【摘 要】
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高速云雾的抛撒成形以及云雾爆轰在云爆武器系统安全研究中具有极为重要的意义,是当前的研究重点,然而相关实验研究难度较大,因此对高速云雾抛撒及爆轰过程的数值算法的探索
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高速云雾的抛撒成形以及云雾爆轰在云爆武器系统安全研究中具有极为重要的意义,是当前的研究重点,然而相关实验研究难度较大,因此对高速云雾抛撒及爆轰过程的数值算法的探索与建立成为了当务之急。本文基于计算流体动力学理论,对高速云雾抛撒及爆轰的过程进行了系统的数值模拟。本文探索并建立了高速云雾抛撒与爆轰过程的数值计算模型,突破了高速云雾场及其爆轰过程数值模拟技术。在将燃料简化为离散颗粒的条件下实现了对高速云雾的抛撒和爆轰过程的数值模拟,数值模拟结果与试验相吻合,为高落速云爆武器系统的安全设计提供了新途径。揭示了高落速对云雾形态、浓度和速度的影响规律。在初始静态条件下,50 kg、100 kg、250 kg、500 kg燃料云雾在整个抛撒过程中均呈现圆盘状,而高落速条件下高速云雾较高浓度区则经历了由倒“V”字型或者“伞”状转变为“V”字型或者“盆”状最后变为“漏斗”状的过程,抛撒后期整个云雾形成了上部椭球状云团和下部杆状云团两个部分;不同初始条件下高速云雾按径向浓度分布均可分为三个部分:云雾中心高浓度区、近场云雾低浓度区以及远场云雾高浓度区;不同初始条件下高速云雾径向边界速度均在10 ms内达到峰值,然后迅速衰减,在轴向上高速云雾边界则经历了迅速扩张、逐渐衰减以及下边界匀速下落三个阶段。揭示了高落速大质量燃料对抛撒过程产生的尺度效应。同尺度较小的2 kg燃料高速云雾抛撒过程相比,在较大尺度下,由于中心载荷对于燃料的抛撒作用较不均匀,抛撒过程中出现了较为显著的回流现象,在静态条件下出现了燃料在云雾中心的堆积和沿中轴线向上的射流,并未出现较小尺度下抛撒过程中出现的云雾空洞。揭示了高落速云雾爆轰物理参数随时间和空间的变化规律,得到了高落速动爆与静爆状态场比较的定量结果。高速云雾爆轰过程整体上可以分为:云雾爆轰阶段、云雾边缘爆燃阶段以及云雾外场超压衰减阶段;在特定的起爆条件下,增加燃料质量和初始落速均对云雾爆轰超压作用范围产生了积极影响。
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