本文關(guān)鍵詞：氣相爆轟波的反射和衍射現(xiàn)象研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：爆轟波的反射和衍射過(guò)程是爆轟波研究的基本問(wèn)題,爆轟波在很多復(fù)雜管道內(nèi)的傳播問(wèn)題都可以歸因于反射和衍射。相關(guān)的研究可以為爆轟波的應(yīng)用,包括工業(yè)可燃?xì)怏w爆炸的預(yù)防,爆轟推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和新型武器的開(kāi)發(fā)等提供研究基礎(chǔ)和理論依據(jù),在天然氣工業(yè),航空航天工程等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。由于爆轟波的傳播問(wèn)題具有強(qiáng)非線性,多尺度和物理化學(xué)強(qiáng)耦合等特性,對(duì)其進(jìn)行研究具有很大的困難。本文對(duì)這些基本的爆轟問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值研究,特別是其內(nèi)在的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。主要研究工作如下：(1)建立了描述非線性爆轟動(dòng)力力學(xué)的控制方程組和化學(xué)反應(yīng)模型,包括多組分基元反應(yīng)模型,一階段和兩階段反應(yīng)模型。對(duì)于反應(yīng)歐拉方程,采用五階精度的WENO格式對(duì)空間對(duì)流項(xiàng)進(jìn)行離散,對(duì)時(shí)間項(xiàng)采用三階精度的TVD Runge-Kutta方法進(jìn)行處理。同時(shí)針對(duì)多組分反應(yīng)歐拉方程的剛性,除了采用傳統(tǒng)的時(shí)間算子分裂方法進(jìn)行處理,重點(diǎn)改進(jìn)了附加Runge-Kutta方法來(lái)處理剛性問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了并行高精度有限差分程序。除此之外,改進(jìn)了自適應(yīng)網(wǎng)格有限體積程序AMROC,使之能夠耦合兩階段反應(yīng)模型。(2)應(yīng)用高精度WENO格式和兩步化學(xué)反應(yīng)模型對(duì)ZND爆轟波的楔面反射進(jìn)行了數(shù)值研究。計(jì)算結(jié)果表明,由于存在特征尺度,ZND爆轟波的馬赫反射過(guò)程整體上不存在自相似性。但是從馬赫反射的三波點(diǎn)軌跡線來(lái)看,在楔面頂點(diǎn)附近,早期爆轟波馬赫反射過(guò)程近似于激波的馬赫反射,即冷凍極限(frozen limit);在遠(yuǎn)場(chǎng),馬赫反射過(guò)程漸進(jìn)的趨向于自相似,這符合化學(xué)平衡極限(Equilibrium limit)。馬赫桿過(guò)驅(qū)度的變化也從另外一個(gè)方面印證了上述結(jié)論。ZND爆轟波楔面反射的極限楔角與激波楔面反射的極限楔角一致,可以用無(wú)反應(yīng)的三激波理論來(lái)預(yù)測(cè),而反應(yīng)的三激波理論則過(guò)低的預(yù)測(cè)了ZND爆轟波楔面反射的極限楔角。(3)采用網(wǎng)格自適應(yīng)并行程序AMROC和兩步化學(xué)反應(yīng)模型對(duì)胞格爆轟波的馬赫反射現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值研究,試圖澄清和解釋其中的一些特定問(wèn)題,包括胞格穩(wěn)定性對(duì)爆轟波馬赫反射的影響,爆轟波的漸進(jìn)距離與其自身特征尺度的關(guān)系以及爆轟波馬赫反射早期的發(fā)展形式等。為了能夠得到爆轟波馬赫反射在遠(yuǎn)場(chǎng)的漸進(jìn)自相似性,數(shù)值計(jì)算中對(duì)馬赫反射進(jìn)行了很長(zhǎng)距離的運(yùn)算。計(jì)算結(jié)果表明,對(duì)于穩(wěn)定胞格爆轟波而言,其馬赫反射過(guò)程本質(zhì)上與ZND爆轟波的馬赫反射是一致的,胞格不穩(wěn)定性只是造成了三波點(diǎn)軌跡線局部小振幅的波動(dòng)。在楔面頂點(diǎn)附近,爆轟波的馬赫反射過(guò)程被發(fā)現(xiàn)是自相似的,這是因?yàn)榇藭r(shí)爆轟波馬赫反射的馬赫桿是強(qiáng)過(guò)驅(qū)動(dòng)。在遠(yuǎn)場(chǎng),爆轟波馬赫反射的三波點(diǎn)軌跡線漸進(jìn)的趨向于一條直線,這說(shuō)明其重新獲得了自相似性。(4)應(yīng)用網(wǎng)格自適應(yīng)并行程序AMROC和兩步化學(xué)反應(yīng)模型對(duì)胞格爆轟波的衍射進(jìn)行了數(shù)值研究。這部分的研究側(cè)重于在數(shù)值上定量測(cè)定爆轟波的臨界管徑,包括穩(wěn)定爆轟波和不穩(wěn)定爆轟波。同時(shí)為了區(qū)別穩(wěn)定爆轟波和不穩(wěn)定爆轟波在衍射作用下不同的傳播機(jī)理,首次對(duì)其進(jìn)行了三維近似數(shù)值研究。將三維圓柱坐標(biāo)系下的爆轟波衍射問(wèn)題簡(jiǎn)化為一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題,這樣可以將三維問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維問(wèn)題,只需要在二維反應(yīng)歐拉方程的基礎(chǔ)上添加幾何源項(xiàng)即可。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,對(duì)于穩(wěn)定爆轟波而言,二維情況下的臨界管徑大約是13λ,而三維情況下的臨界直徑大約是25λ,這個(gè)數(shù)值幾乎是二維臨界管徑的2倍。對(duì)于不穩(wěn)定爆轟波,二維情況下的臨界管徑大約是4-5A。(5)采用顯隱式的附加Runge-Kutta方法和加權(quán)本質(zhì)無(wú)震蕩WENO格式以及9組分48基元反應(yīng)模型,對(duì)規(guī)則爆轟波在彎管中的傳播過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,重點(diǎn)研究了爆轟波在反射和衍射兩種不同作用下的響應(yīng)。爆轟波在光滑彎管中的傳播過(guò)程受到衍射和反射的共同作用,上壁面的衍射使得爆轟胞格增大,下壁面的反射使該區(qū)域內(nèi)胞格的尺寸減小。如果彎管段曲率半徑很大,內(nèi)側(cè)的受稀疏作用的爆轟波不會(huì)熄爆,只是變?nèi)�；如果彎管段曲率半徑很�?內(nèi)側(cè)的爆轟波在強(qiáng)稀疏波作用下會(huì)衰減,前導(dǎo)激波與反應(yīng)區(qū)解耦,最終導(dǎo)致熄爆。同時(shí)對(duì)爆轟波在圓形彎管中的傳播過(guò)程進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)了兩種不同的傳播模式。
