空气中爆炸能量分布的计算研究

发布时间：2020-10-30 01:37

　　优化爆破质量、有效合理地对爆炸能量进行利用,其关键在于控制爆炸能量的分配。因此,爆破工作者始终关心着如何能合理地利用爆炸能量的问题,这也是爆炸理论与应用研究中的一个永恒课题。但是因为岩石种类多,本构关系非常复杂,所以对其能量分布的研究工作难度很大。本文主要基于EULER型有限差分方法的三维多物质流体弹塑性动力学计算程序MMIC-3D(Multi-Material in Cell for 3D),对较为简单的空中爆炸能量分布问题进行了模拟计算。在整个计算域中对每一时空网格节点的各能量项进行累加积分求和,追踪空中爆炸时能量的释放、转化及耗散的整个动态变化过程,定量出各时刻各类能量占炸药总能量的份额。本文的主要工作如下:1.通过对国内外空气中爆炸理论相关研究的调研,选择数值模拟的方法对空气中爆炸问题进行研究,提出了本文研究工作的思路和方法。2.阐述了三维Euler型计算爆炸程序所使用的流体力学基本方程组,说明了在程序中不同介质的状态方程,概括了三维计算爆炸程序使用的数值方法,叙述了模糊界面理论中输运方案及多物质界面处理方法。3.对无限空气和无限挡墙存在时的空气中爆炸问题进行了计算机模拟,分析了球形装药时爆轰产物在空中的扩张规律以及有挡墙存在时空气冲击波的传播规律。对比了无限空气中爆炸模拟得到的冲击波超压峰值结果与通过经验公式得到的超压结果,两者吻合较好,同时发现增大网格量(加密网格)能够使计算结果更加精确。4.对计算域中的空气和爆轰产物的能量按照内能、动能、压力势能分别计算输出,对不同介质的内能、动能、压力势能分别进行了分析,并对能量守恒关系进行了核算。对得到的结果出现能量不守恒的原因进行了分析,发现网格量的大小对数值模拟的结果精确度有较大影响,并且程序中本身采用的非守恒形式的差分格式,这也给能量的计算结果带来了一定的误差。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.221
【部分图文】：

物理量,网格,速度分量,密度

图１网格中各物理量的定义??Ｆｉｇ?１?Ｔｈｅ?ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅａｃｈ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｑｕａｎｔｉｔｙ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｇｒｉｄ??物理量的定义如图１所不，密度ｐ，Ｘ、ｙ、Ｚ方向的速度分量ｗｘ、Ｖｙ、ｗ２，??１８??

三维图,空中爆炸,计算模型,算例

本算例的计算域（空间物理长度）大小为４０ｘ２０ｘ２０ｍ，计算总步数为１００００??步，每间隔２０步存储一次计算结果。采用等步长网格离散，计算模型模型如表??６，计算模型的二维和三维图见图３。??（ａ）二维计算模型?（ｂ）三维计算模型??图３空中爆炸计算模型??Ｆｉｇ?３?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ?ｉｎ?ｔｈｅ?ａｉｒ??表６空中爆炸算例模型??Ｔａｂｌｅ?６?Ａｉｒ?ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?ｍｏｄｅｌｓ??算例编号?网格步长（ｍ）?计算域尺寸（ｍ）?网格数（万）??算例?１?０．４０?ｘ?０．４０?ｘ?０．４０?ｍ?４０?ｘ?２０?ｘ?２０?ｍ?２５??算例?２?０．２５ｘ０．２５ｘ０．２５ｍ?４０ｘ２０ｘ２０ｍ?１０２．４??算例?３?０．２０?ｘ?０．２０?ｘ?０．２０?ｍ?４０?ｘ?２０?ｘ?２０?ｍ?２００??ＴＮＴ炸药爆炸性能参数及可变指数多方气体状态方程参数的主要参数见表??７和表８：??３４??

经验公式,网格步长,爆炸场,下模