不同点火方式下HMX基PBX炸药反应演化过程的特征分析

在长管强约束条件下对HMX基PBX炸药点火实验进行了数值模拟,分析了点火方式对炸药反应演化规律的影响,获得了弱冲击点火条件下炸药反应演化过程的特征图像。针对黑火药和雷管2种点火方式,分别构建了PBX炸药黑火药点燃和冲击起爆2类实验的唯象模型和数值模拟方法,通过数值模拟获得了钢管内炸药柱反应演化进程的特征图像,柱壳膨胀历程与实验结果符合较好。研究表明,不同点火方式下炸药反应演化进程存在较大差异。如果使用雷管点火,PBX炸药会在几微秒内发生爆轰反应;而使用黑火药点火,PBX炸药会在数毫秒内从缓慢燃烧转化为剧烈爆炸,但随着壳体破裂解体,管内压力骤降,抑制了反应演化向爆轰转变。黑火药点燃条件下整个反应演化过程可以分为4个主要阶段,其中管壁附近炸药柱表面燃烧传播优先于炸药柱中心基体反应,是弱冲击点火反应演化过程的重要特征之一。

一种研究双燃式(超燃)冲压发动机进气道和燃烧室冷态内流场的实验方法

采用一种研究双燃式（超燃）冲压发动机进气道和燃烧室冷态内流场的实验方法：将进气道内流场的起始截面直接与型面喷管的出口截面相连，即将进气道和燃烧室的实验模型当作风洞的试验段，观察流场和波系的变化，并采用该方法进行了实验研究。内流场的压力测量和光学流场显示结果表明，在文中所示实验状态下风洞能启动，超燃冲压发动机模型处于双燃式所要求的冷态工作状态，即燃烧室外涵道为超声速流动，燃烧室内涵道（亚燃室）为亚声速流动。

双燃式(超燃)冲压发动机中激波与边界层之间相互作用对内部流动的影响

在激波风洞中研究了激波与边界层之间相互作用对双燃式（超燃）冲压发动机进气道和燃烧室冷态内部流场的影响，实验发现在进气道中，激波与边界层之间的相互作用产生了两侧均为超声速流的滑移面。实验结果表明内涵道（亚燃室）中流动状态的变化与激波－边界层之间相互作用密切相关。

SPH方法对金属表面微射流的数值模拟

光滑粒子流体动力学(SmoothedParticleHydrodynamics)方法是一种无网格的拉氏计算方法,具有计算格式简单、易于计算大变形问题等优势。用二维SPH程序模拟了冲击加载下金属铝表面的沟槽状缺陷产生微射流的过程,得到了喷射物的总质量、最大速度和质量 速度曲线。还计算了相同深度、不同夹角的沟槽微射流,并与实验结果进行了比较。结果表明:计算得到的喷射物总质量和最大速度与实验结果符合较好,SPH方法对于估算金属表面的微射流提供了一种有效的数值模拟手段。

界面捕捉Level Set方法的(AMR)数值模拟

在流体力学方程的计算中采用高精度WENO格式,用AMR(adaptive mesh refinement)方法提高流场局部分辨率,在采用Level Set函数标定物质界面的计算中用GFM(ghost fluid method)方法进行界面处理,尝试将AMR技术与界面追踪技术相互融合并应用于数值模拟,对不同的模拟结果进行了比较.

