基于Riemann问题的可压缩多介质流动数值方法研究及其在爆炸冲击波数值模拟中的应用

论文摘要

提出了一种基于Euler坐标系的非结构网格、具有锐利界面的二维和三维守恒型多介质流动数值方法,可用于模拟可压缩流体和弹塑性固体在极端物理条件下的大变形动力学行为。利用分片线性的Level Set函数清晰重构出分段线性流形的相界面,建立了单纯形网格内具有多种介质的相界面拓扑结构,理论上可以处理全局任意种介质、局部三种介质的多介质流动问题。提出了一种守恒型的相界而两侧介质相互作用的处理方法,能够保证不同介质间的通量守恒,且相界面处介质的相互作用与理论结构保持一致。提出了一种非结构网格上的单元聚合算法,消除了由于网格被相界面分割成较小碎片,从而违反CFL条件可能带来的数值不稳定,并有效提高了计算效率。针对具有高度非线性特征、通用形式的Mie-Gr（u|"）neisen状态方程,完整分析了Riemann问题解的适定性,并对状态方程的适用范围提出了一种普适且易推广的判据。开发了一种健壮、高效、误差可控的多介质Riemann问题求解器,并设计了一种能够针对强激波和强稀疏波等极端情形的非精确Newton方法来迭代求解Riemann问题所满足的非线性代数-积分组合方程,能有效提高相界面上各物理状态量的计算精度,扩充多介质流动数值方法的应用范围。基于提出的多介质流动数值方法和具有实际应用背景的多种状方程,建立了一套能够模拟爆炸与冲击领域内多种复杂力学效应的数值模拟体系。针对空中爆炸、水下爆炸和内爆压缩等具有极端物理条件和复杂物理效应的工程应用问题,结合并行计算和网格自适应技术,开展了大量的数值模拟应用研究,验证了数值模拟体系的工程应用能力。

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文章来源

类型: 国内会议

作者: 姚成宝,浦锡锋,王宏亮,寿列枫,张柏华,王澍霏

关键词: 多介质问题,可压缩多介质流动,非线性状态方程,空中爆炸,水下爆炸

来源: 第十九届中国空气动力学物理气体动力学学术交流会 2019-07-25

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学,力学

单位: 西北核技术研究所

分类号: O383;O357

DOI: 10.26914/c.cnkihy.2019.067138

页码: 131

总页数: 1

文件大小: 44k

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