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。     

高含能颗粒床中瞬变点传火过程的三维两相流数值模拟

结合火炮工程背景，建立高含能稠密颗粒床中非定常三维两相流与点火器中非定常一维两相流的数理模型，并考虑主装药床与点火器的相互耦合作用。采用分数步法（ＦＳＭ）数值求解。发现在点传火阶段，膛内存在明显的三维效应，并伴随波动现象，火药颗粒向壁面聚集。部分计算结果与试验结果相一致。     

片状随行装药的两相流数值模拟

给出了片状随行装药结构的一维两相流数学物理模型,并对某５７ｍｍ随行装药火炮进行了数值模拟。研究了片状随行装药火炮的膛压、压力波、气固相速度以及空隙率等参量的分布情况。此外,还对比研究了计算结果与实验结果之间的差异。结果表明,该模型的计算骅音符得较好。     

液体发射药电热化学发射内弹道一维两相流模型及数值模拟

在理论分析的基础上 ,结合实验条件建立了液体发射药电热化学发射内弹道一维两相流数学模型 ,该模型包含电弧等离子体生成和运动、等离子体卷吸液体发射药生成小液滴以及膛内多相流体的相互作用。利用该模型对电热化学发射内弹道过程进行了数值模拟 ,并将模拟结果与实验数据进行了分析比较 ,结果表明模拟结果与实验数据基本吻合。     

DCD格式在破碎发射药床两相流内弹道计算中的应用

利用DCD(dispersion controlled dissipative scheme)格式,提出了一种研究发射装药发射安全性问题的两相流内弹道计算方法。将内弹道气固两相流动力学方程组中与压力有关的项进行变形,实现了用同一种格式对气相和固相统一处理,而无须分别对待,采用DCD格式无须数值粘性和人工滤波,提高了计算精度。实例计算了某榴弹内弹道两相流动力学,计算结果与实验结果吻合较好。把破碎发射药床视为混合装药结构,用DCD格式计算了发射药床不同破碎程度对发射安全性的影响。计算结果表现出了通常计算方法难以反映的破碎发射药床内弹道压力极为剧烈的变化过程和极高的危险膛压。 更多还原     

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。     

基于五阶WENO格式的燃气在药床中流动过程二维两相流研究

为研究内弹道初始阶段中心点火管燃气在膛内药床中的流动特性和传播规律,设计了可视化点传火实验平台,并进行了膛内假药床的点传火实验。基于加权本质无震荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式,构造了膛内轴对称二维内弹道两相流模型,对膛内燃气在假药床中的流动过程进行数值模拟。计算结果与可视化实验结果符合较好,全局压力平均误差为5.35%。表明数值计算准确地描述了燃气流动特性,完整地呈现了点火管燃气在假药床中的发展过程。在点火初始阶段,膛内压力径向效应明显,气相沿径向传播较快,药床药粒基本不会发生运动;随着燃气逐渐在膛内传播,膛内压力呈现径向一致、轴向梯度分布的特征,在压力梯度作用下,气相轴向速度开始占据主导,径向速度在膛底和中部区域减小为零,而固相速度随气相速度变化而变化;气相在到达弹底前,由于固相颗粒的壅塞,会提前出现速度反向波动现象。     

一级气体炮内弹道数值模拟

利用拉格朗日方法跟踪弹后工质的运动规律，对一级轻气炮内弹道进行一维数值模拟。用此编码对我所φ100mm一级气体炮的内弹道进行计算，所得结果与实验弹道参数符合良好。并对影响弹丸速度的主要因素进行了简要的讨论。     

激波点燃粉尘的数值模拟研究

建立了用于模拟入射激波后可燃粉尘颗粒点火的一维非定常两相化学反应流模型，该模型考虑了气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热和化学反应。粉尘颗粒着火前的化学反应用发生在颗粒外表面和内孔表面的非均相反应描述，颗粒内部的温度变化用一含有化学反应源项的非稳态热传导方程来描述，以颗粒外表面温度的突跃上升作为可燃粉尘颗粒点燃的着火条件。我们用该模型和ＰＳＩＣ方法，对由中等强度激波从纯气相传入煤粉－氧气混合物而引起的非定常两相流动现象，包括气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热以及点火过程进行了数值研究，计算了对应于不同载荷比、马赫数为４～５的入射激波后煤尘颗粒的点火延迟时间，分析了由于可燃粉尘颗粒的存在，入射激波及波后气固两相流动参数的变化规律。数值计算结果与实验数据符合较好。文中建立的模型和所用的基于ＰＳＩＣ算法的数值方法，用最自然的方式描述气固两相流动，即用连续流模型（欧拉方程）描述输运相（气相）的流动，用轨道颗粒模型（拉格朗日方程）描述分散相（颗粒相）的运动。用这种方法模拟含尘介质中激波后颗粒的点火是很有效的，它可以清楚地确定哪一个颗粒群最先着火，它的初始位置以及在整个点火延迟时间内     

CE/SE方法在内弹道瞬态两相流中的应用

根据CE/SE方法思想,构造在变换坐标系下内弹道两相流动数值计算的 格式. 采用此格式研究了膛内瞬态二维两相流动点火过程. 数值计算结果反映实际 规律并和试验结果符合. 结果表明,对中心点火方式,在点传火过程初期,膛内压力在 径向和轴向上存在较大的压力梯度,当火药全部着火后,药室内压力在径向上逐渐趋于 一致. 这表明CE/SE方法能够完全模拟瞬态二维两相流动的情况.     

