模拟凝聚炸药爆轰的基于特征理论的高精度中心型拉氏方法
发布时间：2021-07-30 16:30
爆轰在国防科技发展与工业生产建设中占有重要地位。凝聚炸药爆轰相比气相爆轰具有更高的爆压、爆速和能量密度,且易于加工运输存储,因此得到了更广泛的应用。相应地,发展具有高置信度的模拟凝聚炸药爆轰的数值方法具有非常重要的意义。本文基于特征理论提出一种模拟凝聚炸药爆轰问题的二阶单元中心型拉氏方法。其主要思路是:在中心型拉格朗日系统及有限体积方法的框架下离散爆轰反应流动方程组,根据爆轰方程的特征性质求解离散网格节点的速度与压力,获得的网格节点物理量被用来更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量。利用特征理论得到的网格节点解形式简单,同时真正考虑了多维效应,是一维Godunov格式在多维问题中的推广。为了达到时间高阶精度,有限体积方法得到的半离散系统使用二阶半隐式龙格库塔方法求解:显式迭代求解流动控制方程组,隐式迭代求解化学反应速率方程。为了达到空间高阶精度,对计算域内的物理量进行分片线性重构,并使用限制器抑制振荡。本文在模拟凝聚炸药的爆轰过程中使用了点火成长爆轰模型,化学反应速率选用三项点火成长方程,固体炸药和气体爆轰产物使用JWL状态方程。典型算例的计算结果表明,本文构造用于模拟凝聚炸药爆...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２爆轰波阵面示意图Ｗ??将式（１．１）代入（１．２），就可以得到描述反应物与生成物的状态和爆速之间关系的??
?（１．５）??Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线可以看做是不同爆速的爆轰波作用到同一介质后所有可能状态的连线。??图１．３就是ｐ－ｖ图中的Ｒａｙｌｅｉｇｈ线和Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线。图中的曲线１是式（１．５）中反应??热ｇ?＝?〇时的冲击波Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线，由图可见爆轰波（０＞〇）的Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线位于冲击波??Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线之上。当爆轰波的初始状态相同而爆速不同时，Ｒａｙｌｅｉｇｈ线可能与Ｈｕｇｏｎｉｏｔ??曲线相交（交点为Ｋ、Ｌ点）或相切（切点为Ｍ点）。当两条线相交时，Ｋ点表示的是??强爆轰（过驱爆轰），Ｌ点表示的是弱爆轰。当两条曲线相切时，切点Ｍ表示的是ＣＪ??爆轰。在切点Ｍ处，爆轰波相对波后生成物的传播速度等于当地声速ｍ，即有??（１－６）??Ｗａ／＋ｃ：ｍ表示的是爆轰波阵面后的稀疏波波头速度。由式（１．６）可知，此时爆轰波阵??面之后的稀疏波不会传入到爆轰波的反应区内，爆轰反应释放的能量没有发生损失而是??全部用来支持爆轰波的定常传播。所以式（１．６）即为爆轰波稳定传播的ＣＪ条件
凡，＆ｐｗ，ｗ，（／＾，１＼）也叫做＼＾０１１阶１１１１１３１１１１尖点，位于冲击波的１４１１§０１１丨０１曲线上。击压缩后高速的爆轰化学反应被激发，随后化学反应持续进行。用应的进程，ｋ表示了每个计算网格内爆轰产物的质量分数：ｘ＝ｏ即未发物，表示反应完全的爆轰产物，不同的值对应不同的ＨｕｇｏｎｉｏｔＶｏｎ?Ｎｅｕｍａｎｎ尖点（Ｘ＝０）沿Ｒａｙｌｅｉｇｈ线逐渐增大，反应释放的能量到达反应的终态点Ｍ?（人＝１），化学反应热０完全释放。由此可得部曲线方程：??￣ｅ〇?＝?＾?＋?Ｘｖ（．?－?１；ａ?）?＋定常爆轰波，反应区终点Ｍ即为ＣＪ点。在反应区内随着化学反应的降，在反应区终点压力降至ＣＪ压力；ＣＪ点后是爆轰产物的等熵膨胀ｏｒ膨胀波，在这一区域压力因为等熵膨胀平缓地下降。??Ａ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体炸药爆轰的一种考虑热学非平衡的反应流动模型[J]. 李诗尧,于明. 物理学报. 2018(21)
[2]一维守恒的Lagrangian ADER格式[J]. 程军波,Eleuterio F.Toro. 计算物理. 2013(04)
[3]基于特征理论的二维可压缩流动的二阶拉氏算法[J]. 孙宇涛,贾祖朋,于明,任玉新. 计算物理. 2012(06)
[4]Lagrange坐标系下二维气动方程组的RKDG有限元方法[J]. 赵国忠,蔚喜军,张荣培. 计算物理. 2012(02)
[5]关于计算爆炸力学的进展与现状[J]. 宁建国,王猛. 力学与实践. 2012(01)
[6]基于特征理论的二维无粘Lagrange流体力学有限体积法[J]. 孙宇涛,任玉新,于明,张树道. 计算物理. 2011(01)
[7]PBX-9502炸药爆轰反应速率模型研究[J]. 陈军,曾代朋,张振宇. 高压物理学报. 2010(04)
[8]含铝炸药圆筒试验与数值模拟[J]. 韩勇,黄辉,黄毅民,卢校军. 火炸药学报. 2009(04)
[9]Lagrange分析方法及其新进展[J]. 唐志平. 力学进展. 1993(03)
博士论文
[1]跨声速压气机非定常流动及损失的数值研究[D]. 孙宇涛.清华大学 2009
硕士论文
[1]基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的中心型Lagrange方法研究[D]. 陈秋阳.中国工程物理研究院 2016
[2]钝感炸药的冲击起爆过程与超压爆轰的数值计算[D]. 潘昊.中国工程物理研究院 2005
本文编号：3311745
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２爆轰波阵面示意图Ｗ??将式（１．１）代入（１．２），就可以得到描述反应物与生成物的状态和爆速之间关系的??
