• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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柱形汇聚几何中内爆驱动金属界面不稳定性
王涛, 汪兵, 林健宇, 钟敏, 柏劲松, 李平, 陶钢
2020, 40(5): 052201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0150
采用自研的高保真度爆轰与冲击动力学程序,对柱形汇聚几何中内爆驱动金属材料界面不稳定性的动力学行为,进行了数值模拟研究。结果表明,首次冲击后至约12 μs,界面发展以RM(Richtmyer-Meshkov)不稳定性为主;12 μs后至冲击波聚心反弹加载前,界面聚心运动处于加速减速状态,界面发展由RT (Rayleigh-Taylor)不稳定性主导;冲击波聚心反弹加载后,界面发展又由RM不稳定性主导。另外,还研究了初始条件(初始振幅、初始波长、钢壳初始厚度和几何构型)对柱形内爆驱动金属材料界面不稳定性的影响。结果显示:初始振幅较大时振幅增长也较大;初始波长较小(模数较大)时振幅增长较小,而且存在一个截止波长;钢壳厚度会抑制扰动增长,也存在一个截止厚度;几何汇聚效应会使扰动增长速度更快。
关键词: 爆轰与冲击动力学, 柱形内爆, 金属界面不稳定性
低密度流体界面不稳定性大涡模拟
王涛, 李平, 柏劲松, 汪兵, 陶钢
2013, 33(5): 487-493. doi: 10.11883/1001-1455(2013)05-0487-07
采用拉伸涡亚格子尺度应力模型对湍流输运中的亚格子作用项进行模式化处理,发展了适用于可压多介质黏性流动和湍流的大涡模拟方法和代码MVFT(multi-viscousflow and turbulence)。利用MVFT代码对低密度流体界面不稳定性及其诱发的湍流混合问题进行了数值模拟。详细分析了扰动界面的发展,流场中冲击波的传播、相互作用、湍流混合区边界的演化规律,以及流场瞬时密度和湍动能的分布和发展。数值模拟获得的界面演化图像和流场中波系结构与实验结果吻合较好。三维和二维模拟结果的比较显示,两者得到的扰动界面位置、波系及湍流混合区边界基本一致,只是后期的界面构型有所不同,这也正说明湍流具有强三维效应。
关键词: 流体力学/界面不稳定性/亚格子尺度应力模型, /低密度流体/大涡模拟/湍流混合
可压缩多介质粘性流体和湍流的大涡模拟
柏劲松, 王涛, 邹立勇, 李平
2010, 30(3): 262-268. doi: 10.11883/1001-1455(2010)03-0262-07
在可压缩多介质粘性流体动力学高精度计算方法MVPPM(multi-viscous-fluid piecewise parabolicmethod)基础上,引入Smagorinsky和Vreman亚格子湍流模型,采用大涡数值模拟方法求解可压缩粘性流体NS(Navier-Stokes)方程,给出适用于可压缩多介质流体界面不稳定性发展演化至湍流阶段的计算方法和二维计算程序MVFT(multi-viscosity-fluid and turbulence)。在2种亚格子湍流模型下计算了LANL(Los Ala-mos National Laboratory)激波管单气柱RM不稳定性实验,分析了气柱的形状、流场速度以及涡的特征,通过与LANL实验和计算结果的比较可知,Vreman模型略优于Smagorinsky模型,MVFT方法和计算程序可用于对界面不稳定性发展演化至湍流阶段的数值模拟。
关键词: 流体力学, 大涡模拟, Navier-Stokes方程, 界面不稳定性, 亚格子涡粘模型
小尺寸管道内二氧化碳抑制甲烷爆炸效果的实验及数值模拟
罗振敏, 王涛, 程方明, 宋钰, 吴慷
2015, 35(3): 393-400. doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0393-08
为了有效防治矿井瓦斯爆炸事故,以瓦斯的主要成分甲烷作为模拟气体,运用自主设计改装的XKWB-S型小尺寸石英玻璃管道实验系统,结合高速摄影仪,并采用FLACS数值模拟软件,研究惰性气体抑爆条件下甲烷燃烧爆炸特性,进行体积分数为6%~27%的CO2抑制体积分数为9%CH4爆炸的实验及数值模拟,结果表明:各组分混合气体在爆炸传播过程中,爆炸压力、火焰锋面速度和气体运动速度均呈现一定程度的波动,且压力和速度没有同时达到最大值;CO2的加入有效抑制了甲烷/空气反应,且添加CO2体积分数越大,抑爆效果越明显,模拟结果与实验结果基本吻合。