【關(guān)鍵詞】：爆轟特性 高精度計(jì)算格式 并行計(jì)算 自適應(yīng)網(wǎng)格 楔面反射 衍射 尺度效應(yīng) 彎管爆轟 二次起爆
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O38
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-18
• 第一章 引言18-34
• 1.1 研究意義18
• 1.2 研究綜述18-31
• 1.2.1 爆轟波的結(jié)構(gòu)18-21
• 1.2.2 爆轟波的動(dòng)力學(xué)特性21-23
• 1.2.3 爆轟波的傳播機(jī)理23-24
• 1.2.4 爆轟波的反射和衍射24-31
• 1.3 研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排31-34
• 第二章 數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法34-66
• 2.1 引言34
• 2.2 反應(yīng)歐拉方程34-36
• 2.3 爆轟反應(yīng)模型36-42
• 2.3.1 基元反應(yīng)模型36-37
• 2.3.2 簡(jiǎn)化模型37-42
• 2.4 并行高精度有限差分程序42-57
• 2.4.1 WENO格式42-46
• 2.4.2 時(shí)間算子分裂算法46
• 2.4.3 隱式類(lèi)算法46-49
• 2.4.4 并行計(jì)算技術(shù)49-50
• 2.4.5 程序的驗(yàn)證50-57
• 2.5 有限體積程序AMROC57-63
• 2.5.1 近似黎曼解60-61
• 2.5.2 網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)61-63
• 2.5.3 程序的驗(yàn)證63
• 2.6 本章小結(jié)63-66
• 第三章 ZND爆轟波的楔面反射66-82
• 3.1 引言66-69
• 3.2 數(shù)值方法和計(jì)算設(shè)置69-70
• 3.3 激波的楔面反射70-72
• 3.4 ZND爆轟波楔面反射72-81
• 3.4.1 反應(yīng)的馬赫桿72-76
• 3.4.2 馬赫反射三波點(diǎn)軌跡線76-79
• 3.4.3 極限楔面角度79-81
• 3.5 本章小結(jié)81-82
• 第四章 胞格爆轟波的楔面反射82-98
• 4.1 引言82-83
• 4.2 數(shù)值模擬設(shè)置83
• 4.3 計(jì)算結(jié)果和討論83-97
• 4.4 本章小結(jié)97-98
• 第五章 爆轟波的衍射98-114
• 5.1 引言98-100
• 5.2 三維軸對(duì)稱(chēng)反應(yīng)Euler方程100-101
• 5.3 數(shù)值模擬設(shè)置101
• 5.4 計(jì)算結(jié)果和討論101-112
• 5.4.1 穩(wěn)定爆轟波的拐角衍射101-110
• 5.4.2 不穩(wěn)定爆轟波的拐角衍射110-112
• 5.5 本章小結(jié)112-114
• 第六章 爆轟波反射和衍射的相互作用114-132
• 6.1 引言114
• 6.2 貼體坐標(biāo)系下的反應(yīng)Euler方程114-116
• 6.3 數(shù)值模擬設(shè)置116-118
• 6.4 模擬結(jié)果和討論118-131
• 6.4.1 爆轟波在彎管中的數(shù)值胞格模式118-122
• 6.4.2 彎管中的反射和衍射過(guò)程122-126
• 6.4.3 爆轟波在定曲率半圓型管道和變曲率橢圓管道中的傳播規(guī)律126-131
• 6.5 本章小結(jié)131-132
• 第七章 結(jié)論132-136
• 7.1 工作總結(jié)與成果132-134
• 7.2 論文特色與創(chuàng)新134-135
• 7.3 未來(lái)工作展望135-136
• 附錄A 激波理論136-140
• A.1 二激波理論136-137
• A.2 三激波理論137-140
• 附錄B 反應(yīng)的激波理論140-142
• 附錄C 多組分基元反應(yīng)機(jī)理142-146
• 附錄D 控制方程的系數(shù)矩陣及其特征值和特征向量146-152
• D.1 直角坐標(biāo)系下反應(yīng)Euler方程的系數(shù)矩陣及其特征值和特征向量146-148
• D.2 曲線坐標(biāo)系下反應(yīng)Euler方程的系數(shù)矩陣及其特征值和特征向量148-152
• References152-162
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況162-164
• 致謝164-166
• 個(gè)人簡(jiǎn)介166

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 胡湘渝,張德良;氣相爆轟波沿胞格的動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究[J];高壓物理學(xué)報(bào);2001年03期

  本文關(guān)鍵詞：氣相爆轟波的反射和衍射現(xiàn)象研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：377939