撞击流反应器内幂律流体流动特性的数值模拟

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明：幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。     

三种类型战斗部破片飞散的数值模拟

为了得到可变形战斗部的整体性能,用有限元动力学程序LS-DYNA模拟了相同结构口径、相同装药类型的可变形战斗部、偏心起爆和传统周向均匀战斗部的飞散过程,得到三种结构战斗部沿目标方位角和破片飞散角内的破片空间和速度分布.结果表明,在给定毁伤目标范围内(-30°～30°),与传统周向均匀战斗部相比,偏心多点起爆战斗部的平均速度增益为124.6%,密度增益为103.5%;可变形战斗部的平均密度增益为175.9%,平均速度增益为110.2%.可变形战斗部对目标的整体毁伤性能优于偏心起爆战斗部.     

不同炸药的爆炸载荷对目标靶板作用的数值模拟

为研究爆炸载荷结构与目标响应的关系,对钝化RDX和含铝炸药DHL进行了静爆试验,获得了作用在目标靶板上的超压、冲量的实测数据,并与TNT静爆试验结果进行了对比.以实测RDX和DHL的超压曲线作为初始参数,通过数值模拟研究了目标靶板在不同爆炸载荷作用下的动力学响应.结果表明,在钝化RDX和DHL爆炸载荷的作用下,目标板中心处的初始等效应力、位移几乎相同;目标板初期的动力学响应与爆炸载荷的强度有关,载荷越强目标的应力越大;而目标板的主体响应是由载荷强度和冲量共同影响的.     

单侧加热方形通道内超临界水传热研究

数值模拟了辅助冷却剂超临界水在单侧加热方形通道中的流动传热特性,从边界层厚度与近壁区湍动能两方面阐述传热恶化产生和恢复的机理。研究了不同工况（压力、入口温度、热通量、质量流量、流动方向和管径）下超临界流体常用传热关联式的适用性,发现Fan关联式预测精度较高。采用PEC因子对不同强化传热结构（双通道和凹槽）进行评价,发现上下双通道PEC因子普遍小于1,综合强化换热效果不佳,而偏下游的非对称倒角凹槽结构PEC因子为1.13~1.51,不同工况下均为最大值。场协同原理分析也证明偏下游的非对称倒角凹槽结构具有最佳的综合换热性能。     

Numerical investigation of turbulent non-premixed combustion of a wood pyrolysis gas

A fully compressible database of turbulent non-premixed flames of a wood pyrolysis gas is developed by means of direct numerical simulation (DNS). A reduced kinetic mechanism is used to model the combustion of a pyrolysis gas-air mixture. The instantaneous flame surface density evolution equation based on the concept of a displacement speed is examined. The normal component of the displacement speed is nearly constant with respect to curvature, while the curvature-related component tries to restore the flame front to a planar shape. The strain-rate term is mainly a source as the flame is mostly extended. The normal displacement is responsible for both positive and negative contributions to the flame area. The displacement/curvature term is primarily a sink, since it is dominated by its curvature component. Effects of strain and curvature are analyzed by considering their correlations with reaction rates. Reaction rates are enhanced with increased positive strain rates owing to an increase in the flame surface area and to a decrease in curvature. The analyzed results aid in the development of turbulent combustion models. Finally, a new model for a mean variance of the scalar dissipation rate, based on a scale similarity approach, is proposed and examined. A comparison with DNS results shows that the proposed model provides a significant improvement over existing models. __________ Translated from Fizika Goreniya i Vzryva, Vol. 43, No. 3, pp. 15–34, May–June, 2007.     

爆炸反应装甲驱动飞板运动的数值模拟

根据夹层装药爆轰产物驱动飞板运动的物理过程,建立了飞板运动的简化计算模型.用三维有限元程序(LS-DYNA3D)对飞板运动过程进行了数值模拟,得出上飞板速度随时间的变化规律,分析了炸药爆速、下飞板厚度对上飞板运动规律的影响.结果表明,采用爆速较高的高能混合炸药,或适当提高下飞板厚度,可以明显提高上飞板的飞散速度.     

