模拟凝聚炸药爆轰的基于特征理论的高精度中心型拉氏方法

论文摘要

爆轰在国防科技发展与工业生产建设中占有重要地位。凝聚炸药爆轰相比气相爆轰具有更高的爆压、爆速和能量密度,且易于加工运输存储,因此得到了更广泛的应用。相应地,发展具有高置信度的模拟凝聚炸药爆轰的数值方法具有非常重要的意义。本文基于特征理论提出一种模拟凝聚炸药爆轰问题的二阶单元中心型拉氏方法。其主要思路是:在中心型拉格朗日系统及有限体积方法的框架下离散爆轰反应流动方程组,根据爆轰方程的特征性质求解离散网格节点的速度与压力,获得的网格节点物理量被用来更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量。利用特征理论得到的网格节点解形式简单,同时真正考虑了多维效应,是一维Godunov格式在多维问题中的推广。为了达到时间高阶精度,有限体积方法得到的半离散系统使用二阶半隐式龙格库塔方法求解:显式迭代求解流动控制方程组,隐式迭代求解化学反应速率方程。为了达到空间高阶精度,对计算域内的物理量进行分片线性重构,并使用限制器抑制振荡。本文在模拟凝聚炸药的爆轰过程中使用了点火成长爆轰模型,化学反应速率选用三项点火成长方程,固体炸药和气体爆轰产物使用JWL状态方程。典型算例的计算结果表明,本文构造用于模拟凝聚炸药爆轰的基于特征理论的高精度单元中心型拉氏方法具有较高的计算精度与很好的守恒性,能够清晰准确地刻画爆轰波的传播过程以及化学反应区内物质的流动规律,也能够准确细致地反应二维爆轰波相互作用的物理过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 爆轰理论
•     1.2.1 定常爆轰波的CJ理论
•     1.2.2 定常爆轰波的ZND模型
•   1.3 凝聚炸药爆轰的唯象反应模型
•     1.3.1 化学反应速率
•     1.3.2 未反应炸药的状态方程
•     1.3.3 爆轰气体产物的状态方程
•     1.3.4 混合规则
•   1.4 凝聚炸药爆轰的数值模拟方法
•     1.4.1 欧拉方法
•     1.4.2 拉格朗日方法
•     1.4.3 描述物质运动的其他方法
•   1.5 本文的主要内容与工作安排
• 第二章 单元中心型拉氏方法的有限体积离散
•   2.1 凝聚炸药爆轰的流动控制方程
•   2.2 流动控制方程的中心型网格离散
•   2.3 化学反应速率方程的求解
•   2.4 时空高阶精度的实现
•     2.4.1 时间二阶精度的实现
•     2.4.2 空间二阶精度的实现
•   2.5 小结
• 第三章 网格节点物理量的求解
•   3.1 爆轰流动控制方程的特征分析
•   3.2 有限体积框架下的节点演化解
•   3.3 基于特征理论的节点解法器
•   3.4 小结
• 第四章 爆轰问题的数值验证
•   4.1 精度测试
•   4.2 一维平面爆轰波的起爆与传播
•     4.2.1 时间迭代方式的考察
•     4.2.2 不同限制器的考察
•     4.2.3 数值结果与解析解的对比
•   4.3 圆形散心爆轰波的相互作用
•   4.4 圆形散心爆轰波向平面爆轰波的演变
•   4.5 小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 研究工作总结
•   5.2 论文不足与工作展望
• 参考文献
• 硕士阶段的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李诗尧

导师: 于明

关键词: 凝聚炸药爆轰,单元中心型拉氏方法,高精度,特征理论,点火成长模型

来源: 中国工程物理研究院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,燃料化工,武器工业与军事技术

单位: 中国工程物理研究院

基金: 国家自然科学基金项目(11772066),科学挑战专题(TZ2016002)

分类号: O242;TQ560.1

总页数: 79

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