计算程序,并对水下爆炸空气隔层衰减冲击波的性能进行了定量分析。结果表明：无论是接触爆炸还是非接触爆炸,空气隔层均可有效衰减冲击波,并且接触爆炸中空气隔层衰减冲击波的效果更好,最大可使冲击压力峰值降低约55%;空气隔层厚度与爆炸厚度之比为1时便可达到较好的衰减冲击波效果,继续增加空气隔层厚度对衰减冲击波效果影响不大。研究结果可为舰船结构防护及防雷舱的结构设计提供参考。     

Turbulence Model Comparative Study for Complex Phenomena in Supersonic Steam Ejectors with Double Choking Mode

Scholars usually ignore the non-equilibrium condensing effects in turbulence-model comparative studies on supersonic steam ejectors. In this study, a non-equilibrium condensation model considering real physical properties was coupled respectively with seven turbulence models. They are the k-ε Standard, k-ε RNG, k-ε Realizable, k-ω Standard, k-ω SST, Transition SST, and Linear Reynolds Stress Model. Simulation results were compared with the experiment results globally and locally. The complex flow phenomena in the steam ejector captured by different models, including shock waves, choking, non-equilibrium condensation, boundary layer separation, and vortices were discussed. The reasons for the differences in simulation results were explained and compared. The relationship between ejector performance and local flow phenomena was illustrated. The novelty lies in the conclusions that consider the non-equilibrium condensing effects. Results show that the number and type of shock waves predicted by different turbulence models are different. Non-equilibrium condensation and boundary layer separation regions obtained by various turbulence models are different. Comparing the ejector performance and the complex flow phenomena with the experimental results, the k-ω SST model is proposed to simulate supersonic steam ejectors.     

激波管中非平衡可凝结流的流动分析

理论推导激波管中相变加热的临界加热量,得到一个显式计算临界加热量公式.该式可广泛用于湿蒸汽或纯蒸汽相变加热流动计算.结果表明,考虑相变加热的临界加热量要大于外部加热的临界加热量;热壅塞时会产生一道向上游传播的凝结激波,且凝结激波位置在液相质量分率开始增长点之前.采用AUSM格式数值求解激波管中湿空气的凝结流动,理论预测与数值计算吻合良好.     

超声速气膜冷却中激波抑制的研究

针对激波破坏超声速气膜冷却的机理,本文提出了一种壁面开孔的结构,数值研究结果表明：一方面,壁面开孔的结构能使激波作用的区域壁面附近的压力分布较均匀,从而使近壁区的马赫数分布比不开孔的壁面要高,有利于超声速气膜冷却。同时在激波的作用下,冷却气体可以通过开孔壁面的孔进入槽道内,而在槽内的下游再从孔里流出,保护下游的壁面,这...     

强流质子束辐照形成的冲击波

 对强流质子束在铝材料中引起的冲击波进行了数值模拟，其中强流质子束在铝中的能量沉积行为采用蒙特卡罗方法模拟，而能量的非均匀沉积后引起的力学效应采用一维流体弹塑性模型进行计算。计算给出了强流质子束在铝材料中的能量沉积曲线和引起的冲击波的时间演化规律。     

铝阳极化冲击波探针的工艺探索

 为了在定形纯铝棒材（35 mm×Φ1.0 mm）上制取既薄、完整,又均匀、致密且电绝缘强度较高的绝缘膜,首先根据阳极化电解原理,测定了铝棒半球形端的极化曲线,获得了在50~60 ℃温度环境下铝绝缘膜稳定生长的区域在3~13 V之间这一重要的工艺条件;然后给出了铝电探针阳极化的步骤和相应的工艺参数。从而摸索出可批量生产适于液体冲击压缩实验的、性能一致性好、可靠性高的冲击波速度探测器的实验方法。同时,分析了电解系统温度条件以及沸水封孔工艺对强化铝绝缘膜的物理性质和电绝缘强度的影响。由此工艺可均匀地制得厚度在4~15 μm之间的Al₂O₃薄膜,在给定温度下制得平均厚度为6 μm的电探针耐直流电压为250 V、1 min,在液氮温度（77 K）下静置4 h后绝缘膜的物理外观和电绝缘强度都未发生变化。借助300 N·m冲击力发生器,测得该类探针的开关一致性不大于±20 ns。在较高冲击压力下,该特性有望得到进一步改善。     

凝聚介质中斜激波的反射

结合数值模拟和理论分析,研究凝聚介质中斜激波反射.采用龙格-库塔控制体积间断有限元方法,数值求解"刚性气体"状态方程形式下的欧拉方程组;理论分析凝聚介质中斜激波反射模式;运用激波极曲线理论,给出典型激波强度下正规反射向非正规反射过渡的临界角及波后状态.比较数值模拟结果和激波极曲线理论分析结果,得到典型弱、强斜激波的反射图像.     

