楔面角度扰动对斜爆轰结构的影响研究

为研究楔面角度扰动对斜爆轰波结构的影响,采用两步法反应模型建立了二维反应Euler方程组,在LevelSet函数中引入时间变量用于描述运动楔面边界,开展了楔面角度扰动对斜爆轰影响过程的数值模拟,仿真结果表明:楔面角度增加时,诱导区变短,突跃过渡斜爆轰演变成平滑过渡斜爆轰,斜爆轰波角度增加并向上游移动;楔面角度减小时,诱导区变长,平滑过渡斜爆轰演变成突跃过渡斜爆轰,斜爆轰波角度减小并向下游移动;演变过程包含复杂的波系变化.      

改进型WENO格式的一维爆轰波数值模拟

基于3种改进型加权本质无振荡（WENO）格式,以5阶的WENO-Z格式为参考,采用与经典WENO格式不同形式的非线性权重计算方法,对稳定、中度不稳定和高度不稳定状态下的1维爆轰波系统进行了数值模拟,克服了经典的WENO格式在计算临界点时精度降低的问题.数值实验表明,对于3种状态下的爆轰系统,基于Lagrange多项式重构的WENO-Zη格式计算稳定性好,模拟效果与WENO-Z格式较为一致,比较适合于爆轰波的数值模拟.对于稳定和中度不稳定的爆轰系统,WENO-NS格式和WENO-P格式在数值模拟中会出现小的数值振荡,但计算稳定;而对于高度不稳定爆轰系统,WENO-NS格式计算不稳定,其改进形式WENO-P格式计算稳定性较好.      

边界层对驻定斜爆轰结构和稳定性的影响

针对边界层对斜爆轰结构和稳定性的影响可能会引起驻定斜爆轰发动机性能下降的问题,通过求解包含氢气/空气基元反应模型的二维NS(navier-stocks)方程研究了黏性条件下的驻定斜爆轰的流场结构和数值扰动状态下驻定斜爆轰波的稳定性。研究发现,可燃的高超声速气流通过楔面后,形成斜激波(oblique shock wave,OSW)和薄的边界层,在斜激波后,出现主要流体参数保持不变的诱导区;在边界层内,发生等压燃烧,气体温度和水的质量分数较高;诱导区后,由于能量释放产生的爆燃波向上游传播,并发生汇聚,最终与斜激波波阵面相互作用,逐渐形成驻定的斜爆轰(oblique detonation wave,ODW)。边界层的存在缩短了诱导反应的时间,使得斜爆轰提前发生,斜爆轰角变小,三波点位置上移;但对驻定斜爆轰的主流区的影响有限。通过在斜爆轰波流场中添加数值扰动,证实了边界层存在条件下驻定斜爆轰结构是稳定的。     

气相爆轰模拟的动态存储/删除算法

针对反应流中刚性化学反应源项直接积分计算量大的问题,提出了减少计算时间的动态数据库存储/删除算法。分别在一维爆轰和二维爆轰计算中对算法进行了检验。计算结果表明,该算法既可以很好地满足计算精度要求,又减少了对计算机的内存占用。对于一维爆轰波传播,计算的加速比随数据库容量的增加而增加,其最大加速比接近6;对于二维激波聚集诱导的爆轰,数据库容量不超过1 000 MB时,计算的加速比为2.54。该文算法在处理瞬态反应流问题时具有通用性和优越性。     

BZ反应的耦合温度振荡(I)——BZ反应化学振荡的起振温度阈值

在理想恒温条件下，通过ＢＺ反应中各反应步骤活化能的分析，阐明了ＢＺ反应体系中间物浓度变量演化方程与温度的关系；根据线性稳定性分析法，确定了以温度Ｔ及模型参数ｈ（ＮａＢｒＯ３浓度为定值）为参数的ＢＺ反应振荡动力学分区，使ＢＺ反应振荡阈值的理论更加系统化．通过ＢＺ反应振荡温度阈值的研究，取得了有关振荡反应基元步骤活化能的信息     

中草药当归的B-Z振荡反应研究

研究了以当归为底物、硫酸锰为催化剂、溴酸钾作氧化剂、硫酸为介质的振荡反应新体系,测定了不同浓度和不同温度下当归的振荡反应图谱,得到了当归体系的反应诱导期、振荡周期及振荡寿命,并由此计算出振荡反应诱导期活化能(57.30 kJ/mol)和振荡周期平均活化能(89.04 kJ/mol);考察了添加物如酒精、绿茶、葡萄糖等对振荡行为的影响;在恒温条件下通过改变某种反应物浓度得到了该振荡反应的反应级数,并初步研究了该反应的反应机理.     

