甲烷气体的冲击化学反应流研究

用二级轻气炮加载技术将W89Mo9Ni1Fe1飞片加速到约5.0km/s,撞击封装有接近常态的甲烷气体的LY12铝靶。利用六通道高温计和示波器记录到冲击压缩的甲烷气体的光辐射历史曲线,并获得甲烷气体的冲击波速度与温度。利用一维Euler方程与化学反应方程的全流场耦合,采用甲烷体系的13组元40反应步的化学反应模型,并用3阶WENO数值格式对空间进行离散。为避免刚性过强,化学反应源项用点隐方法处理。由此得到了甲烷的冲击反应流场和波后热力学参数。通过比较,数值结果与实验结果符合较好。最后,解释了甲烷用作电探针保护气体的物理机制。     

PBX-9404炸药冲击起爆的一维数值模拟

对Tang模型的阈值函数进行修改,给出了新的能量传递过程特征时间。将修改后的Tang模型加入到二维有限元动力分析程序DYNA2D中,计算PBX-9404炸药的冲击起爆过程,并与Forest-Fire模型和点火-燃烧-快反应模型的计算结果进行比较,结果表明:新模型的适用范围更广,而且p(t)曲线的波形、VN点和cj点的压力幅值都较理想。     

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。     

高压气体冲击流场的数值研究

本文针对高压气体流动产生强冲击波的特点,利用近年来公认较好的高精度、高分辨率总变差不增(TVD)格式对圆柱形高压区气体向大气膨胀过程中产生的冲击流场问题进行了数值模拟。数值试验表明:采用高分辨率的TVD差分格式能够很好地描述高压气体冲击流场的波系结构,且没有出非物理振荡,对激波的分辨率高。     

C7H16-O2-N2预混气体压缩点火过程的数值模拟

采用庚烷氧化的最新化学反应动力学机理(包含57种组分,290个基元反应)对模型燃烧室内的庚烷 空气混合气的压缩点火过程进行了数值模拟。计算了不同初始压力、不同初始温度下的点火过程;预测了燃烧室内部分稳定物质和自由基的摩尔分数及其在各个反应中的产生或消耗速率,以及温度和压力等参数随时间的变化过程,并根据计算结果从化学反应动力学机理的角度讨论了庚烷的压缩点火过程。     

甲烷-空气爆轰波传播的数值模拟

研究了甲烷-空气混合物爆轰波在二维突扩通道中传播的各种复杂行为。结果表明：爆轰波在进入突扩通道的初始阶段有局部向爆燃转变的现象；爆炸波在壁面发生马赫反射形成的高温高压区域将直接驱动自持爆轰波的重新形成。     

基于立方型气体状态方程的激波风洞准一维流动数值研究

采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理。研究表明：对于以冷高压气体驱动的激波风洞,使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况。高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用,其作用效果主要是使当地声速增大,从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快;另一方面,高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱,且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微。稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系。提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间。对于所测试的激波风洞构型,在150 MPa氢气驱动110 k Pa氮气的工况下,高压效应导致的有效试验时间缩短约38%。适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响。     

海冰动力学数值模拟中改进的PIC方法

为了准确地模拟海冰的动力过程,需要建立精确有效的数值方法。本文结合质点网格法(PIC)和光滑质点流体动力学方法(SPH)发展了一种改进的PIC方法。该方法在欧拉坐标下对海冰动量方程进行差分计算,在拉格朗日坐标下进行海冰质点位移、厚度和密集度计算,并采用Gauss函数进行欧拉网格点与拉格朗日质点间海冰参数的交互插值。采用改进的PIC方法对规则区域内的海冰堆积过程进行了数值试验,对渤海海冰的动力过程进行了72小时数值模拟。计算结果均表明改进的PIC方法具有计算量小,计算结果平稳精确的优点,可很好地适用于海冰动力作用过程的数值模拟。     

充液圆柱壳轴向冲击屈曲的实验研究与计算机数值模拟

借助落锤装置实现冲击加载,完成了一组充满水的金属薄壁圆柱壳试件轴向冲击屈曲过程的实验研究,同时利用LS-DYNA大型动力软件对冲击屈曲的全过程进行了计算机模拟.对于屈曲模态发展过程以及冲击力和液压的动态时程曲线,实验观察和数值结果均表现出较好的一致性.研究表明,在撞击过程中壳内形成很大的液体压力,在此内压和轴向压缩的联合作用下,壳壁发生轴对称塑性屈曲,屈曲模态为一系列依次发展的环带波纹.     

气体-燃料液滴两相系统爆轰的数值模拟

用两相流体力学模型对气体 燃料液滴系统进行了研究。数值模拟了点火后两相系统爆轰波的发展过程,得到爆轰波的结构和参数。数值模拟结果表明气体 燃料液滴系统爆轰波有较宽的反应区,因而两相爆轰波的曲率对爆速的影响效应十分明显。进行了燃料液滴尺寸对爆轰波的结构和参数的影响的数值模拟。除了很小的液滴外,燃料液滴在爆轰波前导激波面和ＣＪ面间不能完全气化。随着液滴尺寸的增加,燃料液滴在爆轰波前导激波面和ＣＪ面间释放出的能量随之减少,爆轰参数也随之下降。     

半封闭狭缝湍流冲击射流的数值模拟

将Yakhot和Orszag提出的RNGk-ε模型推广应用于半封闭狭缝冲击射流场的数值模拟，以评价该模型对这种复杂湍流的预测能力。将计算得到的流场平均速度分布、湍流强度分布和流函数分布与标准k—ε模型的预测结果以及相应的实验数据进行了比较，结果表明：RNGk—ε模型的预测结果总体上要好于标准k—ε模型，但与实验值相比，所有预测结果都还存在不同程度的误差，尤其是近壁区和滞止点较远下游处的湍流强度分布。说明RNG模型虽然已在某些湍流的预测中取得了一定的成功，但要定量准确地预测冲击射流场，还必须针对其流动特征对模型加以改进。     