欧拉流体力学数值方法中的界面计算(英文)

本文所提算法适用于二维和三维多介质流体力学两步欧拉数值方法中输运计算的混合网格(包括自由面网格)界面处理。在一个混合网格中,界面被近似地看作直线(二维)或平面(三维)。整个方法分为三步:(1)第一步,用混合网格周围的八个网格的介质面积份额(二维)或二十六个网格的介质体积份额(三维)确定界面的法线方向;第二步,用混合网格的本身的介质面积份额(二维)或体积份额(三维)确定界面的方程(位置);第三步,用此直线方程求出通过网格边界的流以及下一时刻网格的面积份额(二维)或体积份额(三维)。最后给出了用此方法所做的一些数值计算及与SLIC算法的比较。

用湍流模型研究Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导的湍流混合

将k-ε模型应用到存在激波的Richtmyer-Meshkov不稳定性诱导混合的研究中,采用代数关系式补充模型的封闭假设,给出了合理描述RMI特征的湍动能产生项的表达式。采用该模型对两个激波管实验进行了模拟。通过与实验和文献中的直接模拟结果比较分析,验证了所采用的模型封闭、模型常数、数值算法、程序实现是合适的。

炸药爆轰产物Jones-Wilkins-Lee状态方程不确定参数

Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程是一种不显含化学反应、由实验方法确定参数的半经验状态方程,能比较精确地描述爆轰产物的膨胀驱动做功过程.在JWL状态方程中有多个未知(不确定)参数需要确定.传统的确定JWL状态方程参数的方法是"调参数",人为因素影响较大,无法给出参数的不确定性信息.本文利用贝叶斯分析方法研究了炸药的不确定参数,该方法能够基于以往的认识、实验和模拟数据标定(calibration)不确定参数.在本文结果中,不确定参数的后验分布均值与文献结果相符合,基于参数标定结果的数值模拟90%置信区间完全包含实验数据.数值标定结果说明贝叶斯参数标定适用于确定样品炸药的JWL状态方程参数.特别是,在本文JWL状态方程参数标定过程中极大地减少了人为因素的影响.

数值模拟油井射孔器作用过程方法研究及应用

提高射孔器性能是射孔弹厂家面临的和油田用户关心的主要问题。油井聚能射孔器的作用过程涉及爆轰波的形成、传播、爆轰波与其他介质的相互作用等爆轰问题,射流的形成、延展等界面碰撞问题,射流对靶的侵彻、靶的成坑和动态响应等侵彻问题,作用过程复杂。为了研究油井聚能射孔器的作用过程和机理,降低设计成本,缩短研制周期,本文介绍了模拟石油射孔器从炸药起爆,射流形成,射流侵彻钢靶、井液、混凝土靶的整个作用过程的欧拉数值方法,包括数学模型、离散方法、相应的本构模型,以及为节省计算机时采用的计算和理论分析耦合的模拟方法,并将数值模拟结果与实验进行了比较。研究结果表明,数值模拟结果与实验结果符合的较好,说明方法是有效的和可行的。

基于多项式混沌的全局敏感度分析

回顾基于多项式混沌和方差分解的全局敏感度分析方法,针对高维数随机空间和高阶多项式混沌展开面临的"维数灾难"问题,采用回归法、稀疏网格积分及基于l1优化的稀疏重构技术(即压缩感知技术)来减少非嵌入式多项式混沌方法所需的样本配置点数目.针对几个典型响应面模型(包括Ishigami函数、Sobol函数、Corner peak函数和Morris函数)进行Sobol全局敏感度指标计算,展示多项式混沌方法在基于方差分解的全局敏感度分析中的有效性.

基于特征理论的二维无粘Lagrange流体力学有限体积法

提出一个求解二维无粘Lagrange流体力学方程的中心型有限体积方法.采用特征理论求解网格节点处的速度及压力,并利用这些物理量更新节点位置及计算网格界面通量.方法适用于结构网格与非结构网格.典型数值实验的结果表明,格式具有较好的收敛性、对称性、能量守恒性及鲁棒性,且能自然地求解多物质流动问题.

使用AMR型背景网格的并行SPH方法

在分布式并行SPH方法中根据网格范围内粒子最大光滑长度调整网格尺度的AMR(Adaptive Mesh Refinement)背景网格,确保网格内粒子的相邻粒子位于同一个网格或者相邻的同尺寸网格范围内.与统一尺寸的背景网格相比,在光滑长度空间分布不均匀和随时间变化的情况下能够应用并减小搜索量,提高计算效率.数值结果表明,基于AMR型背景网格的并行SPH方法应用到粒子光滑长度变化很大的数值计算时能有效地降低搜索复杂度.

