激波在通道口部绕射反射研究

在地下工程研究和设计中,地面运动的高速空气冲击波进入通道后的波动问题是非常重要和急待解决的问题。为了弄清激波进入通道后的传播规律,我们利用新近研制的光学激波管和其他激波管设备,对侧向激波进入通道后的各种模型进行了系统试验研究,观察了激波进入通道后的波动图像,获得了一些很有价值的成果。本文介绍了试验方法和设备,描述了地面激波进入通道后在口部的绕射、反射波动图像和波后多旋涡运动规律,定量给出了通道口部绕射区压力变化曲线。     

激波绕拐角运动流场的数值模拟

本文采用时间和空间方向均为二阶精度的 TVD 有限差分格式来数值模拟冲击波绕三角形、半菱形障碍物的非定常复杂流场,算出了与理论分析一致的流场结构,成功地捕获了激波、膨胀波、二次弱反射激波等物理特征。     

激波穿过孔板系统的传播及其诱导的流场

基于Ｅｕｌｅｒ方程，采用高精度、高分辨率的ＧＲＰ有限差分法及算子分裂技术，对激波通过孔板系统的传播、绕射和反射，以及诱导的流场进行了数值研究。计算结果清楚地给出了激波传播、绕射、反射、及相互干扰的复杂流场结构。与实验结果比较，早期两者吻合较好，后期由于湍流发展的影响，必需考虑粘性修正。     

扰动激波冲击界面不稳定性:反射激波效应

通过平面激波绕刚体圆柱的方法形成扰动激波,采用无膜技术形成N₂/SF₆均匀界面,在竖式激波管中开展了扰动激波冲击界面Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性实验研究。针对3种不同的无量纲距离η(圆柱到界面距离与圆柱直径之比)情形,利用高速纹影技术及平面Mie散射技术,获得了反射激波二次冲击作用下的界面演化图像。前期工作(邹立勇等,2017)显示,入射激波冲击后,界面发展为包括中心气腔和两侧台阶的Λ形结构。研究结果表明:反射激波二次冲击后,Λ形界面首先经历相位反转,然后扰动逐渐发展增强。在η=2.0情形,界面演化为气泡,而当η=3.3和4.0时,在整体的气泡结构之外,界面中心发展为尖钉结构。获得了反射激波作用后的混合区宽度,并与理论模型结果进行了比较。在界面演化线性阶段,Meyer-Blewett(MB)线性模型结果和实验结果吻合较好。在界面演化非线性阶段,Dimonte-Ramaprabhu (DR)模型结果和实验结果吻合较好。特别地,当η=4.0时,理论与实验结果差别最小。     

双马赫反射的数值模拟与光学干涉定量测量的比较(M_s=4.62)

本文用欧拉方程计算了楔形角为40°,M_s=4.62双马赫反射的流场,计算采用了矢通量分裂和 TVD 两种格式,并考虑了γ=1.4和高温平衡气体两种情况。流场的密度场测量采用双曝光全息、M-Z、差分三种干涉技术。壁面密度分布的计算与测量结果比较表明:三种干涉方法测量结果差别不大,都处在γ=1.4和平衡气体的计算结果范围内。     

考虑粘性时激波反射及壁面热流计算

本文采用显式 TVD 格式,求解薄层 Navier-Stokes 方程,计算了激波与楔面相互干扰的流场情况,得出了马赫反射的各种等强度线及固壁面上详细的物理量分布,根据计算得出的流场,计算了壁面摩擦阻力及热流分布。     

激波运动与反射流场的ENO算法

在ＴＶＤ格式的基础上，以修正限制函数的方法，将通常的ＴＶＤ格式改造为性能更为优越的ＥＮＯ格式，并利用这种有限差分格式求解欧拉方程和薄层Ｎ－Ｓ方程。分别数值模拟了激波管中运动激波与三种楔形物体相互作用流场；给出了激波在不同物体上的反射及波涡干扰过程中非定常流场的变化情况；算出的波系结构与在ＣＡＲＤＣ小型激波管中做的相关实验结果一致。     

运动激波绕尖劈流动的研究

在激波管中进行双尖劈二维外形的激波绕流数值计算和实验研究。入射激波Ｍｓ＝１．８,用激光全息双爆光技术定量测定各瞬时的密度场。计算采用欧拉方程和有限体积法进行离散并采用高精度的ＴＶＤ差分格式。计算与实验两者之间的比较,表明本文采用的计算方法对于解决尖点的绕流十分奏效;根据计算所获得的运动激波波系,能够判断局部区域实验测量的密度场梯度方向,从而使密度场的定量测定获得更可靠的结果。     

激波管中生物体的荷载机制和过程及效应研究

本文介绍了国内外利用激波管对生物冲击伤的实验研究进展。通过空中爆炸产生的激波对生物的荷载机制分析,选用62只成年雄性杂种狗,采用 BST-I 型生物激波管产兆的激波作为政伤源,实验研究了对暴露于规则反射区和马赫反射区中的动物造成冲击伤的特征和分布规律及荷载过程。结果表明:1.在相同入射超压值148.3±18.5kPa条件下,两个区域中造成动物的伤情相差3～4级;2.两个区域中造成动物各脏器损伤的分布规律显著地不同;3.两个区域中机体的荷裁机制和过程不同;4.在规则反射区中,狗体表不同部位的荷载有显著的差异。文中的一些结果能提供冲击伤、工程效应、激波管气动力和结构设计作为进一步研究的参考。     

