石墨对混合炸药爆轰流场影响数值模拟研究

为研究石墨颗粒对混合炸药爆轰性能及爆轰传播的影响,运用有限元分析软件建立了混合炸药二维平面细观结构模型,对不同石墨含量、粒度混合炸药的爆轰传播过程进行了数值模拟,结果表明,爆速的模拟计算结果与实验规律一致,沿着爆轰传播的方向,石墨颗粒内部压力逐渐提高,周围炸药的压力也逐渐升高,形成了特殊的爆轰流场压力分布.      

气相爆轰波在障碍物上Mach反射后流场的分析

论详细分析了气相爆轰波在斜劈上Mach反射后的流场,根据胞格结构的烟迹记录,得到了爆轰波Mach反射时三波点迹线与楔面的夹角X（也称激波角,shock-shock angle)与楔角的定量关系,依此推算出爆轰波绕射楔块时从规则反射（normal reflection)向Mach反射转变的临界角范围,论也分析了影响X角和Mach杆后压力的主要因素,该结果有助于更深入了解爆轰波的本质,也为数值模拟气相爆波在障碍物上Mach反射现象提供了可靠的对照依据。     

爆炸喷涂爆炸波参数数值计算

对爆炸喷涂燃烧室爆轰波的形成及爆轰产物热力学及动力学参数进行了数值计算．结果表明，爆炸喷涂气相爆轰系统爆轰特性主要取决于气相系统的选择和初始混合气体配比．C2H2 O2气相爆轰系统更适合于喷涂高熔点的陶瓷、金属陶瓷及纳米复合陶瓷粉体，其最优化工艺参数应该选择在零氧平衡附近．而H2 O2气相爆轰系统则适用于喷涂低熔点的金属及其合金，金属粉体的熔点越高，最优化参数越接近于零氧平衡点．     

高分辨格式在爆轰数值模拟中的应用

研究了双曲型方程高分辨格式的完全守恒型形式,对一维双曲型拉氏程序SIN作了较大的改进,初步实现了高分辨方法在爆轰数值模拟中的应用,尤其是对凝聚炸药的数值计算.算例表明:改进的格式具有激波过渡区窄,过跳与低亏小的优点.这将有助于实现爆轰反应区机理的数值模拟。     

近临界马赫数条件下楔形诱导斜爆轰数值模拟

在爆轰推进技术的有关研究中,形成稳定的爆轰波对于爆轰发动机产生稳定推力至关重要.通过理论推导确定了斜爆轰角与来流马赫数间的曲线关系,并给出临界马赫数.进一步采用一步总包反应模型,开展近临界马赫数条件下有、无黏性扩散的斜爆轰大尺度数值模拟.针对临界马赫数近CJ特征的斜爆轰,有、无黏性两种情况下的模拟结果表明,近临界马赫数条件下斜爆轰存在CJ爆轰上行现象,爆轰驻定后,具有全局波动特征.      

发动机爆震室气相化学反应机理及爆轰波性质的数值研究

爆轰波结构中存在气体动力学和化学反应的非线性强耦合作用。针对二十步基元反应模型和基于敏感性分析简化的九步反应模型,结合二维欧拉方程,采用Roe格式求解对流项、二阶迎风格式进行插值,对脉冲爆震发动机爆震室内H_2/O_2爆轰过程进行数值研究,获得了与爆轰经典CJ理论和实验结果较为一致的爆轰参数,表明采用带有化学反应的模型是可行的。通过数值分析爆轰波胞格的精细结构,得出:相比于九步基元反应模型,二十步的基元反应模型能较为准确地描述三波点的碰撞和演化,更好地解释反应区与入射激波的解耦,而与马赫干强耦合现象。基于二十步基元反应模型数值讨论了爆震室中添加惰性气体Ar对反应的稀释作用,以及气相初始压强降低对氢氧混合气体爆轰性质的影响。     

纳米SiO2-Fe2O3复合氧化物的气相爆轰制备

介绍了以氢气和空气的混合气体为爆炸源,在爆轰管内置铁片,同时以四氯化硅为前驱体,制备纳米SiO_2-Fe_2O_3复合氧化物粉末的气相爆轰合成方法;并探究了不同煅烧温度对SiO_2-Fe_2O_3复合纳米氧化物的影响。利用XRD、XRF及TEM对其组成、结构和形貌进行了分析和表征。结果表明:采用气相爆轰法可以制备出纯度高、分散性较好、颗粒形状为标准球形、平均粒径约50 nm、呈典型的层包覆式结构的纳米SiO_2-Fe_2O_3复合氧化物。并且发现随着煅烧温度的增加,纳米复合氧化物粉末分散性变好,晶粒尺寸变得更均匀。     

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.     

轴入式旋风分离器分步湍流模型的 数值模拟与试验

针对轴入式旋风分离器的气相流场,提出了一种基于RNGκ-ε模型和雷诺应力模型的分布湍流模型并进行模拟研究.首先对5种分离器模型的气相流场采用RNGκ-ε模型进行模拟.待气相场趋于稳定时,加入离散颗粒相,对气相改用雷诺应力模型模拟;根据已得到的流场对颗粒相采用随机轨道模型,分析分离器阻力与效率性能.最后将典型模型的模拟结果与试验结果进行比较,二者吻合良好.基于分步湍流模型的数值模拟方法在研究轴入式旋风分离器的气相流场是可靠的.     