点火过程和初始条件对燃烧轻气炮内弹道性能的影响

采用计算流体力学方法对燃烧轻气炮膛内燃烧过程进行数值模拟,分析不同的点火点数目和点火能量以及初始温度和压力对燃烧轻气炮内弹道特性的影响。结果表明,采用合理的点火点数目、初始温度和压力条件可以有效控制氢气的燃烧过程,减弱燃烧室内的压力波动。模拟结果对燃烧轻气炮膛内燃烧过程控制具有重要参考价值。     

考虑两相流内弹道的自行火炮发射动力学计算

为了更加准确地计算火炮弹丸的起始扰动,将两相流内弹道应用于发射动力学研究。建立了完整的自行火炮系统发射动力学方程组,包括火炮系统的体动力学方程组、弹丸在膛内运动的动力学方程以及两相流内弹道方程。编制了计算程序,实现了对某自行火炮发射过程的数值模拟,在准确计算内弹道过程的同时,获得了火炮的动力响应、弹丸膛内运动和起始扰动。部分模拟结果与实验实测结果吻合较好。计算表明,采用两相流内弹道模型将提高发射动力学计算精度。     

二次燃烧对底排装置尾部流场影响的数值模拟

为研究二次燃烧对底排尾部流场的影响,建立了底排装置尾部流场的化学非平衡流数学物理模型。其中二次燃烧模型采用10组分25步反应的H₂-CO燃烧模型,运用统一算法的思路编程求解二维轴对称方程组。数值模拟结果与实验结果较吻合。在此基础上,对尾部流场以及燃烧特性进行了数值预测, 结果表明:二次燃烧所释放的热能远大于排气本身的热能,对增压减阻的贡献可达78%。二次燃烧改变了尾部的温度分布规律,使温度峰值分布在两个回流区内。排气沿着两回流区间的狭缝流入剪切层发生燃烧。一部分混气回流入底部附近,其中氧气不充足,存在大量CO和少量H₂未直接反应。一部分混气沿着剪切层流入下游以及主回流区内,氧含量逐渐增多,H₂和CO被反应殆尽。结果可为进一步研究底排增压减阻提供参考。     

大长径比、高密实火药床点火管点传火特性的影响因素

利用计算程序对影响大长径比、高密实火药床点火管点火性能的主要因素进行了对比模拟,讨论了不同结构尺寸和装填条件下的点传火性能,通过对计算结果的分析,总结了结构参数和装填条件对大长径比、高密实火药床点火管点传火性能的影响规律：小孔直径、首孔高度、单位长度小孔面积及装填密度显著影响点火压力及点传火性能;小孔直径、首孔高度及单位长度小孔面积是影响破膜后泄压速度的主要因素,而装填密度会影响药床的透气性及火焰传播的通畅性,均对点火安全性、瞬时性及一致性产生重要影响作用。

     

液态金属熔池中气泡-液体两相湍流的数值模拟研究

应用欧拉-欧拉双流体模型,以及分别描述气泡和液体湍流的两相湍流模型,描述液态金属中气体射流发泡过程的两相流动及气泡分布。与实验结果的对比表明,本模型的预测能力优于前人未考虑气相湍流的模型。考查了液体物性和气泡尺寸对流场特性的影响,结果发现,液体密度越低,气泡尺寸越小,气泡分布就越均匀。     

点火管破孔的随机过程的一维两相流计算

从宏观的角度考虑了破孔过程中的随机因素,提出了破孔压差的概念,把各个传火孔的破孔压差看作是服从正态分布的独立随机变量,建立了该过程的随机模型,并用Monte Carlo方法进行了随机模拟。所得结论对点火系统的设计安全性具有一定的指导意义。     

悬浮RDX炸药和铝颗粒混合粉尘爆轰的数值模拟

采用两相流方法对炸药颗粒直径为20.0 m时与铝颗粒混合物的爆轰波的发展与传播过程及爆轰波参数进行了数值计算。结果表明,在炸药粉尘中加入铝颗粒,可以大大提高爆轰波参数。当铝颗粒直径为3.4 m时,尽管铝颗粒的直径较炸药颗粒直径小,但由于炸药颗粒的点火温度低,二者的点火时间相差不多。如果铝颗粒的直径为7.0 m,由于铝颗粒的点火滞后于炸药颗粒的点火,混合颗粒粉尘中可能形成双波阵面的爆轰波。     

燃烧轻气炮多级渐扩型燃烧室流场特性数值研究

为了分析多级渐扩型燃烧室结构对燃烧轻气炮氢氧燃烧特性的影响, 通过计算流体力学方法, 分别对采用传统圆柱型燃烧室和多级渐扩型燃烧室的燃烧轻气炮氢氧燃烧发射过程进行数值模拟。对比结果表明, 多级渐扩型燃烧室结构能够明显地减小燃烧室压力波动幅度, 提高氢氧燃烧稳定性; 多级渐扩型燃烧室内形成回流区, 可以减小气流轴向运动速度; 火焰扩展形态与渐扩型结构相吻合, 燃烧反应区表面变化平稳; 多级渐扩型燃烧室结构对氢氧火焰传播过程和压力波动现象有着重要影响。