爆炸流场及容器内爆流固耦合问题计算的研究.pdf

中国科学技术大学
博士学位论文
爆炸流场及容器内爆流固耦合问题计算研究
姓名:张亚军
申请学位级别:博士
专业:流体力学
指导教师:徐胜利
20070501
摘要本文研究的两个主要问题是:炸药爆炸流场和受冲击载荷作用的流固耦合学响应问题。前者涉及大压比、大密度比和多介质的流体界面追踪和界面边界条件提法,这是当前计算流体动力学的难点问题。,需要对炸药爆炸、冲击波传播和结构响应全过程进行高精度的数值求解。在此基础上,建立必要的三维计算软件平台,这就是本文研究的目标。鉴于此,本文主要内容谝徽陆樯芰吮疚难芯勘尘昂拖喙匮芯拷梗得髁吮疚闹饕D谌菁诩蛞C枋鲅芯慷韵蠹敖樯茏刺匠痰幕∩希诙轮氐憬樯苁爆源物理和几何特性以及点火、爆轰过程。爆炸产物气体膨胀与空气的界面甩方程描述。本章将高精度的界面追踪技术和内边界条件提法引入到爆源问题。数值研究的难点表现为:高温、高压爆炸气体产物的膨胀和结构的动力的载荷和计算应力、应变场。结构动力学响应计算的准确性依赖于冲击波载荷,介绍如下:、爆炸流场和结构动力学响应、界面追踪等问题所采用的控制方程,及方程的定解条件和无量纲化,这是本文数值分析的基础。用匠堂枋具有运动边界的壤炸流场,用虚功原理描述固体结构的动力学响应。爆源分别采用点爆炸模型和有限反应速率模型。前者忽略爆源和近场特性。=樯艿诙轮锌刂品匠痰氖登蠼夥椒āW韵嗨平獾某N分方程组采用四阶椒ㄇ蠼猓从Χ饶P头匠毯徒缑鎙程采用五阶格式求解,匠滩捎肞格式求解,虚功原理采用动力有限元求解,针对这些数值方法,分别考核了相关的校核算例,为下一章的数值研究奠定基础。≡癖ㄈ萜髂诒侍庾魑5湫屠樱谒恼略擞玫诙碌氖P和第三章数值方法模拟了带平板封头和带椭球封头的容器内爆流场及流固耦合问题。数值结果表明:本文较好地解决了炸药爆炸气体产物膨胀问题,为全过程的数值模拟奠定了基础。还给出了爆源点火与爆轰、爆炸流场的冲击波传播
和反射、圆柱壳的应力波传播和透射以及结构振动的计算结果。这些结果真实地反映了爆炸容器的工作过程,也与实验结果符合。本章最后讨论了计算结果的误差来源。谖逭赂霰疚闹饕=崧郏⒍钥U瓜乱徊窖芯刻岢鼋ㄒ椋关键词:爆炸流场,流固耦合,自相似解,界面捕捉,有限体积法,有限元法爆炸流场及容器内爆流固耦合问题计算研究
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表格ㄒ┓从η昂蟮腏气体状态参数ㄒ┓从Φ腖P筒问沙漏基矢量..............激波压缩及等熵波压缩对比列表........................
插图爆炸场物理量沿空间的分布:..爆炸场的变量沿空间分布:......速度分布算例芏确植憷...............俣确植憷...............嗤笨蘲与牟问植迹钌鹃们钒虬铝∞必蟠鳃鹞的的∞乩乩∞弱弘鹃的印∞吼压力分布算例密度分布算例不同时刻的压力分布.............。.不同时刻的反应度分布..............不同时刻的密度分布....,..........有限体积网格上变量定义示意图.........沽Ψ植憷...............芏鹊戎迪撸沽Φ戎迪撸#喾椒ㄇ蠼饨橹时的示意图......沽Α⑺俣群兔芏确植迹烫寮扑阃袷疽馔迹扑阃瘢俣纫皇蔽是撸灰埔皇奔淝撸铀俣纫皇奔淝撸
全过程计算爆轰波衰减部分沽Α⒚芏..............ü碳扑懔鞴恬詈喜糠沽Α⒚芏...........。..刃вασ皇奔淝撸徽穸腇分析图.....蛔钔舛说暮嵯蛭灰剖奔淝撸蛔钔舛说暮嵯蛩俣仁奔淝撸蛔钔舛说暮嵯蚣铀俣仁奔淝计算网格及特征点位置示意图....................不同时刻爆炸场的压力和壳体内等效应力分布云图........壳体等效应力云图..........................壳体中环面内侧点超压时间曲线薚外壁面特征点的周向应变时间曲线..........,......应变时间历程计算结果薚应变时间历程实验结果薚全过程计算点火生长部分沽Γ芏,..............ü碳扑悴锲迮蛘筒糠压力、密度ü碳扑阒谐⊙莼糠沽Γ芏..............ü碳扑阒谐⊙莼糠沽Α⒚芏..............ü碳扑懔鞴恬詈喜糠謑沽Α⒚芏..............谢访娲Φ难沽Γ芏仁奔淅蚕撸#智蚍馔啡萜髂诒治龅募扑隳P停萜髦谢访婺诓嗟某估非撸萜髦谢访嫔峡翘逋獗诿娴挠Ρ涫奔淝撸鞒∶.......忠┝客裼成涞南喽晕蟛睿煌断蚣用苤甘碌玫降姆瓷