球面爆轰波的反射与会聚

来源 :北京力学会第14届学术年会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangshucai123
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  本文数值模拟了中心起爆的球面爆轰波的传播和到达壁面后反射激波的聚焦过程.采用球对称的Euler方程作为控制方程,应用NND格式进行离散,采用改进的二阶段化学反应模型进行处理.这种化学反应模型将化学反应分为诱导和放热两个过程:在诱导阶段根据流场的温度对诱导参数(α)进行累积,当(α)=1的时刻诱导过程完成,开始化学反应.考虑十种化学反应组分使得这个模型更好地体现了物理现象,放热量可以计算的更准确,同时也避开了由基元反应模型的复杂性带来的巨大的计算量.但是由于热力学数据的应用范围的限制,本文计算在流场温度到达6000K时终止.我们首先考察了在不同半径的球形腔中的反射激波会聚行为.在初始压力为0.2个大气压,初始温度298K的条件下,计算了半径分别为10cm,15cm,20cm,25cm,30cm的5中情形.5种条件下压力峰值和温度峰值变化趋势都相同,但是在细微之处,半径的影响不是存在的,计算终止时在R=10cm的情形中,波后压力在计算终点为最低,在R=30cm的情形中为最高,波后压力大致随着初始半径的增大而增高.图1显示了5条件下的温度峰值(以1000K为无量纲单位)相对于无量纲坐标r/R的曲线.我们可以看出,Tmax/T0随无量纲半径的变化却与压力峰值的变化刚好相反,在R=10cm的情形最先达6000K,Tmax达到6000K的无量纲半径随初始半径的增大而减小.其次,本文考察了在半径相同的球形容器中,不同的初始压强对反射激波会聚的影响.在半径为30cm的球形区域内,我们计算了5种算例.初始压力分别为0.2atm,0.4 atm,0.6atm,0.8atm,1.0atm.计算的初始温度均为T=298K.计算结果表明,聚焦点附近,初始压力的影响变得不明显,由于爆轰波曲率的剧增,几何因素的影响超过了初始压力的影响.在远离聚焦点的地方,爆轰波阵面上的温度和压力都随着初始压力的提高而增高.初始压力对温度的影响要更明显一些.反射激波波阵面上的温度以无量纲的形式(单位:1000K)在图2中展示出来.从温度随初始压力的变化曲线可以明显看到, 在远离聚焦点的地方,在latm和0.8atm的条件下温度峰值已经非常靠近.说明初始压力对温度的影响存在一个上限.此外,本文还比较了直接聚心爆轰的聚焦过程和反射激波的聚焦过程.两种情形的初始半径R=30cm,初始压强P0=0.2atm,初始温度为T0=298K.对于直接聚心爆轰,采取简单的高温高压区起爆,而对于后一种情形,由于起爆区域几何尺寸太小,常规的高温高压难以起爆,故采取了预制爆轰波的方式起爆.爆轰波和反射激波传播过程中的温度峰值,如图3所示.我们可以清楚的看到,在爆轰波形成之后,R<27.5cm的范围,爆轰波的压力峰值一直高于反射激波的压力峰值.而且在达到计算终点(温度峰值达到6000K时)聚心爆轰波阵面的半径大于激波阵面的半径,聚心爆轰波的压力峰值甚至高出49%.对于温度峰值存在着相似的情况.从而可以认定,在真实的物理情况中,爆轰波聚焦产生的压力和温度都要较反射激波聚焦时刻高.
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