• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
  • EI、Scopus、CA、JST收录
  • 力学类中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊、CSCD统计源期刊

含化学反应膛口流场的无网格数值模拟

吴伟 许厚谦 王亮 薛锐

吴伟, 许厚谦, 王亮, 薛锐. 含化学反应膛口流场的无网格数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(5): 625-632. doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0625-08
引用本文: 吴伟, 许厚谦, 王亮, 薛锐. 含化学反应膛口流场的无网格数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(5): 625-632. doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0625-08
Wu Wei, Xu Hou-qian, Wang Liang, Xue Rui. Numerical simulation of a muzzle flow field involving chemical reactions based on gridless method[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(5): 625-632. doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0625-08
Citation: Wu Wei, Xu Hou-qian, Wang Liang, Xue Rui. Numerical simulation of a muzzle flow field involving chemical reactions based on gridless method[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(5): 625-632. doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0625-08

含化学反应膛口流场的无网格数值模拟

doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0625-08
详细信息
    作者简介:

    吴伟(1990—), 男, 博士研究生, wuwei.njust.804@gmail.com

  • 中图分类号: O381

Numerical simulation of a muzzle flow field involving chemical reactions based on gridless method

  • 摘要: 基于无网格方法,对包含大位移运动边界和非平衡化学反应的膛口流场进行了数值模拟。所发展算法是基于线性基函数最小二乘显式无网格方法,忽略黏性及湍流的影响,对流场采用ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式的Euler方程描述,对流通量和化学反应源项采用多组分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和有限速率反应模型计算,对于运动边界造成的点云畸形采用局部点云重构方法处理,重构过程中采用虚拟边阵面推进。对圆柱绕流和激波诱导燃烧流场进行了数值模拟,验证了重构方法和化学反应计算的有效性。最后对12.7 mm口径机枪膛口流场进行了模拟,结果同实验照片、非结构网格方法结果吻合较好,数值结果清晰地再现了膛口初始冲击波、膛口冲击波、欠膨胀射流波系结构的动力学发展过程,以及膛口焰的时间、空间分布特征。
  • 图  1  压力云图(t=0.8 ms)

    Figure  1.  Pressure contours at t=0.8 ms

    图  2  圆柱上表面量纲一压力分布

    Figure  2.  Distribution of the dimensionless pressure along the upper surface of the cylinder

    图  3  温度云图

    Figure  3.  Temperature contours

    图  4  驻点流线上温度、压力分布

    Figure  4.  Distribution of temperature and pressure along the stagnation stream line

    图  5  驻点流线上组分质量分数

    Figure  5.  Distribution of mass fractions along the stagnation stream line

    图  6  膛口离散点分布示意图

    Figure  6.  Schematic diagram for the distribution of the discrete points at the muzzle

    图  7  弹丸出膛前不同时刻流场温度分布

    Figure  7.  Temperature contours in the flow field at different times begore the bullet leaves the muzzle

    图  8  计算阴影图与实验阴影照片比较

    Figure  8.  Computational shadowgraph compared with experimental shadowgraph

    图  9  t=415 μs时刻的密度、压力云图

    Figure  9.  Density and pressure contours at t=415 μs

    图  10  不同时刻温度(上)和OH质量分数(下)分布云图

    Figure  10.  Temperature contours (top) and mass fraction contours f OH (bottom) at different times

    图  11  温度沿轴线的分布曲线

    Figure  11.  Temperature distribution along the axis

    图  12  t=400 μs时刻N2质量分数分布及流线

    Figure  12.  N2 mass fraction contours and streamlines at t=400 μs

  • [1] Cai Xiao-wei, Tan Jun-jie, Ma Xin-jian, et al. Application of hybrid Cartesian grid and gridless approach to moving boundary flow problems[J]. International Journal for Numerical Method in Fluid, 2013, 72(9): 994-1013. doi: 10.1002/fld.3775
    [2] 盛鸣剑, 叶正寅, 蒋超奇.附面层修正应用于无网格算法的研究[J].计算力学学报, 2011, 28(6): 920-925. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JSJG201106018.htm

    Sheng Ming-jian, Ye Zheng-yin, Jiang Chao-qi. Study of boundary layer solution coupled with gridless method[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2011, 28(6): 920-925. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JSJG201106018.htm
    [3] Hashemi M Y, Jahangirian A. An efficient implicit mesh-less method for compressible flow calculations[J]. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 2011, 67(6): 754-770. doi: 10.1002/fld.2387
    [4] 周星.含动边界复杂非定常流动的无网格算法研究[D].南京: 南京理工大学, 2012.
    [5] 马新建.最下二乘无网格及其重叠点云法在CFD中的应用研究[D].南京: 南京理工大学, 2012.
    [6] Kirshman D J, Liu F. A gridless boundary condition method for the solution of the Euler equations on embedded Cartesian meshes with multigrid[J]. Journal of Computational Physics, 2004, 201(1): 119-147. http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1046830
    [7] Luo H, Baum J D, Löhner R. A hybrid Cartesian grid and gridless method for compressible flows[J]. Journal of Computational Physics, 2006, 214(2): 618-632. doi: 10.1016/j.jcp.2005.10.002
    [8] 吴伟, 许厚谦.激波诱导燃烧流场模拟的无网格算法[J].力学与实践, 2013, 35(6): 19-23. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj201306003.aspx

    Wu Wei, Xu Hou-qian. Meshless method for numerical simulation of shock-induced combustion[J]. Mechanics in Engineering, 2013, 35(6): 19-23. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_lxysj201306003.aspx
    [9] Katz A, Jameson A. A comparison of various meshless schemes within a unified algorithm[R]. AIAA Paper, 2009-596, 2009.
    [10] 代淑兰.复杂化学反应流并行数值模拟[D].南京: 南京理工大学, 2008.
    [11] Soetrisno M, Imlay S T. Simulation of the flow field of a ram accelerator[R]. AIAA Paper, 1991-1915, 1991.
  • 期刊类型引用(7)

    1. 游鹏,周克栋,何伟,赫雷,张迪,缪桓举. 不同消声碗结构的消声器膛口射流噪声数值模拟. 兵工自动化. 2024(12): 90-96 . 百度学术
    2. 张京辉,余永刚. 弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究. 兵工学报. 2020(03): 471-480 . 百度学术
    3. 刘康,管小荣,徐诚,朱一辉,李芳芮. 斜切角膛口流场的数值模拟. 兵器装备工程学报. 2020(04): 1-5 . 百度学术
    4. 张京辉,余永刚. 弹道枪不同水深下全淹没式发射膛口流场的数值分析. 爆炸与冲击. 2020(10): 97-109 . 本站查看
    5. 张欣尉,余永刚. 水深对机枪密封式膛口流场影响的数值分析. 船舶力学. 2019(05): 558-565 . 百度学术
    6. 张欣尉,余永刚,莽珊珊. 装药参数对水下机枪密封式膛口流场影响的数值分析. 兵工学报. 2018(01): 18-27 . 百度学术
    7. 张欣尉,余永刚. 水下发射对机枪膛口温度场影响的数值分析. 含能材料. 2017(11): 932-938 . 百度学术

    其他类型引用(1)

  • 加载中
图(12)
计量
  • 文章访问数:  2660
  • HTML全文浏览量:  320
  • PDF下载量:  270
  • 被引次数: 8
出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-19
  • 修回日期:  2014-06-27
  • 刊出日期:  2015-10-10

目录

    /

    返回文章
    返回