轴对称二维氢氧爆轰驱动激波管的模拟

对由前向爆轰产生驱动气体并具有局部锥形收缩截面的轴对称激波管利用两相常比热完全气体的欧拉方程组和有限体积TVD格式在局部正交的网格上进行了二维数值模拟.将消除两种介质界面处数值振荡的新方法成功地推广到二维情况.分析了该激波管的力学特性.     

曲率对旋转爆轰传播特性的影响

通过数值模拟研究了爆轰波在环形管道内传播时的胞格结构.数值模拟基于带化学反应的二维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对旋转爆轰的传播进行了数值研究.结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀.而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大.随着内外径曲率的变化,环形管道中的胞格结构发生相应的变化,且呈周期性的消失和再生.     

变截面激波管中激波运动规律的初步数值研究

利用有限差分方法求解变截面激波管中存在激波的二维流体流动问题。着重研究初始流场为静止和超音速两种情形。分析讨论所得计算结果,并和已有实验结果进行了比较。     

圆柱装药爆轰驱动的动力学模型

目的　研究圆柱装药爆轰驱动问题; 方法　在一定假设条件下建立圆柱装药爆轰驱动壳体膨胀的动力学模型和计算方法,针对算例进行计算,并对比Ｇｕｒｎｅｙ 模型计算结果和二维数值模拟结果分析其适用性;结果　得到了动力学模型; 结论　动力学模型能够反映爆轰驱动过程的本质并具有工程应用价值;     

二维激波边界层干扰的数值分析

该文利用二维可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程，采用k-ε湍流模式，运用半离散有限体积法，对捆绑火箭助推器和芯级之间的激波边界层干扰进行了二维数值模拟．数值结果表明，在激波边界层的干扰下，壁面边界层流动出现了分离和再附过程，压力和温度出现激烈变化．     

单循环脉冲爆轰发动机的数值模拟

对高温火团引发的甲烷-空气混合气体的爆轰过程及管内、外流场做了二维轴对称数值模拟,考虑了CH4-O2-N2的详细化学反应动力学机理,该机理包含了19个基元反应和14种组分。采用分裂格式处理带化学反应的Navier-Stokes方程,使用改进的波传播方法求解流场,使用基于隐式Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。模拟结果显示了爆轰波在管内的成长、稳定传播、进入喷嘴后衰减为激波以及进入外流场的全过程。还对轴线上的压力分布和封闭端的推力等进行了讨论,为脉冲爆轰发动机的开发研制提供信息。     

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。     

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．     

激波-多涡列-声场相互作用及其POD分析

采用5阶WENO格式,通过数值求解二维非定常欧拉方程,模拟了激波与四涡组成的涡列的相互作用过程.通过研究马赫数为1.05的激波与强度为0.25的多涡列相互作用,进一步揭示了激波-涡列相互作用的动力学特性以及声波的产生过程.     

T型管内爆轰流场演变的数值模拟

基于带化学反应的二维Euler方程,对2H_2/O_2/Ar系统在T型管内的传播进行了研究。用二阶附加半隐的RungeKutta法和五阶WENO格式分别离散欧拉方程的时间和空间导数项,采用9组分48步基元反应简化模型描述爆轰波分别在静止系统和流动系统中传播过程,得到了爆轰流场纹影、压力及数值胞格结构。结果表明:爆轰波进入水平管的爆轰波左右两侧发生衍射,导致爆轰波熄灭。诱导激波与上壁面碰撞反射诱导左右两侧爆轰波重新起爆,横向爆轰波阵面的小扰动进入马赫波,强度逐渐放大,最终波阵面上出现胞格结构。由于下壁面拐点附近出现爆轰"死区",下壁面爆轰波的产生比上壁面稍晚。     

环形激波和爆轰波会聚过程的气体动力学特性

首先应用修正的激波CCW关系式分析了激波和爆轰波会聚过程及其化学反应的影响, 得到了初始Mach数相同条件下激波聚焦效果比爆轰波强的定性结论. 然后求解Euler方程和基元化学反应模型对环形激波和爆轰波的会聚过程进行了数值模拟, 分析了会聚过程的气体动力学特性、波系结构的差异及其产生原因. 通过对波绕射、会聚和聚焦点附近状态参数变化的对比分析, 揭示了爆轰波化学反应在绕射和会聚不同阶段所起的作用, 验证了理论分析结果.     

