基于Riemann问题的可压缩多介质流体数值模拟及在二维爆炸冲击波传播问题中的应用

发布时间：2024-03-09 20:13

　　为有效提高可压缩多介质流体数值模拟的精度和稳定性,需要准确描述界面的位置以及界面两侧介质间的相互作用。针对JWL、多项式等具有高度非线性状态方程的多种流体间的相互作用问题,提出了一种通用、高效、误差可控的Riemann问题求解方法,能有效提高物质界面上各物理量的计算精度。结合Euler坐标系下的可压缩多介质流体数值方法,建立了一套能够模拟具有高密度比、高压力比以及复杂状态方程的二维多介质流体计算体系;结合网格自适应技术,对TNT空中爆炸自由场、TNT爆炸近区冲击波反射和水下爆炸等问题进行了数值模拟,并与实测结果进行了对比。结果表明,数值计算的爆炸冲击波参数与相关实测结果一致,表明该方法可用于复杂环境下爆炸冲击波传播规律的研究。

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【部分图文】：

图1多介质流体计算模型示意图

式中:分别为每种流体的密度、速度和体积比总能;为物质界面的单位法向。1.2.1单元边界数值通量

图2一维多介质Riemann问题的波系结构

这种初始时刻的间断一般不满足Rankine-Hugoniot关系,在τ>0时会立即分解为若干满足自相似性质的接触间断、激波或中心稀疏波。当状态方程满足凸性约束时,Riemann问题的解包含左非线性波、右非线性波和中间线性退化的接触间断波,如图2所示。整个流场被分隔为左右常数初始状....

图3JWL-多项式Riemann问题

计算时间为t=8.0×10-5s。数值计算结果与参考解的对比如图3所示,对比结果表明本研究的数值方法能够准确地捕捉Riemann问题解的波系结构,且在激波和物质界面附近没有产生非物理震荡,说明本研究方法能够有效处理JWL和多项式等具有高度非线性的状态方程。4在爆炸冲击波计算中的....

图4不同距离处的冲击波峰值超压和冲量

计算得到水下爆炸不同距离处的冲击波峰值超压和冲量,并与实验结果[18]进行了对比,如图4所示,两者符合较好。下面计算一个浅水爆炸问题。计算区域为[1,1]×[1,1]m,将初始半径为0.0527m的球形TNT放置在水面下方0.2m处,在初始时刻引爆TNT炸药,计算爆炸产生的冲....

本文编号：3923881