122mm火炮炮炮口流场仿真.doc

122mm火炮炮炮口流场仿真.doc文献综述
Fluent介绍
Fluent是用于计算流体流动和传热问题的程序,含有多种传热燃烧模型以及多相流模型,可应用于从可压到不可压、从低速到高超音速、从单相流到多相流、化学反应、燃烧、气固混合等几乎所有与流体相关的领域,是目前国际上比较流行的商用CFD(计算流体力学)软件[1] 。
Fluent 在国防、航空航天、机器制造、汽车、船泊、兵器、电子、铁道、石油天然气、材料工程等方面都有着广泛的应用。采用基于完全非结构化网格的有限体积法,而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法,定常/非定常流动模拟;软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题,用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件,余下的网格变化完全由解算器自动生成[2]。FLUENT软件包含三种算法:非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法,以及丰富而先进的物理模型,使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型。从用户需求角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,Fluent 软件采用不同的离散格式和数值方法,开发了适用于各个领域的流动模拟软件,软件之间采用了统一的网络生成技术及共同的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的背景不同,因此大大方便了用户。对每一种物理问题的流动特点,有适合它的数值解法,用户可对显式或隐式差分格式进行选择,以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳[3] 。
将不同领域的计算软件组合起来成为CFD计算机软件群,软件之间可以方便地进行数值交换,并采用统一的前、后处理工具,这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动,而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上[4] 。
Fluent在兵器科学中的应用
现代战争要求火力打击的精确性,火炮作为重要的常规兵器,如何提高其打击的精度成为火炮研究的一个重要方向[5]。在火炮发射的整个过程中,弹丸出膛口时膛内残留的高温、高压、高速气体对弹丸的速度和攻角都有明显的影响,特别是对于多管火炮而言,膛口周围流场的相互作用对其发射精度将产生很大的影响[6]。因此,如何模拟弹丸出膛口时其周围的流场成为研究的重点,对提高火炮尤其是多管火炮的打击精确性具有重要的指导作用[7]。
国内的膛口流场工作起步比较晚,但国内学者针对膛口流场问题也开展了大量的研究工作[8,9]。李鸿志院士于1977年对炮口流场和炮口冲击波的分布情况及形成机理进行了研究,并探讨出了减小冲击波的途径。然后又对带炮口装置的炮口流场和冲击波的形成机理也进行了研究,得出了诸多宝贵结论[10]。尤国钊等人用二阶精度的FcT方法计算了含弹丸的膛口流场,将有限体积离散和黎曼解算器相结合,简化了计算工作,马大为实现了高阶精度数值方法在膛口流场中的应用,获得了清晰的非定常流场波系。为以后研究奠定了坚实的基础[11]。
目前对膛口流场的研究可以应用计算流体力学软件——FLUENT进行数值仿真,Fluent在兵器领域有很广泛的应用[12,13]。例如:可以进行火炮制退机内部流场数值模拟、炮膛内部燃烧过程的模拟等。膛口流出气体对弹丸的后效作用改变弹丸的速度并对弹丸飞行产生初始扰动[14]。膛口流场对弹底压力的影响规律是弹底引信设计必需的起始数据。同时炮口的冲击波对炮车周围的设备和炮手危害最大的因素