单晶铜中冲击波阵面结构的数值模拟研究

 用分子动力学方法模拟计算了在初始温度为0 K时单晶铜中的冲击波结构,相互作用势采用铜的嵌入原子势（EAM）,模拟计算结果表明即使是在初始温度为0 K的FCC晶体中,冲击波波阵面后的区域也会向平衡态演化。局域分析表明冲击波阵面后区域的压力、粒子速度、应变和温度随时间逐步变化到稳定态,在所研究的冲击波强度（约262 GPa）下,波后区域的平均压力、粒子速度、应变均在约1 ps内逐渐上升并达到稳定值。动能温度在波阵面处始终为最大值,随着冲击波的传播,波后非零温度区域逐渐扩大,不同时刻的粒子速度分布函数说明波后区域逐渐向热力学平衡态演化,并最终达到热力学平衡,进一步的分析说明局域平衡是系统向平衡态演化的基本过程。     

平面冲击波作用下TiO_2晶粒的相变纳米化

利用平面冲击波技术,对溶胶-凝胶法制备的锐钛矿型TiO2粉体和干凝胶进行冲击实验,采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(SEM)和激光粒度分析仪(LPSA)等手段对冲击前后的TiO2粉体和干凝胶进行表征。结果表明:冲击波的高温作用能够实现亚稳态的锐钛矿型TiO2向稳定态的金红石型TiO2转变,并且冲击波直接作用于干凝胶时更容易获得稳定态的金红石型TiO2;冲击波的瞬时性可以抑制TiO2晶粒的长大,实现晶粒纳米化;冲击波的高压作用可以有效控制由于溶胶-凝胶法导致的粉体团聚现象。     

Numerical Simulation of the Formation of Granular Shock Wave Over Cylindrical Obstacle

A two dimensional (2‐D) stream of granular flow with zero initial granular temperature passing over a cylindrical obstacle is simulated by means of both molecular dynamics (MD) simulation and finite volume method (FVM). In experiments, a bow‐shaped shock wave with higher area fraction forms in front of the obstacle that was reproduced in our simulations. Due to the different circumstances to which particles are subjected, the granular flow is divided in two zones. One is undisturbed where quantities, such as space fraction (volume fraction for 3‐D and area fraction for 2‐D geometries), velocity and granular temperature are uniformly distributed and the other is called the shock wave zone. In this region, the values of the space fraction increases and the velocity of particles changes. From the MD simulation, it is found that the area fraction of the shock wave depends on surface roughness, coefficient of restitution (COR) of particles, the obstacle diameter as well as velocity of the granular stream, and a triangular region forms with almost zero velocity, and granular temperature forms in front of the cylindrical obstacle. The bigger is the size of the obstacle, the more stable this region is. In FVM simulations solid phase velocity and area fraction distributions similar to the MD simulation results are obtained for proper parameters.     

超跨声涡轮叶栅尾缘激波系流动研究

本文通过分析超跨声涡轮尾缘波系的流动机理给出了详细的尾缘激波系流动图画,强调了尾缘分离激波的重要作用.经过分析,认为基底区压力是通过影响基底区宽度来影响涡轮叶栅尾缘激波强度的.最后将上述机理应用到某叶栅S1计算程序的改进工作中,数值计算和叶栅试验结果表明,改进工作有效提高了该程序对超跨声涡轮叶栅尾缘激波流动的模拟能力.     

爆炸平面冲击波在金属颗粒介质中的衰减

 分析了颗粒介质在冲击载荷下的加载、卸载本构关系,应用特征线理论对平面一维爆炸冲击波在颗粒介质中的衰减进行了计算。结果表明：组成颗粒的材料、孔隙率及炸药的爆速决定了初始冲击波峰值的大小。炸药爆速越高,介质孔隙率越大,材料本身的冲击阻抗越大,初始压力越高。炸药长度、材料本身的冲击阻抗及介质的孔隙率决定了冲击波的衰减速度。炸药长度越小,材料本身的冲击阻抗越大,介质的孔隙率越高,冲击波衰减越快。     

C60在冲击波作用下的反应研究

 采用爆轰波驱动飞片,对C₆₀样品进行冲击实验,实验产生的烟灰经甲苯萃取后,采用高效液相色谱进行成份分析。结果表明：冲击波的高温高压作用使C₆₀样品大部分分解,少部分形成高碳富勒烯、富勒烯包合物和其它碳簇产物。研究了不同冲击波作用下,C₆₀样品的压强、温度的变化及对C₆₀反应的影响,并对C₆₀的分解与聚合的作用机理进行了探讨。