不同口径聚能装药射流引爆带壳装药数值模拟

为分析装填钝感高能炸药TATB装药壳体厚度对射流冲击引爆的影响,采用动力学有限差分程序Autodyn,建立了50 mm口径聚能装药对不同厚度钢壳体冲击引爆数值模型,模拟分析了聚能射流冲击带壳装药过程中冲击波传播和炸药反应的情况.在此基础上,开展了50 mm和75 mm口径聚能装药对覆盖有混凝土层的带壳装药冲击引爆数值模拟,模拟结果与射流冲击引爆经验判据一致,说明数值建模方法具有一定的合理性.模拟分析表明,随着被冲击装药壳体厚度的增加,炸药引爆机制由射流冲击产生的前驱波引爆转化为前驱波与冲击剪切变形共同引爆.研究结果对反导战斗部设计具有一定的参考价值.     

流体物性对空化气泡溃灭过程影响研究

文章采用VOF模型,模拟近壁面气泡在流场中的溃灭过程,研究了流体的不同物性(黏性和表面张力)对气泡溃灭过程的影响.结果表明:在近壁面,空泡将形成非对称溃灭;因水锤作用,引发高速射流在壁面产生高压而形成空蚀破坏;流体的黏度越大,气泡的溃灭周期越大,射流压强越小;空泡溃灭的周期随液体表面张力的增大而减小,射流压强随表面张力...     

射流冲击载荷对井底岩石应力场的影响

考虑三向地应力、液柱压力、孔隙压力和射流速度的影响,建立射流冲击井底岩石流固耦合模型,运用有限元及有限体积法进行求解。结果表明:井底压差越大,井底岩石最大主应力越大;射流最大冲击压力与速度平方成正比,孔隙压力在冲击面和冲击轴线上随距离增加均呈"三次抛物线"减小;射流冲击井底岩石存在明显的局部效应,射流主要影响区域在冲击面上约为2倍射流半径,在冲击轴线上约为2.5~3.5倍射流半径,与应力波理论结果相吻合。     

低度欠膨胀超音速圆盘止推气体轴承缝隙射流的数值模拟

采用SSTk-ω湍流模型,对高压圆盘气体轴承出流气体形成的低度欠膨胀超音速圆盘缝隙射流流场进行数值模拟。结果表明,低度欠膨胀超音速圆盘射流起始段1的流场波系,与低度欠膨胀超音速轴对称射流类似;起始段2中由于黏性作用逐渐深入核心区,使核心区宽度持续减小。进入亚音速基本段之后,核心区消失,射流对称面上速度持续下降,直至出现滞止区。与此同时,缝隙射流发生规则分离,两股气流偏离滞止区向两侧流动,在射流左右两侧的远场形成规则对称的两个大尺度环状漩涡。     

静水中正方形孔口浮力射流特性的研究

建立了静止环境中正方形孔口浮力射流的三维湍流模型，考虑浮力对射流的影响，采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型，给出了其数值模拟结果．为验证该数学模型和计算方法以及所得到的数值结果的正确性，对静止半无限环境中的正方形孔口的浮射流进行了试验，测量得到了各工况下轴线上的温度，试验资料与数值模拟结果的良好吻合表明该数学模型和计算方法能有效的模拟该类流动．将试验结果与已有的圆孔浮射流的轴线浓度比较发现两符合良好．同时在离射流孔口一小段距离后，数值模拟得到的不同高度位置处的温度和纵向流速等值线分布形态与圆孔浮射流的分布形态完全一致，并验证了温度和流速自相似区域的存在．     

离心力场下饱和软粘土自重固结理论的适用性条件研究

为提高土工离心模型试验结果的可靠性,在对离心模型试验装置改造的基础上,以不同离心加速度场中的饱和软粘土为研究对象,对其在不同排水条件、不同厚度下的试验结果进行分析,并与解析法和数值法的计算结果进行对比,以分析离心力场对试验结果的影响程度.研究表明,离心机模拟软粘土的固结沉降主要分为土层快速固结和土层缓慢固结,其中快速固结对总沉降量的影响主要受离心加速度大小的影响;离心加速度越大,试验结果偏离理论计算结果越大;加速度在48—71g范围内,软粘土模型厚度过大,试验结果偏离理论计算值亦有一定程度增加;离心模型试验可以对饱和软粘土的双面排水固结进行定性分析.     

