基于改进的CE/SE格式数值分析气相爆轰合成纳米TiO2颗粒的研究

将改进的时空守恒元算法（CE/SE）与一种二步反应模型相结合实现耦合并行计算,实现多元气相爆轰化学反应二维数值模拟. 数值分析结果初步表明,稳定的爆轰流场中气体的密度达到6.4 kg/m³,爆轰波速约1 580 m/s,压力和温度场约为7 MPa和2 560 K,最终获得纳米颗粒大致分布在28~35 nm之间,与实验结果吻合较好. 应用该方法可以成功地模拟气相爆轰过程的爆轰反应特性,而且能够更够准确地模拟爆轰流场纳米颗粒的生长特征.     

掘进巷道瓦斯爆炸动态数学模型及数值分析

根据爆炸力学、爆炸动力学和热力学理论,建立了瓦斯爆炸流场三维动态数学模型.通过实验和理论分析,研究了动态模型边界条件的确定方法,并采用TVD格式数值方法对三维数学模型进行了数值解析.数值分析结果表明,当燃烧区压力大到趋于爆轰状态时,爆炸及其影响区域障碍物附近的压力上升显著,速度场发生显著变化,燃烧区及非燃烧区均有障碍物的激励效应存在.     

爆炸成型杆式侵彻体对水介质间隔装甲侵彻的数值模拟

应用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的过程进行了数值模拟,并结合实验校核了数值模拟算法、模型及材料参数,使模拟结果与实验结果相吻合. 探讨了爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的规律,以及不同药型罩结构和爆轰波形对杆式侵彻体侵彻性能的影响.     

煤尘爆炸影响因素的数值模拟（英文）

文章建立了煤尘爆炸的数学物理模型和反应模型,通过采用CE/SE方法求解煤尘爆炸的两相流模型方程,数值模拟分析了初始粒径、环境压力和温度对煤尘爆炸的影响。根据压力、温度场的演化和波系图,得到了爆炸的传播规律,给出了爆炸阈值随煤尘粒径、初始压力和温度的变化趋势。另外,考虑到煤尘浓度在空间上的变化,按照一定浓度梯度设置了煤尘的分布,模拟得到了局部点火爆炸后,空间流场中冲击波传播和压力、温度衰减规律。本文研究方法和结果可为相关工程分析提供参考和技术支撑。     

不同点火因素对爆轰波传播影响的数值模拟

采用二维守恒元与求解元方法(简称CE/SE方法)对脉冲爆轰发动机汽油/空气两相爆轰内流场进行数值模拟,获得了脉冲爆轰发动机内流场的变化规律.分别研究了不同点火能量、点火位置和点火方式对燃烧转爆轰过程(简称DDT过程)的影响.计算结果表明,点火能量越大形成稳定爆轰波所需要的时间越短,即燃烧转爆轰时间和距离越短,并且当点火能量过小时则不能形成燃烧转爆轰过程;从不同位置处点火计算得出,存在一个最佳的点火位置,使得燃烧转爆轰形成距离最短,形成时间最少,文章所研究尺寸结构的脉冲爆轰发动机的最佳点火位置为距封闭端2倍管径处;通过两点点火和单点点火的计算结果比较发现,适当的多点点火可以诱导爆轰的形成,能够缩短燃烧转爆轰的时间和距离.以上研究结果可以为脉冲爆轰发动机的点火起爆及燃烧转爆轰的实验研究提供理论指导,并为发动机的结构改进提供参考.     

两级爆轰驱动装置发射弹丸的实验和数值模拟

为研究利用多级爆轰驱动发射高速爆炸成型弹丸的可行性,利用两级爆轰驱动进行发射爆炸成型弹丸的实验研究.二级爆轰驱动系统的次级被置换为成型装药,研究改变装药高度对弹丸速度的影响,并利用数值模拟对实验的结果进行比对.实验结果和数值模拟结果吻合良好.实验结果表明,二级爆轰驱动装置比传统一级成型装药能大幅提高爆炸成型弹丸的速度,具有发射大于3km/s弹丸的能力.     

