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爆炸烟云中粒子运动的数值模拟

爆炸与冲击 2013年第5期33卷 556-560页

作者：袁涛罗永锋尚爱国罗昆升高洪泉第二炮兵工程大学陕西西安710025 第二炮兵装备研究院第二研究所北京100085

以10kg TNT爆炸装置在开阔无风地带爆炸为背景,使用Autodyn计算得到爆炸后1ms时的爆轰产物状态,为爆炸烟云中粒子运动的数值模拟研究提供了可靠的源项几何模型和物理参数;而后使用GAMBIT建立了双层源项模型;最后将模型网格导入Fluent软... 详细信息

以10kg TNT爆炸装置在开阔无风地带爆炸为背景,使用Autodyn计算得到爆炸后1ms时的爆轰产物状态,为爆炸烟云中粒子运动的数值模拟研究提供了可靠的源项几何模型和物理参数;而后使用GAMBIT建立了双层源项模型;最后将模型网格导入Fluent软件,建立离散粒子模型,计算得出了1、10、50、100μm粒径的粒子运动轨迹,系统分析了烟云在上升过程中各粒径粒子的分布和运动趋势,给出了不同高度的粒子浓度,为源项分析提供了理论基础。

关键词：爆炸力学粒子运动离散粒子模型爆炸烟云

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爆炸烟云运动的试验与数值模拟研究初探

核电子学与探测技术 2011年第2期31卷 131-135页

作者：李晓丽郑毅刘伟武冠胜防化研究院北京102205 北空防化队北京101114

通过高速CCD摄影机和高性能摄像机对一定量的TNT炸药爆炸产生的火球和烟云的运动过程进行了记录,按照实时记录结果,将爆炸分为火球发展阶段和烟云上升阶段来研究;利用高速CCD拍摄结果对爆炸火球进行分析,在分析爆炸烟云运动机理的基础上... 详细信息

通过高速CCD摄影机和高性能摄像机对一定量的TNT炸药爆炸产生的火球和烟云的运动过程进行了记录,按照实时记录结果,将爆炸分为火球发展阶段和烟云上升阶段来研究;利用高速CCD拍摄结果对爆炸火球进行分析,在分析爆炸烟云运动机理的基础上,将试验火球最大尺寸作为初始条件建立了数值求解模型,采用2维变密度投影法对试验烟团的发展过程进行了数值模拟,并与高性能摄像机所拍试验烟云进行比较,发现两者变化趋势相似。该试验研究方法和数值计算模型可为爆炸烟云运动的研究提供一定的参考。

关键词：爆炸烟云 RDD CCD 投影法热团

基于流体动力学的钻地核爆炸放射性烟云形成过程研究

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基于流体动力学的钻地核爆炸放射性烟云形成过程研究

作者：郝海彤军事科学院

学位级别：硕士

钻地核爆炸产生的放射性烟云中含有大量的放射性微粒,随着烟云的发展和大气扩散运动可形成大面积放射性沉降区域,对人员造成放射性损伤。研究钻地核爆放射性烟云的形成过程,有助于更准确地估算其危害程度,从而避免对人员造成不必要的伤... 详细信息