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.

Laplacian与局部优化方法相结合的网格光滑技术

在优化方法中构造了一种新的、可以方便应用到不同维数问题的目标函数.在网格光滑数值模拟中,当Laplacian方法使网格品质下降或者产生无效网格,数次缩短移动距离仍不能使网格品质提高时,改用局部优化方法.将Laplacian方法与局部优化方法相结合,保证了所有网格品质都得到提高,同时只在少数网格内使用优化方法,可以降低计算量.数值结果表明,新的目标函数在混合网格中也能取得较好的结果.

一个新的损伤演化方程及其在层裂中的应用

采用统计细观损伤力学方法,基于延性金属断裂过程的孔洞演化机理,提出一个新的损伤演化方程,该方程在一定的条件下与由空心球体胞模型导出的损伤方程形式相同。在此基础上,将新的损伤演化方程编入一维Lagrange有限差分动力学程序,对OFHC铜的平板对称正碰撞层裂实验进行了数值模拟,计算结果与实验吻合得较好。

含强间断导热系数的三维扩散方程数值计算

针对惯性约束聚变领域需要求解的含强间断导热系数的扩散方程,借鉴各向异性导热的思想,给出了一种导热系数定义在网格节点的支撑算子改进格式。改进后的方法保留了支撑算子格式的算子相容性优点。数值算例表明,新方法可以很好地处理含强间断和强非线性的热扩散问题,计算结果保持较高的精度,适合于辐射流体力学问题的模拟。

炸药装药爆炸反应演化过程和约束影响的数值模拟

为分析弱刺激条件下炸药装药反应演化问题和约束条件对炸药爆炸反应的影响,构建了炸药爆炸反应速率增长的唯像模型,采用多介质任意拉式欧拉和流固耦合算法,实现了约束装药局部点火后缓慢燃烧反应到剧烈爆炸反应增长及其与壳体相互作用的数值模拟。基于强约束球形装药中心点火实验,数值模拟分析了约束条件对压装PBX⁃2炸药爆炸反应压力增长过程的影响,结果表明壳体强度或厚度增加,装药内反应压力的峰值也增大;随着钢壳厚度从5 mm增加到20 mm,压力峰值从163 MPa增大到1357 MPa,而且压力增长过程存在很大的差异,但随着壳体破裂解体,抑制了爆炸向爆轰反应的转变。

拉氏数值模拟中的人工粘性方法

较好的人工粘性需要满足较小的计算开销、不能去除真实具有的涡运动等条件.提出一种应用于拉氏数值模拟中基于Lew人工粘性,同时增加了限制器的人工粘性方法.可以有效减少数值模拟结果对网格的依赖;采用特征值限制器控制施加的人工粘性大小,通过限制器能够区分激波压缩和等熵压缩;方便应用在二维、三维,结构网格或者非结构网格上.

适应强扭曲网格的扩散方程时空二阶精度计算

以全局支撑算子方法为基础,通过引入面通量,构造了具有局部模板点的时空二阶精度格式。对于大变形扭曲网格,格式采用法向修正技术和合理的单元角体积计算方法,可以保持通量的精确性。算例表明该格式在非凸网格上能够精确获得线性解;在非光滑网格上可以达到时空二阶精度;能够较好地保持对称性;并适合于三维非结构网格上的求解。

SALE速度重映算法的改进

在一维交错网格上基于SALE算法的速度重映策略,提出了3种动量通量的改进算法:①采用迎风斜率加修补的SUR方法;②采用minmod斜率限制器的SM方法和③采用一种新的斜率限制器加修补的SLR方法.3种方法具有二阶守恒保界的性质,同时继承了SALE算法简单高效的特点,可以直接推广到二维情况.