地铁车站抗震性能研究

结合天津地铁1号线下瓦房车站实际工程,使用ANSYS程序建立黏性边界的有限元计算模型,运用模态叠加法对地下结构-土动力相互作用系统进行分析计算,得出了地铁车站框架结构在天津波、人工波(中震)及EI波作用下的地震反应(动内力、动位移).对现行结构设计进行校核,分析了结构抗震的薄弱环节以及地震反应可能对地铁车站造成的破坏.     

初始条件影响气体非稳定爆轰波在弯管中传播特性的实验研究

对丙烷 氧气 空气的预混气体非稳定爆轰波通过圆形截面弯管时传播特性包括弯管角度以及预混气体的初始浓度和初始压力的影响因素进行了初步的实验研究 .结果表明 ,初始条件对可燃气体非稳定爆轰波经过弯管时爆轰参数有很大影响 .随着弯管角度的增加 ,弯管后非稳定爆轰波强度先增加后减小 ,弯管前非稳定爆轰波强度变化很小 ;随着预混气体的初始浓度和初始压力的增加 ,弯管前后非稳定爆轰波强度增加 .这一实验研究结果对安全使用管道阻火器具有重要的实际意义     

变截面管道中爆轰胞格演变机制的数值模拟研究

应用频散可控耗散格式和基元化学反应模型模拟了二维爆轰波在变截面管道中的传播过程;研究了由于流动压缩和膨胀的影响,近壁面区域爆轰波横波和胞格的演变规律;通过分析爆轰波后气体组分变化、化学反应速率、反应区尺度和热力学参数,探讨了两种异常爆轰波的传播机制及其化学反应、反射激波和稀疏波在这些异常爆轰波发展和胞格演化过程的作用．     

以乙醇胺和丙酮作底物的化学振荡反应的研究

对以乙醇胺和丙酮为混合底物、硫酸锰为催化剂、溴酸钾作氧化剂、硫酸为介质的化学振荡反应新体系进行了研究,描述了该体系的振荡特性,研究了各物质初始浓度、反应温度、催化剂等对振荡行为的影响．该振荡反应诱导期、周期与反应温度间的关系符合Arrhenius方程,并测得反应诱导期活化能Ein=51．64kJ／mol。周期活化能Ep=103．23kJ／mol．     

旋转爆轰发动机的有效工作直径设计

采用单步化学反应模型,忽略黏性、热传导和扩散效应等对流动的影响,对流项采用5阶WENO格式进行离散,时间步进采用3阶精度的Runge-Kutta方法,对以H₂/Air为反应混合物的旋转爆轰发动机进行二维数值模拟,研究发动机有效工作的直径范围.研究表明:旋转爆轰发动机在特定条件下的临界直径为0.51倍的轴向长度l,只有大于临界直径时发动机才能正常工作;且随着直径增大,发动机推力、比冲、爆轰波高度和传播速度逐渐增大;通过Lagrange二次插值得到发动机直径上界的近似值为2.80l;以l作为长度单位,得到旋转爆轰发动机有效工作的直径范围为:0.51 ≤ L* ≤ 2.80.      

水下爆炸作用下近岸场地动态响应数值模拟

以某近岸场地为研究背景,通过选取合理的材料本构模型及状态方程,建立水下爆炸荷载作用下近岸场地动力响应数值分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA进行近场水下爆炸荷载作用下动态响应分析。研究爆炸冲击作用下冲击波在近岸场地的传播特性以及近岸场地动态响应的变化规律。研究表明：在冲击波传播过程中,其传播特性会受到边界面的影响;炸药的起爆位置对近岸结构产生的影响较大,水中起爆对近岸结构产生的冲击要大于水底起爆。     

FAE街道爆炸的三维数值模拟与面向对象编程

采用气液两相方程,对燃料空气炸药（FAE）气液两相爆轰的爆轰波发展过程进行数值模拟,以此结果作为计算的初值,用三维有限体积TVD方法和面向对象编程技术,模拟FAE爆炸产生的冲击波在街道中的传播规律以及对建筑物的毁伤效应,计算结果表明,三维有限体积TVD方法描述了FAE爆炸冲击波的反射,绕射,传播等物理现象,在计算机模型的构造和管理中,C＋＋和面向对象编程技术体现出极高的优越性,对连续边界的处理,采用了垂直扰动法,得到了清晰的物理图像。     

半封闭空间瓦斯爆炸冲击波传播距离研究

为揭示瓦斯在强爆和弱爆情况下冲击波超压变化规律,利用一维爆炸物理模型和爆炸理论,构建了冲击波超压随距离变化的数学模型,并用一端开口的半封闭爆炸试验装置,在保持瓦斯浓度和其他条件不变,仅改变点火能量大小实现了瓦斯爆燃和爆轰,验证理论求解.结果表明:半封闭受限空间内,爆燃情况下火焰传播速度要远小于爆轰条件下火焰传播速度,爆燃火焰传播速度为亚音速,爆轰为超音速;爆轰与爆燃的冲击波超压的理论解都小于实验值,但整个传播变化趋势基本一致;极强冲击波最大超压值与传播距离成反比,极弱冲击波最大超压值与传播距离的平方根成反比;爆燃和爆轰冲击波在燃烧区内的传播变化趋势与理论解基本吻合.研究结果为防治瓦斯爆炸破坏及爆炸事故灾害勘验提供了技术和理论支持.     