高压水射流撞击推进剂壁面稳态流场的数值模拟

针对固体推进剂装药销毁和破碎工程的实际需求,采用N-S控制方程和标准k-ε湍流模型,基于FLUENT商用软件数值模拟了高压水射流撞击固体推进剂壁面的稳态流场。计算结果显示,喷嘴出口直径、靶距和射流攻角对射流轴向速度、壁面压力均有显著影响;在射流压力为50M Pa时,自由射流等速核区长约34mm,其直径小于喷嘴出口直径,说明射流受到空气的干扰,外围液态水发生了汽化。     

相变材料步冷过程模拟分析

大部分的相变材料都具有一定的过冷度,这限制了相变材料的广泛应用。充分了解相变材料在凝固过程中的温度变化情况对于相变材料性能分析具有重要意义。基于集中参数法和等效比热容法建立了相变材料步冷过程温度变化模型,并通过实验验证了该模型。同时运用模型研究了相变材料过冷度与有效潜热值对其凝固过程中温度变化的影响并得出结论：相变材料开始凝固的时间与相变持续时间均与其过冷度呈指数关系;相变材料开始凝固的时间随着过冷度的增大而增长,相变持续时间随着过冷度的增大而缩短;相变材料开始凝固的时间与其有效潜热大小没有关系,而相变持续时间与其有效潜热值呈明显的线性正比关系。     

破片撞击起爆屏蔽B炸药的数值模拟和实验

用工程理论计算、数值模拟和实验验证方法研究了小破片和杆破片撞击起爆屏蔽（屏蔽板为6mm厚钢板）B炸药的速度阈值。结果表明。对于小破片,3种方法计算出的屏蔽B炸药撞击起爆速度阈值基本接近;而对于杆破片,计算出的撞击起爆速度阈值偏小,数值模拟和实验得出的速度阈值基本接近。这说明所引用的屏蔽B炸药破片撞击起爆速度阈值工程理论计算公式只适用于小质量规则破片,而由于计算公式中缺少体现打击面积的参数,因而并不适于计算杆破片的屏蔽B炸药撞击起爆速度阈值。由实验方法得出,用4．65g小破片撞击起爆6mm钢板屏蔽B炸药的速度阈值约为2522m／s,用质量为8．78g、直径为5mm的杆破片撞击起爆6mm钢板屏蔽B炸药的速度阈值约为2161m／s。     

锥形装药形成射流的数值模拟

利用AN SY S/LS-DYNA 3D有限元分析软件,对两种装药(TATB和TNT)两种不同锥角(53°和43°)药型罩的形成射流分别进行了数值模拟与对比分析。结果表明,53°锥角药型罩产生的射流短而粗,43°锥角产生的射流细而长,高能炸药产生的射流速度高,这与现已成熟的理论相吻合,验证了该数学模型和状态方程所选用参数的正确性,为设计或研发新型锥形装药产品有效降低试验成本并缩短研发时间提供了依据。     

新型搪玻璃搅拌桨搅拌特性数值模拟及实验研究

采用CFD方法模拟了具有相同桨径、不同桨叶折角和叶宽结构的6种新型搪玻璃搅拌桨的搅拌特性。考察了挡板、桨叶离底高度对釜内流场的影响,基于此分析了桨叶折角、叶宽对速度分布的影响。对模拟得到的搅拌功率和混合时间进行了实验验证,并与传统搪玻璃桨式搅拌器进行比较。结果表明：①新型桨叶在加挡板且桨叶离底高度为450 mm时,搅拌效果最佳;②随桨叶折角、叶宽的增大,桨叶区轴向、径向和切向速度均呈增大趋势,当桨叶折角为45°、叶宽为95 mm时,釜内混合效果最好;③随转速增大,搅拌功率呈增大趋势,混合时间呈减小趋势,新型桨明显比传统桨混合性能好,桨叶折角为30°、叶宽95 mm时功率消耗最低,桨叶折角为35°、叶宽95 mm时混合时间最短。     

环形EFP成型及侵彻过程的数值模拟

在分析环形射流形成机理的基础上,利用LS-DYNA软件对环形EFP的成型与侵彻过程进行了数值模拟.通过对环形药型罩及其聚能装药结构参数的合理匹配,解决了环形药型罩成型翻转过程中的偏斜飞散问题,探索了实用环形EFP工程设计的技术途径.计算结果表明,在0.26倍装药长径比和4倍装药口径的炸高条件下,环形EFP对45号钢的侵彻孔径可达到0.96倍装药口径.     

定向战斗部破片能量增益的数值模拟

利用有限元分析计算方法分别对爆炸网络控制定向战斗部和中心起爆战斗部装药驱动破片过程进行了研究,得到该过程的动画演示过程和各种相关数据。通过对数值模拟数据的处理,得到爆炸网络控制定向战斗部破片速度和数目的分布规律以及爆炸网络控制定向战斗部相对于中心起爆战斗部在增益区内的破片速度增益、数目增益和能量增益结果。     

Revisit the adhesive contact between a nanoscale rigid sphere and an elastic half-space: considering the effect of sphere size

The current paper revisits the adhesive contact between a rigid nanoscale sphere and an elastic half-space. Using analytical solution for traction and a modified numerical scheme, a new simulation is proposed. The adhesive contact is simulated faster and more easily than previous researches. The effect of sphere size is investigated. A modified spherical JKR model and spherical DMT model are proposed. The results are compared with spherical JKR, spherical DMT, and rigid sphere model. The load–approach and contact radius–load relations can be predicted by the modified spherical JKR model for sphere radius larger than 50?. Finally, approximation equations for pull-off force vs. Tabor parameter and jump-in distance vs. Tabor parameter are proposed.     