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。     

超声速立方体绕流数值模拟

为了提高对超声速钝体绕流过程激波结构以及尾流变化的认识,该文利用自适应网格加密(AMR)方法与AUSMDV格式,实现了Euler方程的数值求解。对典型二维前台阶激波反射算例的验证结果显示了AMR法的优越性。将结果应用于马赫数分别为Ma=3.0,2.0时的立方体绕流数值研究,结果显示了不同超声速来流条件下立方体头部弓形激波的变化和立方体尾流涡街的发展过程。     

含强激波二维流动的高分辨率数值模拟

采用A.Harten的高分辨率总交差不增(TVD)格式,对激波反射问题和带有台阶的二维风洞中高超声速绕流问题进行了数值模拟。计算结果表明:TVD格式比传统的数值格式如Godunov,BBC,Muscl,及PPM等有较高的激波分辨率,且伪振荡小。     

二维非结构网格的一个TVD型有限体积方法

文章将有关文献提出的有限差分算法应用到有限体积方法中,在无结构任意三角形网格上建立了一种守恒型有限体积的高分辨率算法,该方法简单易行,应用改进后的算法到二维浅水波方程的求解上,进行了二维部分溃坝、圆坝两个算例的数值模拟,模拟结果表明:改进后的算法既有较高的激波捕捉能力,又能处理界面任意复杂的计算问题。     

火焰聚心和激波聚焦诱导爆震波

对几种不同结构形式的爆震发生器进行了数值模拟,来研究激波聚焦和火焰聚心现象、气动特性及其机理。数值计算采用多组分理想气体详细的化学反应机理、二维轴对称非定常流动Navier-Stokes方程来模拟流体动力学和化学动力学过程。数值计算发现用较低的点火能量对射流火焰燃烧器中可燃混合物点火,层流火焰在狭窄管壁作用下加速,射流火焰在轴线上汇聚过程,有利于激波的加强。强激波加速火焰,在多重激波与火焰反复作用下,激波和火焰面之间出现热点,热点迅速放大并形成压力很高的过驱爆震波,而后衰减为稳定的爆震波,不同的激波聚焦腔爆震波的形成过程不同。对数值计算的结果分析得出了起爆距离和稳定爆震距离,为进一步试验提供参考。     

用爆炸波起爆癸烷云雾的两种模式

用垂直激波管研究了400μm癸烷液滴与空气混合物的爆炸波起爆。每种混合物有两个极限起爆能值,即高值Ecu,和低值Ecl。当起爆能的值高于Ecu时,观察到100%发生爆轰;而当其低于Ecl时,就不会发生爆轰。有趣的是,当起爆能水平在Ecu和Ecl之间时观察到对应于不同的起爆能水平有不同的起爆行为。如实验结果所表明的,爆轰的激发不仅是由于直接起爆,而且也由于“爆燃”到爆轰的转变。     

Level Set方法的研究与应用

本文把与四阶CWENO格式、四阶NCE（Natural Continuous Extensions）Runge-Kutta方法结合之后的Level Set方法应用到一维、二维双曲守恒律标量方程的求解。将所得的数值解与高阶激波捕捉方法所得的数值解进行比较,说明了Level Set方法能很好的处理标量双曲守恒律标量方程的激波追踪问题。     

柱状汇聚激波冲击重气柱不稳定性的数值研究

采用有限体积法结合网格自适应技术的VAS2D程序,数值研究了二维重气柱在柱状汇聚激波及其反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性发展,并比较了平面激波条件和不同汇聚角度条件下激波和界面的演化过程.气柱界面内气体为六氟化硫(SF6),环境气体为空气,柱状汇聚激波在汇聚中心形成反射激波,平面激波与右端固壁作用形成反射激波.结果表明,柱状汇聚激波及其反射激波作用下的气柱演化、界面位置变化、尺寸变化及环量变化与平面激波及其反射激波作用下的情形有着显著差别,同时,不同汇聚角度也具有一些影响,揭示了柱状汇聚激波及其反射激波作用下的界面演化机理.     

满足抑制波动原则的五阶精度紧致格式

高精度、高分辨率计算格式的研究对于准确模拟多尺度复杂流动现象具有非常重要的意义。该文采用待定系数的方法,通过推导修正方程式构造了一个满足抑制波动原则和稳定性原则的五阶精度的五点紧致格式。另外还采用了时间相关的边界处理方法,以保证边界点上也满足抑制波动原则和稳定性原则。一维激波管问题和二维平板激波反射问题的考核结果表明,该文构造的格式和边界处理方法能够有效抑制整个流场包括边界附近虚假的非物理数值波动,利用修正方程式来构造能够捕捉激波的新型紧致格式是一条发展高精度格式的可取之路。