金属桥箔电爆炸驱动飞片过程数值模拟研究

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考虑粒子数目变化及粒子间库仑作用的高温高压等离子体状态方程描述电爆炸等离子体的形成和运动行为,采用了动网格模型描述飞片的运动.将计算结果与实验结果进行对比分析,计算得到的飞片速度值与实验值的误差小于5%,表明计算模型的准确性较好.基于该计算模型,对总面积相同的双体阵列桥箔和单体桥箔电爆炸等离子体驱动飞片过程进行了数值模拟,计算结果表明,由于阵列桥箔电爆炸过程中等离子体和冲击波的叠加汇聚作用,提高了能量转化效率,使得等离子体及冲击波流场对飞片的驱动力增加,从而提高了飞片的速度.等离子体流场对飞片表面的烧蚀厚度约为0.1μm,飞片的完整性较好.     

阵列桥箔电爆炸过程数值模拟

为提高金属桥箔电爆炸的能量利用效率,增加桥箔电爆炸等离子体作用范围,设计了金属阵列桥箔结构,采用有限元流体动力学方法对金属阵列桥箔电爆炸过程进行了数值模拟.利用相变分数和考虑电离度、粒子数目变化及粒子间库仑作用的等离子体状态方程,实现了金属导体在脉冲大电流作用下电爆炸产生等离子体及冲击波的数值模拟计算.对比分析了阵列桥箔在有加速膛通道和无加速膛自由场两种情况下的电爆炸等离子体流场特征及演化规律.计算结果表明,两种情况下等离子体束在叠加汇聚区压力较高,在无加速膛自由场中电爆炸初始冲击波速度和等离子体射流传播速度都较高;在有加速膛情况下,由于气体粘性作用,管壁附近存在一个高压低速边界层,加速膛通道内冲击结构较为复杂.     

冲击起爆单元中飞片参数的数值模拟

为了研究飞片参数对飞片冲击起爆的影响规律,采用Lee-Tarver点火增长模型对不同材料飞片的厚度、直径冲击起爆HNS-Ⅳ炸药进行数值模拟研究,分析不同飞片参数对起爆阈值的影响.结果表明,对于直径为Φ1.57 mm×25 μm的飞片,聚酰亚胺的冲击起爆动能低于玻璃和陶瓷材料,是目前冲击起爆装置低能化设计较为理想的材料.飞片参数研究表明,在25~145 μm厚度范围内,冲击起爆炸药的飞片阈值速度随着飞片厚度的不断增大而降低,当飞片的厚度大于145 μm,飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的阈值速度无明显变化.当飞片直径为1.02~1.57 mm,飞片阈值速度随着飞片直径的增加逐渐降低,当飞片直径超过1.57 mm时,飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的阈值速度趋于一个定值.     

电爆炸箔起爆系统初始电感的计算模型

回路电感作为电爆炸箔起爆系统（exploding foil initiation system简称EFIS）的重要参数,掌握其规律是将系统进一步上型化的基础,给出了电爆炸箔起爆回路的简化模型,提出了简化推导的3个假设条件,利用拉氏变换推导并验证了利用放电电流曲线确定电爆炸箔起爆系统初始电感的测算公式,利用Quantic的实验曲线验算了该公式结果表明测算公式是准确的,为EFIS进一步小型化提供了设计工具。     

无约束云雾产生爆炸场的数值模拟

无约束云雾爆炸具有两个特点：（１）有限的能量释放速率；（２）与爆源的能量密度Ｑ＿ｆ有关。该文在欧拉坐标系下，以能量波模型，选用了近年计算冲击波较好的ＴＶＤ格式，对无约束云雾爆炸场进行了数值模拟，计算过程中，对Ｌｕｃｋｒｉｔｚ的能量波模型进行了改进。该文选用的能量波模型具有简单、物理含义清楚且能反映无约束云雾爆炸的特点。     

多元炸药装药冲击起爆的数值模拟

对多元炸药装药的冲击起爆过程进行了数值模拟研究,得到了改变炸药装药层叠顺序后的压力时程曲线．通过分析比较发现：当起爆过程从高爆速炸药传入低爆速炸药时,压力波形过渡平稳,在低爆速炸药到达CJ点时会出现短暂的超压爆轰现象;当起爆过程从低爆速炸药传入高爆速炸药时,会出现回爆现象,压力波形出现双峰,这对于被驱动系统的二次加载是有价值的．     

金属桥箔电爆炸冲击波特性研究

为研究金属桥箔电爆炸冲击波流场特征,根据冲击波运动自相似性,采用点爆炸模型描述了金属桥箔电爆炸冲击波的流场演化,建立了金属桥箔电爆炸后冲击波波阵面参数的理论计算方法. 给出了冲击波速度、压力、传播距离和粒子速度随时间的变化规律,将计算得到的冲击波传播距离和速度与实验结果进行了对比分析,计算结果与实验结果相符合.     

爆炸焊接生成波状界面的数值模拟

波状界面是爆炸焊接的一个重要特征，利用弹塑性材料的二维有限差分方法模拟爆炸焊接中的波状界面结合过程。研究表明波状界面和涡街是由界面处的剪力流速度分布和周期性扰动所造成的。对波状界面的涡流参数值进行了定量分析，得出波状界面的波高和波长比与涡流状区域中心的纵间距和横间距比分别接近于常数0．3和0．22的结论。数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

水下爆炸冲击波压力时程的数值模拟

运用LS-DYNA程序对水下爆炸冲击波进行了数值模拟研究.首先模拟了半无限水域下的爆炸冲击波的形成以及气泡运动规律,分析了爆炸波的压力时程曲线.在此基础上,进一步讨论了水下爆炸冲击波与水中结构相互作用的问题,该分析结果可为类似水下爆炸工程实践提供参考.     