充满液体弹塑性圆柱壳轴向冲击屈曲的数值模拟

基于对充满液体的弹塑性圆柱壳轴向冲击屈曲的实验观察 ,建立了相应的计算模型 ,借用 LS-DYNA软件包 ,在 HP-C36 0工作站上完成了数值模拟 ,得到了动画显示 ,给出的屈曲模态及一些特征量的时程曲线与实验结果相当一致。文中对壳的几何、物理参数对屈曲性能的影响进行了较详细的讨论     

NO_x生成湍流反应率数值模拟的进展

利用计算机数值模拟来优选燃烧器或炉内降低氮氧化物的各种措施,如空气分级,燃料分级（再燃烧）,烟气再循环,煤和生物质混烧等,预测其效果,受到国际上越来越大的重视．如何建立合理而经济的数学模型,是其中的关键问题之一．根据近年来国际上发表的不同研究者的研究结果,对湍流燃烧氮氧化物生成湍流反应率数值模拟的研究现状进行了评述,并且讨论了有待解决的问题和今后的发展方向．     

NO_x生成湍流反应率数值模拟的进展

利用计算机数值模拟来优选燃烧器或炉内降低氮氧化物的各种措施,如空气分级,燃料分级（再燃烧）,烟气再循环,煤和生物质混烧等,预测其效果,受到国际上越来越大的重视．如何建立合理而经济的数学模型,是其中的关键问题之一．根据近年来国际上发表的不同研究者的研究结果,对湍流燃烧氮氧化物生成湍流反应率数值模拟的研究现状进行了评述,并且讨论了有待解决的问题和今后的发展方向．      

冲击载荷下软钢梁早期响应的数值模拟和简化模型

冲击载荷作用下，梁的早期响应既有弹性变形也有塑性变形，两者相互耦合．有限元数值模拟的结果表明，弹性弯曲波的传播是梁早期变形的主要机制，刚塑性简化理论预言的初始阶段中梁的“移行塑性铰”实际上是不存在的．本文提出的弹性 理想塑性简化模型可以很好地模拟固支软钢梁的早期响应     

冲击载荷下导线覆冰脱落过程的数值模拟

采用ABAQUS有限元软件建立输电线路有限元模型,模拟研究单档覆冰导线在冲击载荷作用下的除冰过程。覆冰破坏采用拉伸破坏准则,利用ABAQUS的用户材料子程序VUMAT,定义覆冰的本构关系并实现覆冰破坏单元删除的判定。进一步模拟研究在不同冲击载荷幅值、线路档距和覆冰厚度等条件下的除冰率,结果表明:除冰率随冲击载荷幅值的增加而增大;覆冰厚度和档距越小,除冰率越大;连续档线路需要更大的冲击载荷才能达到较好的除冰效果。所得结果可以为机械式除冰装置的设计提供参考。     

含圆孔拉伸板的近场动力学数值模拟

首先推导了非普通状态为基础的近场动力学基本方程,引入损伤理论.在对非普通状态为基础的近场动力学基本方程进行离散化后,编制了非普通状态为基础的近场动力学数值分析程序.利用非普通状态为基础的近场动力学理论对圆孔拉伸板的断裂和非断裂问题进行了数值模拟.数值结果表明近场动力学理论不仅能模拟非断裂问题,也能模拟断裂问题,而且该方法不需要借助任何外部断裂准则就能很好地模拟裂纹的扩展和连接过程,相对于其它的数值模拟方法具有很大的优势,同时它也为材料断裂问题提供了一种新方法和新思路.     

冲击作用下含孔洞纤维增强复合材料平板的动力学实验与数值研究

作为复合材料动力学实验与数值研究的应用实例 ,实验研究采用正交异性动态光弹性方法 ,数值分析运用各向异性介质的时域边界元方法。纤维增强光弹性复合材料平板被用来模拟含孔洞的正交异性半无限域 ,用小口径步枪施加与纤维方向成 0及 90两个方向的冲击载荷 ,在正交异性动态光弹性实验中记录了应力波在孔洞周围的传播、反射与绕射过程 ,此过程被进一步转换成应力分量的变化时程 ,并与相应的时域边界元方法的数值分析结果进行了比较。     

三维方腔介电液体电对流的数值模拟研究

本文对封闭方腔内介电液体电对流进行了三维数值模拟研究.方腔的6个边界为固壁;4个侧边界为电绝缘边界;上下界面为两个电极.直流电场作用在从底部电极注入的自由电荷上,从而对液体施加库伦体积力并驱动流体流动形成电对流.为了求解这一物理问题,发展了一种二阶精度的有限体积法来求解完整的控制方程,包括Navier-Stokes方程和一组简化的Maxwell方程.考虑到电荷密度方程的强对流占优特性,采用了全逆差递减格式来求解该方程,获得了准确有界的解.通过研究发现,该流动在有限振幅区内的分叉类型为亚临界,即系统存在一个线性和非线性临界值,分别对应流动的开始和终止.由于非线性临界值比线性值小,因此两个临界值之间有一个迟滞回线.与无限大域中的自由对流相比,侧壁施加的额外约束改变了流场结构,使这两个临界值均有所增大.此外,还讨论了电荷密度和速度场的空间分布特征,发现电荷密度分布中存在电荷空白区.最后对更小空间尺寸情况计算结果表明,流动的线性分叉类型为超临界.本文的结果拓展了已有的二维有限空间内电对流的研究,并为三维电对流的线性和弱非线性理论分析提供参考.