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.     

Modified Non-oscillatory Central Difference Scheme for Conservation Laws

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｎｏｎｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｃｅｎｔｒａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｃｈｅｍｅｆｏｒｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｌａｗｓｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＮｅｓｓｙａｈｕａｎｄＴａｄｍｏｒ[1](ｔｈｅＮＴｓｃｈｅｍｅ)ｆｒｏｍｔｈｅｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒＬａｘＦｒｉｅｄｒｉｃｈｓ(ＬｘＦ)ｓｃｈｅｍｅ.ＩｎｔｈｅＮＴｓｃｈｅｍｅ,ｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｐｉｅｃｅｗｉｓｅｌｉｎｅａｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎｓｔｅａｄｏｆｆｉｒｓｔｏｒｄｅ…     

内弹道双一维两相流数值计算的CE/SE方法

该文将CE／SE方法从气相流拓展到两相流，构造了适合内弹道两相流动的计算格式，并将之应用于内弹道膛内双一维两相流动的数值模拟中。源项采用四阶Runge-Kutta方法进行处理：与传统的MacCormack格式相比，采用CE／SE方法对膛内两相流计算无需添加人工粘性。用该方法得出的计算结果符合实际过程，与实验结果一致，说明采用此方法进行内弹道两相流计算是可行的。     

解对流-扩散方程的时空守恒元与解元法

针对一维对流-扩散方程提出了时空守恒元与解元（CE／SE）法．α-μ格式将物理相关变量和它们的空间导数看成是独立的变量,非粘性α-μ格式是中性稳定的,即没有数值损耗,而它修改的α—ε格式,可通过ε来控制数值损耗．当数值解出现间断,α-ε格式并不能防止间断附近的摆动,而α-ε—α-β格式能有效地弥补这些不足．     

2-D viscous magnetohydrodynamics simulation of plasma armatures with the CE/SE method

A possible two-dimensional viscous magnetohydrodynamics (MHD) model is applied to investigating the plasma armature in a railgun. The space-time conservation element and solution element (CE/SE) method for solving the coupled Navier-Stokes equations and Maxwell equations was devised. The distributions of physical parameters of the plasma may thus be evaluated. The results show that extremely high pressure can always be observed ahead of the projectile, and the Lorentz force is the main propulsion. The distribution of temperature is in a good agreement with the results predicted by the law of radiation at the boundaries. Due to convection, the circulation patterns of velocity are evident in both the cases considering inviscid and viscous effect. Furthermore, the velocity and acceleration oscillate over time until a new steady state is achieved. This model efficiently captures the salient features of the physical phenomena, and contributes to further studies of MHD problems in plasma armature. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10672080)     

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。     

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。     

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。     

Mechanical behavior and microstructure evolution for extruded AZ31 sheet under side direction strain

AZ31 magnesium alloy sheets were prepared by a conventional extrusion (CE) and a novel integrated extrusion with side direction strain (SE). The microstructure characterizations, crystallographic texture and mechanical property tests were carried out and compared between the extruded Mg alloy sheets processed by CE and SE. The results indicated that the SE sheets exhibited an excellent combination of strength and ductility. To reveal the side strain effect, the finite element model was employed to investigate the effective stress and strain behavior of the AZ31 magnesium alloy sheets during CE and SE processes. It was found that the SE process was effective in weakening the stress and strain concentration. This implied that it developed an additional side direction strain through the sheet thickness during the hot extrusion. Meanwhile, the side strain shear paths could promote the local accumulation of dynamically recrystallized grains and increase the random high-angle boundaries to achieve weak (0002) basal texture. Important factors including the side strain path and extrusion parameters need to be taken into account to understand the deformation mechanism and microstructure evolution.     

有限元刚度矩阵的压缩存贮及组集

基于细胞元索引存贮方案，提出一种仅组集有限元刚度矩阵中非零元素的方法，该方法最突出的特点是计算所需内存空间与有限元网格节点和单元的编号模式无关，适于进行自适应网格细化有限元分析。针对刚度矩阵的一维压缩存贮格式，对稀疏矩阵直接解法和预处理共轭梯度法进行探讨，并编制相应的计算机程序对某地铁车辆有限元模型进行分析，计算结果与ANSYS5．7的计算结果相比相对误差不超过2％，说明提出的存贮方案和求解方法是正确、可靠的。     

磁控减肥胶囊反应机理及结构研究

针对肥胖且不宜剧烈运动人群的减肥需求,提出了一种可以在胃内完成充放气过程的磁控减肥胶囊模型。胶囊内通过酸碱盐反应使气囊充气,充气后的气囊在胃中通过占据胃内容积以达到减重的目的。该化学反应的发生由内部小磁铁控制,并且小磁铁的驱动可由外部磁体控制;在治疗结束后通过外部磁铁使气囊放气,胶囊可从消化道自然排出。结合化学实验确定了采用一水合柠檬酸饱和溶液与碳酸氢钠粉末反应的方案,并将溶液体积控制在2 mL内;通过COMSOL Multiphysics软件对磁铁模型进行有限元仿真分析,估算了胶囊外部磁铁的体积。研究结果揭示了磁控减肥胶囊的反应机理,也证明了该胶囊结构模型的可行性。