激波透过穿孔板阵列传播行为的数值模拟

发布时间：2020-07-23 16:01

【摘要】：激波在多孔介质中的传播是近年来渗透声波、声学、过滤过程、爆炸保护等领域的基础研究课题之一,激波与多孔介质相互作用的现象广泛存在于工业、军事、医学和社会生活中。随着科技、经济的发展,因隧道和廊道式结构内部激波物理行为研究具有巨大研究和实用的价值,使得这方面的研究逐渐得到国内外学者的重视,成为激波在多孔介质中传播研究的主要内容之一。本文结合实际存在的现象,对实际应用中的多孔板进行几何上的抽象简化,得到不同的几何模型,在ICEM软件中对计算域进行网格划分,在Fluent软件中进行激波与穿孔板相互作用的数值模拟。通过对激波透过穿孔板阵列的一般行为进行观察,通过改变穿孔板阵列关键流动和几何的参数,对激波与穿孔板阵列相互作用的影响进行分析,得到以下结论:(1)穿孔板M_1与M_2均存在抑制压力的作用,穿孔板M_1的影响更加明显;无论反射激波还是透射激波,均存在由非稳定的弓形激波向稳定的平面激波发展的趋势,并保持其状态继续传播。(2)孔数相同时,随着孔径的增大,穿孔板阵列前激波和气流的压力、速度逐渐减小,通过穿孔板阵列后的激波速度越快;孔径越大,穿孔板M_2后壁面上每组中点的最大压力越大。(3)孔径相同时,随着孔隙率的增大,穿孔板阵列对激波的反射强度减小,透射程度增大,激波通过穿孔板阵列后的速度增大,波后气流的速度减小,波后气流的速度到达稳定状态时所用的时间减短;随着孔隙率的增大,穿孔板M_2后壁面上每组中点的最大压力均逐渐增大。(4)穿孔板阵列的板数对激波的反射和透射影响较小,随着板数的增多,穿孔板阵列后的激波速度逐渐减小,最后一块穿孔板后壁面上中点和两侧的压力逐渐减小,每组的中点和两侧最大压力的变化幅度逐渐减小。(5)孔隙率相同时,孔数对激波在穿孔板阵列前的反射与透射影响较小;随孔数的增多,阵列后气流的压力逐渐增大,气流速度逐渐减小,穿孔板M_2后壁上每组中点的最大压力逐渐减小。(6)马赫数越大,激波穿过穿孔板阵列后衰减的幅度越大;穿孔板M_2后壁面上线z=0mm上两孔之间中点最大压力均比两侧小,而线z=y上两孔之间中点的最大压力比两侧大;随着马赫数的增大,各点的最大压力逐渐增大,每组中点与两侧的最大压力差值逐渐增大。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O354.5
【图文】：

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图 1.1 垂直激波管实验段示意图图 1.2 垂直激波管实验装置示意图，Kitagawa[26]在水平激波管实验装置中放置聚氨酯泡沫，如图 1.4数量及放置方式，观察激波管末端端壁上的压力变化，同时进行数波在传播过程中，随泡沫的数量及位置的变化衰减的程度也发生变

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对爆炸现象进行实验再现，观察抑爆层与爆炸波的相互作用，实验装置如图1.3 所示。实验结果发现，抑爆层对爆炸波的衰减作用显著；对于颗粒数量相同的抑爆层，浓度越大，爆炸波的衰减作用越明显；对于颗粒浓度相同的抑爆层，数量越多，爆炸波的衰减作用越明显。图 1.1 垂直激波管实验段示意图图 1.2 垂直激波管实验装置示意图2006 年，Kitagawa[26]在水平激波管实验装置中放置聚氨酯泡沫，如图 1.4 所示，通过改变泡沫的数量及放置方式，观察激波管末端端壁上的压力变化，同时进行数值模拟。对比发现，激波在传播过程中，随泡沫的数量及位置的变化衰减的程度也发生变化，相较于将泡沫固定在端壁上，泡沫未固定的端壁压力增长更快，最终压力更大。2008 年，郑志辉[27]通过在激波管中放置不同重量及形状的石块，模拟处隧道爆炸的现象，同时使用压力传感器观察压力的变化，研究不同长度、孔隙率的颗粒石层对激波的衰减作用，实验装置如图 1.5 所示。实验证明，颗粒石层对激波具有明显的衰减作用，通过实验数据总结出颗粒石层与激波衰减之间的关系公式。2009 年

【参考文献】