反射激波作用下重气柱界面演化的PIV研究

在水平激波管中采用PIV方法研究了反射激波作用下SF6重气柱界面的发展演化。采用射流方法形成SF6无膜气柱界面,并以乙二醇作为示踪粒子。利用连续激光片光源结合高速摄影相机对流场进行显示,得到了反射激波作用下SF6气柱界面的发展过程。结果表明,入射激波的冲击会在界面上产生反向旋转的涡环结构,而反射激波的作用会在界面上产生与初始涡环旋转方向相反的次级涡环结构。此外,对反射激波作用后的流场图像进行PIV后处理,获得了流场连续的速度场和涡量场。获得的环量与已有的理论模型进行比较,取得了较好的一致性,也验证了本文实验方法的可行性。     

激波(爆炸波)与物体相互作用的数值模拟(英)

给出了在二维和三维条件下激波（爆炸波）与物体相互作用的一些典型计算结果,概括总结了激波管中实验的有效性,提出了改进数值方法（包括差分格式,网格系统）,发展三维光学定量可视化技术和进一步研究非定常湍流的建议     

激波(爆炸波)与物体相互作用的数值模拟

给出了在二维和三维条件下激波(爆炸波)与物体相互作用的一些典型计算结果,概括总结了激波管中实验的有效性,提出了改进数值方法(包括差分格式,网格系统),发展三维光学定量可视化技术和进一步研究非定常湍流的建议.     

爆炸波与超声速飞行物体相互作用研究

本文数值模拟了超声速飞行物体与爆炸波相遇后产生的两波干扰流动，采用了激波捕捉、有限差分法和LU-TVD格式。同得到的实验结果对比，计算结果反映出了两波作用后的复杂流动，并且可清楚地看到飞行体头部产生的弱接触面，与实验符合较好，同时进一步模拟了飞行体以-5°攻角飞行时与爆炸波相遇后的流动。     

高温真实气体效应中催化效应对气动热影响的实验探索

主要介绍了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中进行真实气体效应中催化效应对气动热影响的实验研究。首先从测试工作的角度,论述了测热模型、测热传感器及风洞改进等关键技术问题及其解决方法。其次描述了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中,首次开展气动热风洞试验的过程及其初步结果。结果表明:热流数据随测点位置和迎角的改变呈有规律的变化;在同样条件下,完全催化表面比完全非催化表面热流数值有明显增加的趋向。     

冲击波对工程结构及装备的动载试验研究

获得国家科学技术进步一等奖的“1485抗爆激波管”是用来模拟爆炸冲击波的室内试验设备,其驱动段是以燃烧火药为能源,锥管前面管体内径是348mm,锥管后面试验段及其出口段内径为1485mm。试验段内部超压可达0．05～1．20MPa。地上试验段参试物安装在管内。地下试验段是内径2．50m、高3．00m的箱体,内部可进行地下结构模型试验。驱动段膜片夹紧力是由8个油缸及其二级连杆增力机构来完成。有长江三峡大坝动力响应试验、地下隧道试验、地形对冲击波影响试验及人防工事试验等已做过的部分典型试验。     

激波波后氮分子发射光谱的测量

利用多通道光学分析仪测量激波波后不同时刻高温氮气的辐射光谱发现,辐射随时间发生强烈的变化。在非平衡态和平衡态,光谱的各条谱线强度有明显的差别。光谱的结构特征也依赖于激波的速度。     

爆炸波与超声速运动物体相互作用的数值研究

针对在弹道靶及爆炸波装置上完成的实验,用数值方法来研究在比热为常数和层流情况下爆炸波与超声速飞行物体的相互作用.为了准确模拟爆炸波,首先通过有限体积法求解轴对称N-S方程计算了爆炸波流场,分析比较了数值干涉图和实验干涉图以及数值计算和实验得到的三个截面的密度分布曲线.其次以获得的轴对称流场为爆炸波初场,采用重叠网格技术,通过有限体积法求解三维层流N-S方程数值计算了在比热为常值和层流情况下爆炸波与超声速飞行物体的相互作用,得到了数值干涉图并与实验得到的干涉图进行了比较,分析了爆炸波对飞行物体表面压力的影响.     

瞬时爆轰TNT装药爆炸计算方法

对高精度TNT装药爆炸进行了理论计算,在使用二阶显式差分格式的基础上,详细地描述了使用样条函数进行激波装配、波形处理的全过程,收到了预期的效果     

增设收缩截面后的爆轰驱动激波管性能研究

为提高前向爆轰驱动激波风洞的性能，采用在驱动段靠近主膜处增设一个收缩喉道的方法，以此来产生较为均匀的驱动气源。实验结果表明此方法有效地削弱了爆轰波后Taylor稀疏波的影响。     

多阵元液体压力激波发生器设计与声场数值模拟

设计了一种多阵元液体压力激波发生器，它由多个压电陶瓷换能器组成，每个换能器经激励产生脉冲超声波，通过球形几何聚焦后。在聚焦区域形成高能、瞬时压力激波。文中用阻抗分析仪和高频扫描激光测振系统对单元换能器进行了基本性能的测试，在此基础上。对单元换能器的声场、激波发生器的声场进行了数值模拟，其结果与声场实测数据基本吻合。该激波发生器具有聚焦效果好、能量可控及结构简单等优点，可用于复合材料打孔及金属表面强化等场合。