含铝炸药水下爆炸特性研究

对1kg柱形某含铝炸药进行了水下5m的水池爆炸实验,并基于AUTODYN软件模拟了含铝炸药水下爆炸冲击波与气泡脉动规律,研究了非理想爆轰对冲击波与气泡特性的影响.模拟研究表明,Miller能量释放模型能够准确地反映含铝炸药的非理想爆轰过程,可准确模拟出冲击波后期压力值、气泡二次压力以及气泡的周期与半径,计算值与实验值具有较好的一致性.以此为基础研究了装药参数及起爆方式对近场冲击波压力峰值的影响,有限元模型、方法以及计算结果对相关研究和计算具有一定的参考价值.     

巷道瓦斯爆轰衰减规律及参数分析

应用爆轰理论、爆炸力学和爆轰物理学等基本理论和方法，建立了掘进巷道瓦斯爆轰的物理模型和一维不定常流动的数学关系式．目的在于利用瓦斯爆轰的波强度变化方程研究掘进巷道瓦斯爆轰的衰减规律．通过推导认为平面爆轰渡衰减迹线有渐近线，但却不能在有限距离内转变为C-J爆轰状态，而柱面和球面散心强爆轰波却可以在某个有限距离内衰减到C-J状态，文中推导了这个有限距离．另外，掘进巷道瓦斯爆轰波传播过程中，可以根据已知波前状态参数推导出能表征爆轰衰减规律的超压表达式，同时利用Hugoniot曲线对超压的衰减进行了描述，图2，参9．     

新爆轰模型及其实验验证

从理论、实验和应用三方面论证了作者提出的LADM爆轰模型（Least Action Detonation Model,LADM）.经典爆轰理论CJ模型和ZND模型（简称CJ-ZND模型）是忽略输运效应的一维层流模型.LADM模型用熵原理确定爆轰过程终点,用Hamilton原理确定从炸药到终点的真实爆轰过程,除化学反应外还考虑了输运效应和爆轰产物粒子的复杂运动.X光照片显示,爆轰波反应区后存在一个静止区域,与LADM模型的理论分析结果相符.LADM模型可以描述乳化炸药的压力分布.     

FLNG工艺区爆燃冲击强度数值分析及后果评价

CFD数值方法是目前海上浮式设施爆燃冲击研究中得到广泛运用的方法.文中以某FLNG工艺区发生爆燃事件为研究背景,基于通用CFD软件CFX对蒸气云爆炸进行数值分析,提出了基于能量释放方程模拟分析的冲击波安全评价方法,并对能量和能量释放时间两个变量对爆燃冲击强度的敏感性进行研究.该冲击波后果评价方法通过在爆心位置设立以能量大小和能量释放时间为变量的step函数,选定k-ε模型,模拟爆炸冲击获得超压数据,并结合超压伤害准则和TNO爆炸源能量和气云体积的转换关系对冲击波伤害后果进行评价.研究表明:基于CFD的能量释放方程能够很好的模拟爆炸冲击波并获得表征冲击强度的超压数据.方程中变量因素对冲击强度影响显著,特别是爆炸近场区域.提出的安全分析方法可以有效地对爆炸冲击后果进行评价.     

舱室在爆炸冲击载荷作用下的结构毁伤研究

为了研究舰船舱室在反舰导弹作用下的毁伤效果,模拟典型舱室进行数值仿真。分析了爆轰波和冲击波的破坏模式,研究了在爆炸冲击载荷作用下的舱室响应过程;同时结合材料失效原理,给出破坏准则。数值模拟结果表明:舱室是封闭空间,弹药爆炸产生的爆轰波和冲击波在舱壁面上多次反射;由于角隅部位汇聚冲击波而受到的超压作用要大于舱室壁面,所以破坏的部位首先出现在甲板中心到与围壁之间的角隅部位。舱室的主要破坏模式是沿着角隅部位开裂,最终舱室发生解体。通过模拟不同厚度的舱室结构可知,装药量一定时,舱壁越厚舱室抗爆能力越强。