一种观测药柱中爆轰波发展规律的扫描摄影方法

本文介绍一种利用扫描摄影技术研究药柱中爆轰波发展规律的方法。对不 同长度的药柱端面拍摄扫描照片,并由这组扫描照片绘制药柱中传播的爆轰波波形。     

激波聚焦诱导点火和爆轰的数值研究

以二维轴对称多组分Euler方程为基础，采用非正交结构化网格和改进的波传播算法，模拟了激波在抛物形反射壁面聚焦反射诱导点火和爆轰的过程，描述了其流场形态。讨论了预混气组成、入射激波强度及反射壁面形状对点火和爆轰的影响。结果表明，激波在抛物形反射壁面顶点处聚焦反射可形成局部高温高压区域，该区域在一定条件下可点燃预混气甚至形成爆轰，其中低稀释剂浓度的预混气、较大的入射激波Mach数和较深的反射壁面有利于可燃预混气形成爆轰。     

惰性颗粒抑爆过程的数值模拟

对高温火球诱导的爆炸及惰性颗粒的抑爆过程进行了数值研究。由于扰动特征时间 ,两相弛豫特征时间和化学平衡特征时间的差异 ,这种带激波的两相化学反应流守恒方程具有刚性。利用处理包括组元守恒方程的全耦合TVD格式和可处理方程源项的Lax Wendroff Rubin格式分别求解气相和颗粒相 ,并根据各特征时间的比值用分步法处理方程的刚性。计算结果反映了均温燃烧火球在可燃环境中形成加速火焰和激波 ,进而成长为爆轰波的过程 ,以及惰性颗粒对爆轰波的抑制过程 ,反映了激波、化学反应和惰性颗粒之间的相互作用和耦合。计算结果表明 ,仅当颗粒浓度大于某值时才能有效抑制爆轰 ,否则无论多大的颗粒散布区域 ,皆不能使爆轰波完全抑制 ,爆轰波或是在其中发展为两相爆轰波 ,或是穿越该区域后重新成长为气相爆轰。     

激波与超细堆积粉尘相互作用的流场实验显示

本文在水平激波管中研究激波与堆积粉尘的相互作用。利用带示踪粒子的X光脉冲摄影和阴影摄影,成功拍摄了反映激波作用后堆积粉尘内部波系结构的X光照片和反映入射激波阵面和波后卷扬粉尘云形状的阴影照片,进而测得与注场结构有关的特征参数。本文还对入射激波强度对流场的影响进行了实验和理论方面的研究,两者符合较好。     

Numerical investigations on dynamic process of muzzle flow

The integrative process of a quiescent projectile accelerated by high-pressure gas to shoot out at a supersonic speed and beyond the range of a precursor flow field was simulated numerically. The calculation was based on ALE equations and a second-order precision Roe method that adopted chimera grids and a dynamic mesh. From the predicted results, the coupling and interaction among the precursor flow field, propellant gas flow field and high-speed projectile were discussed in detail. The shock-vortex interaction, shockwave reflection, shock-projectile interaction with shock diffraction, and shock focus were clearly demonstrated to explain the effect on the acceleration of the projectile.     

Evolution of global enstrophy in cylinder wake controlled by Lorentz force

The Okubo-Weiss function is correlated with the fluid particle compression, deformation and vorticity, which provides a simple way to characterize different regions of a flow-field. In the present paper, it shows mathematically that the global integration of Okubo-Weiss function is always equal to zero for a two dimensional incompressible flow with no-slip boundaries. To validate the conclusion, a flow passing a circular cylinder con- trolled by the electromagnetic force is calculated numerically as an example. Distributions of global enstrophy, total squared strain and Okubo-Weiss function in the controlled flow field are discussed. The influence of Lorentz force on the distribution is analyzed.     

气相爆轰模拟的化学反应加速算法

针对反应流中刚性化学反应源项传统算法计算量大的特点,提出加速化学反应计算速度的动态数据表存储/删除算法,在二维气相爆轰的数值模拟中进行检验,研究节点删除和整体删除两种不同方式的效果,并与传统直接积分的算法进行比较.计算结果表明,该算法既可以很好地满足计算精度的要求,同时也对计算机内存没有苛刻的要求.当数据表数据容量一定时,计算的加速比随控制容差的增加而增加,在相同的容差条件下,节点删除算法比整体删除算法加速效果明显.并且在处理瞬态反应流问题时显示了很好的优越性.     

出口爆轰的外流场研究

利用内径为30mm, 长度为1000mm的爆轰管,对脉冲爆轰发动机进行研究. 爆轰管内充满氢气-氧气-氮气预混气,采用底端中心点火. 对半球形高温火团引发的氢气-氧气-氮气爆轰过程和管内、外流场分布进行轴对称数值模拟,考虑了H_2-O_2-N_2的详细化学反应动力学机理,该机理包含了19个基元反应和9种组份. 实验和计算获得的外流场阴影和数值照片,形象地描述了管外流场的变化. 数值计算结果和实验结果基本一致,根据实验和数值计算结果,详细地讨论了悬吊激波产生的动力学机理. 爆轰波溢出爆轰管后,斜压效应和Helmholtz不稳定导致涡环的产生,同时在流场中形成止于涡环的悬吊激波,涡环形状的变化又引起悬吊激波的强度、形状和位置的变化.      

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。     

氢气-空气混合物中瞬态爆轰过程的二维数值模拟

 对高温火团引发的氢气-空气混合气的瞬态爆轰过程进行了二维数值模拟,考虑了H₂-O₂-N₂的详细化学反应动力学机理,该机理包含了19个基元反应和9种组分。采用分裂格式处理带化学反应的Euler方程,其中使用全耦合的TVD格式求解流场,使用基于Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。计算结果表明：在H₂∶O₂∶N₂＝0.4∶0.4∶0.2（摩尔比）的混合气中,高温气团初始温度为T/T₀=5.3时可诱导爆轰,爆轰波以2 300 m/s的速度传播,同时爆轰波阵面在管壁会形成反射波。还对计算的爆轰波后组分的浓度和温度进行了讨论,为理解爆轰波后结构提供信息。