顶管隧道上穿既有地铁隧道影响机制

为了研究顶管隧道上穿既有地铁隧道施工对既有隧道及周围土体的影响,以电缆隧道上跨西安地铁5号线为研究背景,基于自主设计室内顶管顶进试验装置,采用模型试验和有限元数值模拟相结合的方法研究顶管隧道上跨既有地铁隧道影响机制。试验主要对地表位移、既有隧道应变和既有隧道上方的土压力进行分析,并通过数值模拟对模型试验进行补充研究和对比验证。研究结果表明：地表位移与顶管隧道的埋置深度成反比,当新建隧道埋深小于1.5D(D为隧道直径)时,埋深对地表位移影响较大;顶管轴线两侧土体变化趋势基本对称,与顶管轴线距离越大,土体变形量越小;顶管隧道施工对既有隧道引起位移变化的影响主要集中在顶管正交于既有隧道的位置,既有隧道随着顶管隧道的顶进,逐渐呈隆起状态,并且隧道的拱腰位置隆起要早于拱顶;隧道拱顶纵向最大附加应变均发生在隧道中部即对称面位置,且离顶管隧道轴线越近,附加应变变化也越大;附加应变的变化与夹土层厚度成反比;因试验中有多种客观因素的影响,数值模拟和模型试验的结果虽在数值上有一定差异,但变化规律存在着一致性,由此进一步验证了模型试验结论的可靠性。     

矩形射流流动的大涡模拟

为探讨矩形射流中的拟序运动特征,用大涡模拟方法(LES)对三维矩形射流流动过程进行了数值模拟。统计平均的流向速度横向分布曲线在发展区某些位置上呈现"马鞍型"分布,速度峰值偏离中心轴线,与圆射流显著不同,这与已有的实验和直接数值模拟(DNS)结果吻合良好。计算结果表明,在发展区湍流脉动最强,且应力的横向分布不均匀。随着流向距离的增大,速度功率谱(PSD)曲线呈现峰值向低频移动的现象。速度的PSD分布表明:矩形射流中拟序运动主要位于射流的核心区末端和发展区,射流发展区中的拟序运动具有明显的时间准周期性。     

高环境压力下幂律流体射流液滴粒度特性试验

基于自行搭建的射流系统和定容燃烧弹系统,采用三维相位多普勒技术,实现对幂律流体圆柱射流在封闭空间内不同工况下破碎液滴粒度场分布规律的测量.结果表明,对于同一种幂律流体,在相同的喷射压力、环境压力和喷嘴结构参数下,索特平均直径(SMD)随射流轴向位置的增大而减小;在同一轴向位置,SMD基本沿径向两侧呈对称分布,越远离中心SMD越大,射流速度越大,这种对称分布现象越明显;控制其他参数相同,SMD随着射流速度的增大而逐渐变小;随着环境压力的增大,SMD逐渐减小;喷嘴其他参数相同,SMD随着喷嘴直径的减小而逐渐减小;对于不同的幂律流体,黏度越大,SMD越大.试验结果与不稳定性理论分析所给出的幂律流体射流破碎规律是一致的.     