微小型气液两相脉冲爆轰发动机试验研究与数值模拟

为探索微小型脉冲爆轰发动机(Small-scale pulse detonation engine,SPDE)的工作特性,采用试验和数值模拟相结合的方式对SPDE进行了研究。设计了一台内径30 mm、总长900mm的火箭式气液两相SPDE。试验以汽油为燃料,研究了在不同点火频率下SPDE的工作情况。试验结果表明,SPDE能在1040 Hz频率下多循环稳定工作,爆轰波平均压力在23 MPa之间;随着频率的提高,峰值压力和平均压力均有所降低。数值计算采用二维守恒元/求解元方法(CE/SE)模拟了爆轰波在气液两相SPDE内的传播特性,计算结果与试验结果符合较好。研究结果对SPDE的雾化、掺混以及高频率的实现具有重要意义。     

基于流固耦合算法的多孔铜爆炸压实数值模拟

本文利用LS-DYNA有限元程序及流固耦合算法,对多孔铜的爆炸压实过程进行数值模拟研究。建立了多孔铜爆炸压实的三维四分之一模型,模型只由空气、炸药和多孔铜三部分组成。炸药、空气与多孔铜的相互作用通过流固耦合算法来实现。根据得到的压力云图,对球面爆轰波和滑移爆轰的传播,多孔铜侧壁压力变化等问题进行了分析。结果表明,爆炸压实过程中多孔铜侧壁压力随滑移爆轰的向下传播而逐渐增加,当夹角增加到90度后,角度及压力不再变化,形成稳定的滑移爆轰,多孔铜侧壁压力达到最大值,约为炸药爆压的85%。     

二维平板内驻波声流对传热的影响

利用时空守恒元解元(CE/SE)算法求解二维无量纲非稳态可压缩Navier-Stokes方程,将CE/SE算法应用于二维平板内驻波声流的计算,对求解出的流场与理论近似解作对比分析,在此基础上通过对比自然对流换热来研究驻波声流对二维平板内对流换热的影响。分析结果,CE/SE算法能很好的计算出声流流场,计算得到的声流流场与理论近似解相吻合,同时得到了声流流场下的温度场。结果表明了驻波声流能明显的加快对流换热,有效的降低流场中的热量。     

时空守恒元解元方法求解模拟移动床数学模型

构建了一种简单的时空守恒元解元(CE/SE)方法用于求解模拟移动床色谱模型方程.首先将该方法用于具有分析解的间歇色谱过程,模拟结果表明该方法的计算精度明显优于直线法.然后将其用于模拟果糖葡萄糖分离过程,并与文献中的方法进行了比较,结果显示CE/SE法计算效率优于直线法和小波配置法,并且构建的CE/SE法比文献中CE/SE法具有更高的计算效率和精度.     

脉冲爆轰发动机近场爆轰噪声特性研究

为探索气液两相脉冲爆轰发动机爆轰噪声形成机理及控制方法,对雾化汽油近场爆轰噪声进行测量分析,建立理论模型并利用时空守恒元/求解元方法(CE/SE)进行数值仿真。结果表明:爆轰噪声主要由冲击噪声和射流噪声组成;冲击噪声在爆轰噪声中占主导作用,并引起爆轰噪声峰值;爆轰噪声峰值与径向距离三次方成反比;在0°、30°、45°和90°方向拟合得到的衰减系数分别为4.3×10-2、3.4×10-2、2.8×10-2和7.0×10-3;脉冲爆轰发动机近场爆轰噪声峰值指向性明显;随着角度的增大,爆轰噪声峰值逐渐降低;随着轴向距离的增加,射流噪声逐渐减小;当轴向距离小于900 mm时,射流噪声衰减速度小于冲击噪声衰减速度,当轴向距离大于1 200 mm时,射流噪声衰减速度大于冲击噪声衰减速度。     

带尾翼爆炸成形弹丸成形机理初探

爆炸成形弹丸装药采用3点起爆,运用爆轰波理论和数字模拟对3点起爆的爆轰机理和带尾翼爆炸成形弹丸的成形机理进行研究.研究结果表明：3点起爆后,爆轰波相互作用而形成超压.正是由于超压的形成,使得药型罩表面受到非均衡爆轰载荷作用,在有超压作用的药型罩的区域压合程度小,最终形成了带尾翼的爆炸成形弹丸.最后采用实验对数值模拟结果进行了验证.     

水下爆炸近场载荷的试验与数值模拟

借助于小药量水下爆炸试验及数值模拟研究了水下爆炸近场载荷及其运动特性。试验在爆炸水箱中进行,采用同时分幅扫描超高速光电系统拍摄炸药爆炸后视场600 mm×600 mm以内的冲击波及爆轰产物演化过程。使用LS-DYNA软件的ALE方法计算了水下爆炸近场冲击波、爆轰产物气体运动特性,以及冲击波峰值压力和爆轰产物气体与水介质边界压力变化特性,数值模拟结果与试验结果有很好的近似。在试验和数值模拟基础上,提出了适用于水下爆炸近场的冲击波运动、峰值压力的变化规律,并建立了爆轰产物气体初期膨胀运动规律及压力变化。     

