本文關(guān)鍵詞：爆炸問題的高精度并行數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：爆炸問題是新一代武器裝備設(shè)計(jì)研發(fā)的核心科學(xué)問題之一，，而數(shù)值模擬技術(shù)是深刻認(rèn)識(shí)爆炸現(xiàn)象本質(zhì)、研究爆炸流場(chǎng)瞬態(tài)演化以及獲取爆炸沖擊波傳播規(guī)律的有效手段。因此，重點(diǎn)發(fā)展以高精度和并行為代表的爆炸問題先進(jìn)數(shù)值模擬技術(shù)，顯著提高傳統(tǒng)數(shù)值模擬技術(shù)的精度和計(jì)算效率，對(duì)于武器裝備的數(shù)字化設(shè)計(jì)具有重要的工程應(yīng)用前景。 本文采用RGFM和Level-set相結(jié)合的物質(zhì)界面處理方法，克服了爆炸流場(chǎng)中高密度比、高壓強(qiáng)比的物質(zhì)界面容易引起數(shù)值振蕩這一瓶頸，采用五階WENO高精度有限差分格式進(jìn)行空間離散，采用三階TVD Runger-Kutta法進(jìn)行時(shí)間離散，基于Fortran語(yǔ)言編程求解Euler方程，實(shí)現(xiàn)了TNT和含鋁炸藥的空中爆炸、水下爆炸、氣泡脈動(dòng)等爆炸問題的三維高精度數(shù)值模擬。在此基礎(chǔ)上，基于MPI搭建了針對(duì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算程序的并行模塊，實(shí)現(xiàn)了三維RGFM程序的并行化設(shè)計(jì)，顯著提升了計(jì)算規(guī)模。 1）采用雙激波近似理論，建立了針對(duì)一般狀態(tài)方程的Riemann問題求解方法，在此基礎(chǔ)上求解了爆轟產(chǎn)物和空氣（水）構(gòu)成的Riemann問題，其中爆轟產(chǎn)物采用JWL狀態(tài)方程，空氣（水）采用Stiff-gas狀態(tài)方程，獲得了Riemann問題的界面壓強(qiáng)、界面速度和界面兩側(cè)密度。 2）基于MPI搭建了包覆式、可移植的并行模塊，通過數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，實(shí)現(xiàn)了任意子進(jìn)程和所有相鄰進(jìn)程的雙向數(shù)據(jù)交互。通過調(diào)用該模塊，實(shí)現(xiàn)了子進(jìn)程計(jì)算域的全包覆，滿足了RGFM方法中構(gòu)建局部Riemann問題過程對(duì)數(shù)據(jù)通信的特殊要求，實(shí)現(xiàn)了三維RGFM方法的并行化。 3）采用RGFM方法實(shí)現(xiàn)了TNT空中爆炸的三維高精度并行數(shù)值模擬，沖擊波超壓隨比例距離的衰減規(guī)律與經(jīng)驗(yàn)公式吻合較好，表明RGFM方法可以用于空中爆炸問題的數(shù)值仿真；引入了能夠描述含鋁炸藥二次能量釋放過程的Miller模型，將Miller模型和Euler方程耦合進(jìn)行統(tǒng)一求解，獲得含鋁炸藥空中爆炸的全過程數(shù)值仿真，成功獲得了含鋁炸藥沖擊波衰減較慢的規(guī)律并分析了其主要原因。 4）采用RGFM方法實(shí)現(xiàn)了TNT水下爆炸的三維高精度并行數(shù)值模擬，獲得了水下爆炸氣泡脈動(dòng)的全過程數(shù)值仿真，不同工況下氣泡半徑隨時(shí)間變化的曲線與理論模型吻合較好；研究了氣泡脈動(dòng)最大半徑及脈動(dòng)周期隨外圍水壓的變化規(guī)律，并首次采用Riemann問題接觸間斷運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)揭示了氣泡脈動(dòng)的物理本質(zhì)；開展了含鋁炸藥水下爆炸氣泡脈動(dòng)現(xiàn)象的數(shù)值仿真，通過對(duì)比分析TNT和含鋁炸藥氣泡脈動(dòng)規(guī)律的不同之處，初步分析了鋁粉燃燒對(duì)氣泡脈動(dòng)的影響。
【關(guān)鍵詞】：WENO RGFM Level-set Riemann問題 并行計(jì)算 含鋁炸藥 空中爆炸 氣泡脈動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ560.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 研究背景及意義12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 高分辨率有限差分格式研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 物質(zhì)界面追蹤研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 物質(zhì)界面處理研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本文主要工作17-18
• 第2章 數(shù)學(xué)模型及數(shù)值格式18-26
• 2.1 數(shù)學(xué)模型18-20
• 2.1.1 均質(zhì)炸藥爆炸問題的數(shù)學(xué)模型18-19
• 2.1.2 含鋁炸藥爆炸問題的數(shù)學(xué)模型19-20
• 2.2 數(shù)值格式20-25
• 2.2.1 算子分裂20-25
• 2.2.2 時(shí)間離散25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 多物質(zhì)界面處理26-45
• 3.1 LEVEL-SET 界面追蹤26-30
• 3.1.1 LEVEL-SET 函數(shù)26
• 3.1.2 LEVEL-SET 方程26-27
• 3.1.3 求解 LEVEL-SET 方程27-28
• 3.1.4 重新初始化28-30
• 3.2 通用 RIEMANN 問題求解方法30-38
• 3.2.1 RIEMANN 問題簡(jiǎn)介31-32
• 3.2.2 沖擊波-沖擊波求解方法32-38
• 3.3 RGFM 界面處理38-44
• 3.3.1 RGFM 方法概述38
• 3.3.2 RGFM 方法流程38-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 RGFM 方法并行計(jì)算45-55
• 4.1 引言45-46
• 4.2 包覆式并行計(jì)算模塊46-52
• 4.2.1 二維包覆式并行模塊47-49
• 4.2.2 三維包覆式并行模塊49-52
• 4.3 邊界進(jìn)程處理52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 空中爆炸問題的高精度并行數(shù)值模擬研究55-69
• 5.1 引言55-56
• 5.2 二維平面爆炸驗(yàn)證算例56-60
• 5.3 TNT 裝藥空中爆炸三維數(shù)值模擬60-64
• 5.3.1 計(jì)算模型60-61
• 5.3.2 計(jì)算結(jié)果及分析61-64
• 5.4 含鋁炸藥空中爆炸三維數(shù)值模擬64-67
• 5.4.1 計(jì)算模型64-65
• 5.4.2 計(jì)算結(jié)果及分析65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-69
• 第6章 水下爆炸氣泡脈動(dòng)的高精度并行數(shù)值模擬研究69-81
• 6.1 引言69-70
• 6.2 二維水下爆炸氣泡脈動(dòng)數(shù)值模擬70-72
• 6.3 TNT 水下爆炸氣泡脈動(dòng)三維數(shù)值模擬72-78
• 6.3.1 計(jì)算模型72-73
• 6.3.2 計(jì)算結(jié)果73-76
• 6.3.3 對(duì)比分析76-78
• 6.4 含鋁炸藥水下爆炸氣泡脈動(dòng)數(shù)值模擬78-80
• 6.4.1 計(jì)算模型78
• 6.4.2 計(jì)算結(jié)果及分析78-80
• 6.5 本章小結(jié)80-81
• 第7章 結(jié)論與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單89-90
• 致謝90

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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10 黃興中;王志軍;;水下爆炸氣泡脈動(dòng)的數(shù)值研究[J];爆破器材;2013年06期

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本文編號(hào)：414211