高分子添加剂射流湍流特性的试验研究

用三维激光多普勒测速仪ＬＤＶ（ＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＶｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）对高分子添加剂淹没射流的湍流特性进行了测量。射流由直径为６ｍｍ的锥形喷嘴射出,流量为０．６９１７Ｌ／ｓ,添加剂为聚丙烯酰胺,其相对分子质量为４．２×１０６．研究了射流轴线和断面上脉动速度和湍流度的分布,以及沿射流轴线雷诺应力和方向关联系数的变化。为了探讨射流的统计特性,对偏态系数和平坦系数也进行了测量。高分子添加剂的加入,使射流轴线和断面上的轴向脉动速度有偏离正态分布的趋势     

横向效应增强型侵彻体撞击金属薄板理论模型

为了分析影响横向效应增强型侵彻体( PELE)弹壳体横向速度的因素,该文建立了其横向速度的理论分析模型.该模型基于动能定理和动量定理,考虑了PELE弹对金属薄板灵敏度的要求,结合了PELE弹作用原理及其对金属薄板的作用特点.综合考虑了装填材料及靶板材料的声阻抗、弹体的密度和泊松比、靶板密度及厚度、着靶速度、弹丸壳体的内外径比和长径比因素.结合实战用PELE弹的结构、靶板条件和速度范围,利用LS-DYNA软件进行了三维数值仿真.研究结果发现:PELE弹在壳体自身和装填材料的共同作用下,壳体的横向速度随着弹丸着靶速度和装填材料声阻抗的增大而增大,其理论分析模型计算结果与仿真结果一致性较好.     

自吸环空流体式自激振荡脉冲射流性能分析与优化

为了充分利用井底水力能量提高钻速,提出自吸环空流体式自激振荡脉冲射流钻井技术。采用大涡模拟与试验研究相结合的方法,分析自吸环空流体式自激振荡脉冲射流的调制机制及射流调制工具的结构参数对射流性能的影响。采用正交试验法进行数值模拟试验,优选射流调制工具的结构参数。结果表明:结构参数对射流性能影响显著,结构合理的吸入式自激振荡射流的性能明显优于非吸入式脉冲射流;射流调制工具出口脉冲射流速度脉动值与破岩深度之间呈显著的线性相关,脉动值越大,射流破岩效果越好。数值计算结果与试验结果吻合良好,表明所用研究方法可行。     

射流表面主流场速度与射流速度耦合减阻特性

针对射流表面流场特性,运用可拓学基本原理,建立主流场速度与射流速度耦元、耦合方式的可拓模型.利用RNG k-ε湍流模型对射流表面主流场速度与射流速度耦合情况下减阻特性进行数值模拟,研究射流表面减小黏性阻力和压差阻力的原因及对射流孔附近壁面流域边界层控制行为.研究结果表明:主流场速度越小与射流速度越大耦合情况下射流表面减阻效果最好,节能效果明显;主流场速度与射流速度耦合对边界层的控制行为表现在射流表面模型使射流孔下游流域黏性底层厚度减小,边界层厚度降低,导致壁面所受黏性阻力减小;同时形成的反向漩涡在壁面形成的反向流对仿生射流表面产生逆流向的推动作用,对压差阻力产生抑制效应.     

不同伴随流条件下的集束射流流场特性

针对不同伴随流参数条件下的集束射流和普通超音速射流流场特性进行数值模拟和试验研究。研究结果表明:伴随流气体影响喷管出口温度和压力,导致超音速主射流速度和温度出现重复波动;高温、大流量伴随流气体形成的低密度和高速环境可保护超音速射流,降低射流径向的扩展率和轴向速度的衰减速率;伴随流气体温度越高,流量越大,射流速度和温度核心段长度越长。与普通超音速射流相比,伴随流气体改变射流半速度宽度和涡量的分布;伴随流温度越高,流量越大,射流在更长的距离内保持较低的湍流强度。     

柱锥结合罩压垮过程数值模拟

为了更好地研究柱锥结合罩的成型机理,建立了带壳体柱锥结合罩战斗部药型罩压垮、形成射流的仿真计算模型,仿真研究了药型罩压垮成型过程和初始射流形成特性,并与锥型罩初始射流特性进行了对比分析.结果表明:柱锥结合罩初始射流是由圆柱部分罩材料径向压缩和沿轴线向下流动变形而形成;与形同锥角和壁厚的锥型罩相比,柱锥结合罩初始射流头部速度可提高1 km/s以上,射流质量密度更大、分布更均匀,对提高射流破甲效应极为有利.     