CE/SE方法在气动噪声研究中的应用

应用时空守恒元解元方法求解二维Navier-Stokes方程,将CE/SE方法应用于气动噪声的计算中,分别对低速流动的圆柱绕流及门式空腔的近场噪声问题进行了数值模拟。分析结果,流场解很好反应了流场的形态,得到的频率及声压级(SPL)分别与其它文献结果和实验结果吻合较好。结果表明了将CE/SE方法应用于声场模拟中的可行性。     

分裂算法对准爆轰波数值模拟的影响

本文分析了数值模拟中的分裂算法的特性及其对燃烧模拟结果的影响.跟理论结果相比,分裂算法会造成系统动量的不守恒.提出了对数值结果进行修正的模型,利用该模型,模拟得到了准爆轰波.分析了准爆轰波的热力学特性,表明准爆轰波是热壅塞的,是声速附近的加热流动.模拟得到的准爆轰波特性跟实验结果吻合得很好,表明本文所讨论的物理问题及所提出的模型是准确的.     

详细化学反应模型中温度修正项特性研究

本研究主要讨论了爆轰过程中混合气体比热比的变化、详细化学反应模型中温度修正项的函数表达形式、以及活化能对化学反应动力学特性的影响.通过对传统Arrhenius定律的分析完善,提出了具有温度指数修正的总包一步爆轰计算模型.采用几个常用的爆轰计算模型,对满足化学当量比的H2/Air混合气体,开展了爆轰特性的数值模拟对比研究.计算结果表明,新提出的爆轰计算模型能够得到的胞格尺度与实验值符合良好,首次实现了爆轰波胞格尺度的定量数值模拟.论文进一步建立了总包反应模型与详细化学反应模型之间的关系,讨论了详细化学反应模型中温度修正项的物理意义.     

爆炸冲击波绕流的数值模拟研究

目的 研究二维爆炸场中爆轰产物和空气冲击波绕流的物理机制。方法 基于多物质流体的Ｅｕｌｅｒ型算法,对爆轰产物采用ＪＷＬ状态方程,自行编制了ＳＭＭＩＣ通用程序。结果 通过大量的计算工作,得到了在爆炸点周围有和无防护挡墙的二维爆炸场的初始发展过程和绕过障碍物的情况。结论 计算结果基本符合冲击波绕过防护挡墙的物理现象和规律,说明该物理模型和数值算法较为合理,并可用来进一步模拟爆炸对远场的作用效应和用于指     

玻璃微球敏化的乳化炸药数学模型

通过建立玻璃微球型乳化炸药爆轰反应数学模型,从微观力学角度分析研究了玻璃微球敏化的乳化炸药爆轰机理,理论计算了其爆轰反应区长度、爆轰反应时间以及爆压、爆热、爆速等爆炸特性参数,计算结果与实验结果能够较好地吻合.研究结果表明乳化炸药爆轰反应区宽度和爆轰反应时间随着装药密度的增加而增加,其中爆轰反应区宽度的增加是导致乳化炸药爆速不随装药密度线性增加的主要原因.     

多层预制破片战斗部数值仿真方法及起爆方式影响

为研究多层预制破片的飞散规律,对某结构多层预制破片战斗部的数值仿真方法和爆轰驱动特性进行分析.通过对比流固耦合模型、单层网格模型和小角度模型的适用性,采用侵蚀单面自动接触算法,建立合理的数值计算模型.利用LS-DYNA软件,对单点、对称两点和三点起爆方式下爆轰波传播特性、多层预制破片飞散形态、破片初速和飞散角进行计算和比较.计算结果表明,数值计算模型可以考虑多层破片之间的挤压、摩擦和翻滚效应;对称两点起爆和三点起爆可有效提高预制破片的最大初速和平均初速;起爆点数量增加,密集破片区域飞散角逐渐增大.     

爆燃动力装置内弹道多相流数值模拟

为揭示爆燃动力装置内弹道特征量在空间和时间上的变化规律,在考虑主装药和辅助装药共同作用的基础上,应用内弹道多相流数值模拟和内弹道测试试验相结合的方法开展研究。在建立爆燃动力装置物理模型的前提下,构建了爆燃动力装置混合装药内弹道多相流守恒方程及其辅助方程;采用CE/SE差分方法,对爆燃动力装置内弹道多相流数学模型进行求解,获得了爆燃动力装置起爆过程中内弹道特征量随时间的变化规律及其典型时刻的空间分布规律。开展的爆燃动力装置内弹道测试试验表明,数值模拟结果与试验结果吻合,验证了爆燃动力装置内弹道多相流数学模型的合理性和CE/SE差分解法的有效性。