中心药抛撒液体流场和初级液滴尺寸模拟

• 作 者: 石艺娜 洪滔 姚雯 秦承森
• 机 构: 北京应用物理与计算数学研究所北京100094
• 出 处: 第十六届中国空气动力学物理气体动力学术交流会
• 发表日期: 2013年11期
• 关键词: 中心 抛洒 流场

　　液体在炸药爆轰驱动下的变形、破碎及雾化过程是流体力学具有广泛军事和民用背景的研究领域，如云爆武器、灭火器和近水面水下爆炸等，包含着许多复杂的物理现象。国内外针对液体爆炸抛撒过程已开展大量工程、实验和基础研究工作，但对炸药爆轰产物驱动液体的初期过程文献较少。其中，爆炸波驱动下流场演化、液体界面破碎和初级液滴形成等问题，对于后期液体介质抛撒过程和最终气溶胶云团的形成研究具有重要意义。由于这一过程历时短、力学环境复杂，实验观测尤为困难，成为基础研究中的难点问题之一。本文基于炸药爆炸驱动下两种不同壁厚装置的水介质抛撒试验，采用维数分裂的欧拉程序和Youngs 混合界面处理方法，对中心药驱动液体的外壳破裂、流场演化过程及特征进行数值模拟，研究表明，外壳解体始于上下盖板脱离和径向断裂造成；爆炸波驱动液体环分散流动的形态并非均匀的连续体，液体出现明显的密度分层和“空化”现象；结合实验图像分析，液体外界面的射流喷射和内部“空化”破碎是初级液滴形成的主要机制。并分别开展相应机制的液滴破碎建模和尺寸分布模拟，计算结果表明，两种壁厚中心药抛撒装置形成的初级液滴尺寸均为mm 量级，最外层射流量约为液体总质量的15％20%左右。