基于FLACS的隧道汽油爆炸数值模拟

应用Gexcon Flacs软件建立隧道爆炸模型,对3 m3汽油在某隧道内爆炸进行数值模拟,分析爆炸过程中温度、O2、燃料浓度以及压力场的分布情况.结果显示:t=0.188 s时,沿隧道长度方向y=7.4 m截面内隧道两侧为最危险区域,起始爆炸点及其周围一定区域最高温度可达1 093℃; t=0.809 s时,地面到其上方1.5 m区域为危险区域.     

蒸气爆炸过程中压力波冲击气泡现象的数值模拟

为了进行高温金属铝液与水相互作用产生蒸气爆炸过程中压力波冲击气泡现象的机理研究,采用用Euler坐标下Level set方法追踪界面研究压力波对水下气泡的冲击过程,通过数值模拟可以清楚地看到压力波对水中气泡的冲击过程,并分别对气泡和压力波的不同初始压力条件下的作用过程进行数值模拟. 研究结果表明,气泡破裂后各观测点的最大压力随着气泡内部初始压力的增加呈线性递减;随着入射平面压力波压力载荷的降低,气泡破裂后各观测点的最大压力不断递减.      

空间电荷分布产生电场的数值模拟

该文利用辛普生算法数值求解场强迭加积分和利用有限差分算法数值求解二维泊松方程 ,求解等离子体截面上由于空间电荷分布所产生的电场 ,并对径向电场的分布情况进行研究 .通过有限差分算法的比较 ,表明数值求解场强迭加积分的可靠性 .在复杂区域的场强计算中 ,场强迭加法具有很大的优越性     

球形封闭容器中铝粉爆炸的数值模拟

该文采用均匀两相流模型,对20升球形封闭容器中铝粉爆炸特性作了数值模拟,并对一些爆炸参数:压力、温度、密度和质点速度等进行了分析与讨论,计算结果与实验值符合较好。     

管道中瓦斯爆炸过程的数值模拟

利用AutoReaGas软件对封闭的长直管道内瓦斯爆炸进行了数值模拟,研究了瓦斯的浓度对爆炸超压影响的规律. 在此基础上,进一步研究了障碍物个数和阻塞比对瓦斯爆炸超压和火焰传播速度的影响. 数值结果表明,在无障碍物的管道中,当瓦斯浓度为化学当量浓度时,爆炸超压值最大;在带有障碍物的管道中,火焰速度值随着障碍物数量的增加先增大后减小;当障碍物个数一定时,最大爆炸超压和火焰速度随阻塞比增大而增加.     

抗爆门冲击动力响应的数值模拟研究

对应用于石化、核电、军事等行业的抗爆门开展动力学响应数值模拟研究.以DBD-AD150*240型抗爆门作为研究对象,进行爆炸冲击波作用下的动力学相应分析.研究在不同抗爆等级条件下,抗爆门的应力、应变能否满足抗爆要求,明确抗爆门的抗爆等级.结合三明治复合管结构的冲击吸能方式,对抗爆门抗爆能力进行改善.通过数值模拟研究,明确了所研究抗爆门的抗爆等级.确认在抗爆门上采用三明治复合管结构的情况下,抗爆门的抗爆能力可以得到明显增强.     

密闭腔室内爆炸效应的数值模拟

为研究密闭腔室内爆炸效应的特性,采用有限元计算方法,对某密闭腔室内中心装药爆炸后流场的产生、传播和壳体动态响应全过程进行了数值研究. 从物理建模、网格划分、求解文件建立和计算结果分析等几个方面进行了较为详细的论述. 计算结果给出了密闭腔室内自由场几个观察点的压力时程曲线、腔室壁面上几个观察点的爆炸载荷压力曲线. 研究结果可以为公共场所等大型建筑物内爆炸效应研究以及结构强度设计提供理论依据.     

甲烷-空气预混气体泄爆过程的数值模拟与实验验证

通过求解带化学反应的Euler方程，对甲烷-空气预混气体泄爆过程进行了数值模拟。采用分裂格式处理方程，其中采用二阶TVD格式求解流场，采用基于Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。计算结果显示在外流场中出现了破膜激波和第二道激波。破膜激波逐渐衰退，第二道激波经历了由增强到衰退的过程。计算结果与实验结果在定性上是一致的。     

单个装药浅层水中沉底爆炸的数值模拟

采用ＡＬＥ算法,对单个装药浅层水中沉底爆炸进行了数值模拟。计算结果与实测结果较好地吻合。根据数值计算结果,分析了爆炸流场中冲击波传播规律;给出了不同时刻水中压力等值面分布,空间不同点压力时程曲线;分析了水底,水面对水中爆炸冲击波传播及对流场压力变化规律的影响。获得了浅层水中爆炸流场参量分布与变化规律的初步认识。     

密闭巷道内瓦斯爆炸超压场的数值模拟研究

应用计算流体动力学软件AutoreaGas定量研究了截面为3 m×3 m、长25 m的一段密闭巷道中瓦斯爆炸超压场. 通过数值模拟手段分析了障碍物的形状和大小对密闭巷道中瓦斯爆炸超压的影响,确定了形成最大爆炸超压时巷道内的最佳阻塞比,并在最佳阻塞比的障碍物填装条件下,研究了不同瓦斯浓度对爆炸超压的影响. 结果表明,瓦斯空气混合物爆炸超压随着阻塞比的增大呈现先增大后减小的趋势,在7.5%、8.5%、9.5%、10.5%、11.5% 5种瓦斯浓度下,爆炸超压随着浓度的增大呈现先增大后减小的趋势,当阻塞比为26.6%时,爆炸超压在9.5%时达到峰值.