关键词: 爆炸力学, 火焰传播特性, FLACS软件, 瓦斯爆炸, CO2
SPH 算法在长杆弹侵彻多层间隔靶中的应用
王金涛, 余文力, 王涛, 罗永锋, 王少龙
2011, 31(5): 533-569. doi: 10.11883/1001-1455(2011)05-0533-07
基于Autodyn软件,应用SPH 算法对长杆弹高速侵彻多层间隔金属靶板的过程进行数值模拟,分 析了弹体侵彻靶板后的剩余速度、剩余动能、以及形成的破片及其飞散情况,同时模拟初始速度及弹体质量对 侵彻过程的影响。通过与实验结果的比较,表明数值模拟的结果是合理的,能够准确模拟长杆弹对多层间隔 靶的高速侵彻过程,对预测弹体侵彻性能以及对长杆弹进行优化设计具有一定的指导价值。
关键词: 爆炸力学, 侵彻过程, SPH 算法, 长杆弹
再冲击载荷作用下流动混合的数值模拟
王涛, 柏劲松, 李平, 钟敏
2009, 29(3): 243-248. doi: 10.11883/1001-1455(2009)03-0243-06
基于多介质的流体体积分数VOF(volume of fluid)方法和PPM(piecewise parabolic method)方法,给出和发展了可用于多介质粘性流体动力学的数值计算方法和计算代码MVPPM(multi-viscosity-fluid piecewise parabolic method)。为了检验和验证此计算代码,对某激波管实验再冲击载荷作用下的流体动力学不稳定性及其导致的混合过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果一致。同时还研究了激波反射冲击作用下流体混合区的演化情况,在反射激波和混合区相互作用的瞬间,混合区的宽度明显减小,之后又迅速增大;另外,混合增长率与初始扰动的频谱有很大关联。通过对有粘性(分子动力学粘性)和无粘性结果的对比,发现粘性对混合区的影响很小。
关键词: 流体力学, 界面不稳定性, MVPPM, 流动混合, 分子动力学粘性
可压缩多介质粘性流体的数值计算
柏劲松, 李平, 王涛, 谢彬, 钟敏, 陈森华
2007, 27(6): 515-521. doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0515-07
将考虑热传导和粘性情况下的Navier Stokes方程描述的物理过程分解成3个子过程进行数值计算,即把整个流量计算分解成无粘性流量、粘性流量和热流量3部分,采用多介质流体高精度parabolic piecewise method(PPM)方法、二阶空间中心差方法和两步Rung-Kutta时间推进方法相结合进行数值计算。给出了激波管中Riemann问题和二维、三维Richtmyer-Meshkov界面不稳定性的Navier Stokes方程和Euler方程对比计算结果,显示了粘性对界面不稳定性的影响。
关键词: liquid mechanics, Navier Stokes equation, multi-fluid parabolic piecewise method, viscous fluid
流场非均匀性对非平面激波诱导的Richtmyer-Meshkov不稳定性影响的数值研究
王震, 王涛, 柏劲松, 肖佳欣
2019, 39(4): 041407. doi: 10.11883/bzycj-2018-0342
基于Navier-Stokes方程组,采用可压缩多介质黏性流动和湍流大涡模拟程序MVFT (multi-viscous-flow and turbulence),模拟了均匀流场与初始密度呈现高斯函数分布的非均匀流场中马赫数为1.25的非平面激波加载初始扰动air/SF6界面的Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性现象。数值模拟结果表明,初始流场非均匀性将会影响非平面激波诱导的RM不稳定性演化过程。反射激波加载前,非平面激波导致的界面扰动振幅随着流场非均匀性增强而增大;反射激波加载后,非均匀流场与均匀流场条件下的界面扰动振幅差异有所减小。进一步,定量分析流场中环量分布及脉动速度统计量揭示了前述规律的原因。此外,还与平面激波诱导的RM不稳定性进行了简单对比,发现由于非平面激波波阵面区域的涡量与激波冲击界面时产生的涡量的共同作用,使得非平面激波与平面激波诱导的界面失稳过程存在差异。
关键词: Richtmyer-Meshkov不稳定性, 非均匀流场, 非平面激波, 大涡模拟