钻地核爆炸产生的放射性烟云中含有大量的放射性微粒,随着烟云的发展和大气扩散运动可形成大面积放射性沉降区域,对人员造成放射性损伤。研究钻地核爆放射性烟云的形成过程,有助于更准确地估算其危害程度,从而避免对人员造成不必要的伤害,对钻地核爆炸放射性沉降预测具有重要意义。本文通过开展浅埋深、小当量化爆缩比试验研究浅地下爆炸烟云的形成规律,基于开源流体力学库Open FOAM建立化爆烟云和大气层核爆烟云上升运动模型并进行了试验数据比对分析,在此基础上开展了钻地核爆炸放射性烟云形成过程研究,主要研究内容和结论如下:(1)开展不同当量(1 kg至100 kg)、不同比例埋深(5.24 m/kt至71.70m/kt)的浅地下化爆缩比试验,得出烟云的空间分布及顶高数据,分析数据得到了浅地下化爆烟云上升高度与当量、比例埋深的关系。(2)在均一大气条件下,基于Open FOAM开发了耦合标量场计算的Cb PFoam求解器,用污染物浓度示踪烟云,经与多组工况下地表化爆烟云试验数据对比分析后发现烟云顶高误差在10%以内,证明了基于Open FOAM采用非定常可压缩求解器进行爆炸烟云模拟的可行性;模拟了比例埋深为16.29m/kt的不同当量(10 kg至100 kg)浅地下化爆试验烟云运动,将仿真得到顶高数据与试验数据对比分析可知,该比例埋深下内能转化率为20%左右。(3)在标准大气条件下,开发了耦合拉格朗日库、可计算核爆烟云上升运动与放射性颗粒运动的两相流求解器buoyant Parcel Foam。使用该模型模拟2次空爆核试验烟云运动过程,发现稳定烟云顶高误差小于5%,并且得到了不同粒径粒子在稳定烟云中分布规律。(4)研究了核爆炸后负压区对于烟云上升速度的影响。通过对1次近地核爆试验模拟,得到烟云中心上升速度在爆后瞬间达150 m/s左右,10s后衰减至70m/s,远超同当量下单浮力驱动下的烟云上升速度,证明负压区的存在可显著提升烟云初始上升阶段的速度。(5)研究了浅地下核爆能量转化为烟云内能的比例。模拟了不同比深下1 kt浅地下核爆烟云运动,将稳定烟云顶高与KDFOC3模型经验公式对比,发现比例埋深小于5 m/kt时,火球跃出地面时刻内能的能量转化率为30%左右,随着比例埋深的增加,能量转化率持续下降,在比例埋深为8.92 m/kt时,能量转化率为25%左右。(6)研究了钻地核爆炸烟云放射性分布。对4种当量下B61-12在极限侵彻深度处爆炸生成的烟云上升运动进行仿真,基于粒子尺寸—放射性分布模型对钻地效应最为明显、比例埋深为8.92 m/kt的核爆烟云仿真结果进行分析,得到了稳定烟云中不同高度层放射性分布,放射性主要集中在烟云下层,占总放射性50%以上。

关键词：钻地核弹浅地下核爆炸爆炸烟云数值仿真 OpenFOAM 放射性分布

同方学位论文库评论

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不同大气环境下爆炸烟云运动的二维数值计算

核电子学与探测技术 2010年第12期30卷 1550-1554,1564页

作者：李晓丽郑毅曹驿堂晁颖防化研究院北京102205 北空防化队北京101114

采用不可压缩变密度投影法对均一和标准分层大气中密度比分别为0.2、0.5、0.8的爆炸烟云的运动过程进行了数值计算研究,并通过无粘不可压缩流体二维Rayleigh-Taylor不稳定性问题对程序进行了数值验证;通过比较烟云在均一和标准分层大气... 详细信息

采用不可压缩变密度投影法对均一和标准分层大气中密度比分别为0.2、0.5、0.8的爆炸烟云的运动过程进行了数值计算研究,并通过无粘不可压缩流体二维Rayleigh-Taylor不稳定性问题对程序进行了数值验证;通过比较烟云在均一和标准分层大气条件下的运动,得出大气分层对爆炸烟云运动的影响主要体现在烟云上升高度上的结论,为进一步研究爆炸烟云的运动提供了参考。

关键词：爆炸烟云热泡 RT不稳定性投影法

Boussinesq近似对于爆炸烟云运动数值计算的影响

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核电子学与探测技术 2010年第11期30卷 1454-1458页

作者：李晓丽郑毅防化研究院北京102205 北空防化队北京101114

采用Boussinesq近似模型与不可压缩模型研究了不同密度比的烟团在标准分层大气条件下的烟云运动过程,分析了两种模型计算烟云之差异,得出烟团密度与周围大气密度比越小,两种模型计算结果相差越大的结论,当密度比达到0.9时,两种模型计算... 详细信息

采用Boussinesq近似模型与不可压缩模型研究了不同密度比的烟团在标准分层大气条件下的烟云运动过程,分析了两种模型计算烟云之差异,得出烟团密度与周围大气密度比越小,两种模型计算结果相差越大的结论,当密度比达到0.9时,两种模型计算结果基本一致,为研究爆炸烟云的运动提供参考。

关键词：爆炸烟云热泡 RT不稳定性投影法

变密度投影法求解均一大气环境下爆炸烟云的运动

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变密度投影法求解均一大气环境下爆炸烟云的运动