应力断料中裂纹扩展过程的数值模拟

从应力断料的需要出发,应用有限元软件FRANC2D/L对裂纹扩展过程进行数值模拟,分析了几何非对称试件中支撑的对称性对裂纹扩展路径的影响.研究结果表明,对于几何非对称试件,支撑对称时裂纹扩展路径在初期比较规则,后期出现偏离现象;调整两支撑的支距比,可以影响裂纹的扩展路径,支距比存在合理值,在合理值范围内,裂纹的扩展路径为沿双边V型切口的轴线方向.     

超音速射流流场湍流模型适应性研究

为了系统研究Fluent湍流模型对超音速射流的适应性状况,运用Fluent自带的5种湍流模型,对Ma=1.7的喷管进行了数值模拟,得到了不同超音速射流在轴线上距喷管出口一定距离的速度与温度分布图,并与试验测试值进行了比较。结果表明,采用标准k-ω模型和标准k-ε模型模拟时与试验结果相差较大,RNGk-ε模型、可实现k-ε模型和SSTk-ω模型的模拟结果差别不是很大。综合近场和远场与试验测试值的比较可以看出,采用SSTk-ω模型模拟的射流结果与试验测试值的吻合度最高,因此该模型最适用于Ma=1.7喷管的超音速射流模拟。研究结果可为转炉炼钢的吹氧装置设计提供参考。     

材料内虚拟分层对计算电子输运结果的影响

用Monte-Carlo方法计算虚拟界面中电子在不同目标处通过的粒子积分流量和能量沉积. 根据材料内单层多次模拟数据, 计算一次虚拟多层模拟数据的偏离程度. 结果表明, 入射电子能量越低, 虚拟多层单层厚度越薄, 层数越多, 计算结果偏离程度越大.     

桩侧注浆结石体定量表征物理模拟试验

自主研发了1套随钻跟管桩桩侧注浆物理模型试验系统,定量表征了桩侧形成的注浆结石体.得到如下结论:浆液的厚度表现出下部厚上部薄、远离出浆口位置变薄靠近注浆口位置变厚的变化规律,这与浆液的黏滞性及浆液自重造成的压力损失密切相关;以出浆口所在轴线为对称轴,两侧浆液的厚度并不是严格的对称关系,右侧浆液的厚度大于左侧浆液的厚度,这与浆液和土体的非均质性有关;单孔静压注浆时,如果未设置排气孔,则在出浆口对面的一侧空气容易被浆液密封从而导致出浆口对面一侧注浆效果较差,这充分说明了随钻跟管桩桩侧布置出气管的重要性;随着距离出浆口的水平距离越来越远,浆液的厚度也越来越小,且高程越大浆液厚度下降的速度越大;如果模型桩的直径足够大,1个注浆口就很难满足注浆的要求.     

铝药型罩环形聚能射流的数值模拟

基于一种药型罩材料为铝的环形聚能装药结构,通过Autodyn软件模拟不同起爆方式（起爆环直径D₁）和不同长径比（L/D）的装药,计算得到环形射流的成型过程和速度分布曲线.分析数值模拟结果发现:环形射流成型过程主要受长径比影响,长径比较小时射流发生内偏,长径比较大时射流发生外偏;射流轴向速度主要受长径比影响,长径比越大轴向速度越大,头部轴向速度最大相差约700 m/s;射流径向速度主要受起爆方式影响,平均径向速度最大相差为220 m/s,起爆环直径和长径比在较小或较大时,射流径向速度梯度较大;结合射流成型和速度结果,D₁=0.5D、L/D=1.0时射流综合性能较好.侵彻混凝土板试验的通孔直径为装药直径的2.6倍,数值模拟结果与试验结果误差为7.7%,验证了计算模型及算法的合理性.