?（１．５）??Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线可以看做是不同爆速的爆轰波作用到同一介质后所有可能状态的连线。??图１．３就是ｐ－ｖ图中的Ｒａｙｌｅｉｇｈ线和Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线。图中的曲线１是式（１．５）中反应??热ｇ?＝?〇时的冲击波Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线，由图可见爆轰波（０＞〇）的Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线位于冲击波??Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线之上。当爆轰波的初始状态相同而爆速不同时，Ｒａｙｌｅｉｇｈ线可能与Ｈｕｇｏｎｉｏｔ??曲线相交（交点为Ｋ、Ｌ点）或相切（切点为Ｍ点）。当两条线相交时，Ｋ点表示的是??强爆轰（过驱爆轰），Ｌ点表示的是弱爆轰。当两条曲线相切时，切点Ｍ表示的是ＣＪ??爆轰。在切点Ｍ处，爆轰波相对波后生成物的传播速度等于当地声速ｍ，即有??（１－６）??Ｗａ／＋ｃ：ｍ表示的是爆轰波阵面后的稀疏波波头速度。由式（１．６）可知，此时爆轰波阵??面之后的稀疏波不会传入到爆轰波的反应区内，爆轰反应释放的能量没有发生损失而是??全部用来支持爆轰波的定常传播。所以式（１．６）即为爆轰波稳定传播的ＣＪ条件
凡，＆ｐｗ，ｗ，（／＾，１＼）也叫做＼＾０１１阶１１１１１３１１１１尖点，位于冲击波的１４１１§０１１丨０１曲线上。击压缩后高速的爆轰化学反应被激发，随后化学反应持续进行。用应的进程，ｋ表示了每个计算网格内爆轰产物的质量分数：ｘ＝ｏ即未发物，表示反应完全的爆轰产物，不同的值对应不同的ＨｕｇｏｎｉｏｔＶｏｎ?Ｎｅｕｍａｎｎ尖点（Ｘ＝０）沿Ｒａｙｌｅｉｇｈ线逐渐增大，反应释放的能量到达反应的终态点Ｍ?（人＝１），化学反应热０完全释放。由此可得部曲线方程：??￣ｅ〇?＝?＾?＋?Ｘｖ（．?－?１；ａ?）?＋定常爆轰波，反应区终点Ｍ即为ＣＪ点。在反应区内随着化学反应的降，在反应区终点压力降至ＣＪ压力；ＣＪ点后是爆轰产物的等熵膨胀ｏｒ膨胀波，在这一区域压力因为等熵膨胀平缓地下降。??Ａ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体炸药爆轰的一种考虑热学非平衡的反应流动模型[J]. 李诗尧,于明. 物理学报. 2018(21)
[2]一维守恒的Lagrangian ADER格式[J]. 程军波,Eleuterio F.Toro. 计算物理. 2013(04)
[3]基于特征理论的二维可压缩流动的二阶拉氏算法[J]. 孙宇涛,贾祖朋,于明,任玉新. 计算物理. 2012(06)
[4]Lagrange坐标系下二维气动方程组的RKDG有限元方法[J]. 赵国忠,蔚喜军,张荣培. 计算物理. 2012(02)
[5]关于计算爆炸力学的进展与现状[J]. 宁建国,王猛. 力学与实践. 2012(01)
[6]基于特征理论的二维无粘Lagrange流体力学有限体积法[J]. 孙宇涛,任玉新,于明,张树道. 计算物理. 2011(01)
[7]PBX-9502炸药爆轰反应速率模型研究[J]. 陈军,曾代朋,张振宇. 高压物理学报. 2010(04)
[8]含铝炸药圆筒试验与数值模拟[J]. 韩勇,黄辉,黄毅民,卢校军. 火炸药学报. 2009(04)
[9]Lagrange分析方法及其新进展[J]. 唐志平. 力学进展. 1993(03)
博士论文
[1]跨声速压气机非定常流动及损失的数值研究[D]. 孙宇涛.清华大学 2009
硕士论文
[1]基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的中心型Lagrange方法研究[D]. 陈秋阳.中国工程物理研究院 2016
[2]钝感炸药的冲击起爆过程与超压爆轰的数值计算[D]. 潘昊.中国工程物理研究院 2005
本文编号：3311745
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