压力旋流式喷嘴喷淋液膜区换热过程的数值模拟

利用Fluent软件对压力旋流式喷嘴的内外流场进行了数值模拟,以等效的二维网格模型模拟圆周对称的三维流动,多相流和湍流模型分别采用VOF和雷诺应力模型。在两种条件下,对喷嘴流场进行模拟：①气相为空气,不发生相间热质传递;②气相为饱和水蒸气,发生相间热质传递。相变模型采取Fluent中内嵌的Lee模型。将数值模拟结果同实验结果进行对比,并以数值模拟的数据对喷嘴内外流场展开分析。模拟结果显示,由于液相在喷嘴旋流室内的螺旋运动,导致喷嘴内部形成“空气芯”,液相速度在喷嘴旋流室与收缩段的连接处变化剧烈;另外,发生相间热质传递条件下,流场的压力要整体稍低且速度场的速度最大值更大;液膜的传热系数沿液膜流动方向不断减小;因气相冷凝使得液膜厚度更大,液膜破碎长度也因蒸气冷凝而变得更长。     

某成型装药射流的数值模拟与射流转化率

应用LS-DYNA及示踪点处理技术,对某一球锥罩成型装药结构的射流形成过程及射流侵彻靶板过程进行了研究,获得了有效射流沿其运动方向的速度分布、头部速度、侵彻孔几何描述等多项评估射流微元性能的重要参数。计算结果表明,对于普通强度钢质目标靶,在射流侵彻靶板过程中,常规小锥角药型罩产生的有效射流为2000m/s以上的射流段,杆式射流的临界侵彻速度值为1400m/s,从而进一步得到其射流转化率为29.65%。     

混凝土环境对典型聚能射流成型影响的数值模拟

结合前级聚能装药形成的混凝土环境的特点,利用有限元模拟软件AUTODYN对3种典型聚能装药在混凝土环境中的射流成型情况进行了数值模拟,对在空气和2mm铝壳体环境中的数值计算结果进行了比较,并通过实验对数值计算结果进行了验证,实验结果与计算值吻合较好.结果表明,混凝土环境对亚半球装药影响最大,较大地提高了头部速度;对K装...     

用各向异性代数应力模型数值模拟搅拌槽中的三维全流场

In accordance to the anisotropic feature of turbulent flow, an anisotropic algebraic stress model is adopted to predict the turbulent flow field and turbulent characteristics generated by a Rushton disc turbine with the improved inner-outer iterative procedure. The predicted turbulent flow is compared with experimental data and the simulation by the standard κ-ε turbulence model. The anisotropic algebraic stress model is found to give better prediction than the standard κ-ε turbulence model. The predicted turbulent flow field is in accordance to experimental data and the trend of the turbulence intensity can be effectively reflected in the simulation. The distribution of turbulent shear rate in the stirred tanks was simulated with the established numerical procedure.     

B炸药爆轰波拐角传播的三维数值模拟

为研究B炸药起爆后爆轰波在拐角中的传播特性以及拐角爆轰低压流场现象,运用LS-DYNA3D程序对120°,90°,45°三种特定的拐角装药的爆轰波传播现象进行了数值模拟,观察了爆轰波通过拐角的传播过程,讨论了爆轰波波阵面通过拐角后爆速的变化情况.结果表明,爆轰波通过拐角后由于传播面积的变化而产生衰减-增长过程,装药拐角越大,爆轰波通过时越稳定;随着装药拐角的减小,拐角处的波阵面压力、爆速和传播能力都逐渐降低.     

温压药在有限空间内爆炸冲击波的实验研究及数值模拟

将温压药柱放在自行设计的两个相互连接的密闭和半密闭房间,测试了在有限空间内爆炸冲击波的传播特性.通过试验和数值计算,得到距炸点不同距离处的超压曲线.结果表明,与开阔空间不同,密闭空间的超压曲线由多峰构成,经分析发现这是由于密闭空间的结构造成的.采用LS-DYNA有限元程序通过与三维数值模拟分析了爆炸冲击波在有限空间内的传播过程,计算结果与试验结果一致.