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马赫反射波系冲击诱导平面界面失稳的数值模拟

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第10期54卷 46-55页

作者：张恩来廖深飞邹立勇刘金宏李欣竹梁正虹中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室绵阳621900

针对实际应用中面临的马赫反射波系冲击诱导界面失稳问题,通过数值模拟研究了马赫反射波系与平面N2/Kr气体界面作用的波系和界面演化过程,并分析了界面凹腔的形成机制.结果表明,马赫反射波系对平面界面失稳的贡献分两部分:一是波系非均... 详细信息

针对实际应用中面临的马赫反射波系冲击诱导界面失稳问题,通过数值模拟研究了马赫反射波系与平面N2/Kr气体界面作用的波系和界面演化过程,并分析了界面凹腔的形成机制.结果表明,马赫反射波系对平面界面失稳的贡献分两部分:一是波系非均匀冲击引起的界面速度扰动;二是波后流场中的局部高速质量流持续驱动界面变形.马赫反射波系中的反射激波对界面演化产生重要影响,其对界面的二次冲击极大地抑制了界面的斜压涡量和速度扰动,从而抑制界面的扰动增长.在马赫反射波系冲击界面后,流场中形成了贯穿界面的剪切层结构,这些剪切层包围的高速流体持续驱动界面发生剪切变形,最终演化为凹腔结构.

关键词：激波 Richtmyer-Meshkov不稳定性马赫反射数值模拟

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气相爆轰波马赫反射非自相似性特征的实验

航空动力学报 2016年第3期31卷 588-597页

作者：刘杰赵焕娟杜忠华陈曦南京理工大学机械工程学院南京210094 北京理工大学化工与环境学院北京100081

为了研究在CJ(Chapman-Jouguet)状态下气相爆轰波马赫反射的非自相似性特征,搭建了由驱动段、传播段以及观测段组成的矩形管道;利用纹影和烟膜实验方法分别对3种预混气发生马赫反射现象进行了实验研究.实验结果表明:对稳态或非稳态气体... 详细信息

为了研究在CJ(Chapman-Jouguet)状态下气相爆轰波马赫反射的非自相似性特征,搭建了由驱动段、传播段以及观测段组成的矩形管道;利用纹影和烟膜实验方法分别对3种预混气发生马赫反射现象进行了实验研究.实验结果表明:对稳态或非稳态气体,测量了马赫反射三波点位置高度,验证了马赫反射三波点轨迹线为波动的曲线,即自相似性对爆轰波马赫反射失效;非自相似性的重要特征是三波点轨迹线在楔角初始位置时基本遵循无反应冲击波理论计算结果,随后逐渐偏离并向有反应冲击波转变,之后接近平行于反应冲击波理论计算并稳定地处于两个理论值之间.最后给出在初始压力为10kPa和楔角为30°的条件下,对于所研究的3种气体,其马赫反射三波点发生转变的位置高度分别约为0.8,1.05cm以及0.5cm,可见相同初始条件下非稳态气体的马赫反射发生转变比稳态气体提前.

关键词：气相爆轰马赫反射三激波理论非自相似性胞格结构

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气相爆震波马赫反射转变机理的实验研究

推进技术 2016年第4期37卷 608-616页

作者：刘杰杜忠华南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

在矩形爆震管道中,选用具有规则胞格结构的高浓度氩气稀释稳态气体C2H2-2.5O2-8.17Ar及不规则胞格结构的非稳态气体C2H2-5N2O,利用纹影和烟膜实验对CJ爆震状态下的爆震波发生马赫反射的转变机理进行了研究。在楔角为30°,5k Pa初始条件... 详细信息

在矩形爆震管道中,选用具有规则胞格结构的高浓度氩气稀释稳态气体C2H2-2.5O2-8.17Ar及不规则胞格结构的非稳态气体C2H2-5N2O,利用纹影和烟膜实验对CJ爆震状态下的爆震波发生马赫反射的转变机理进行了研究。在楔角为30°,5k Pa初始条件下,C2H2-2.5O2-8.17Ar马赫反射转变时马赫杆临界高度约为1.25cm,过驱胞格结构出现的最小距离略小于胞格长度的1/3;C2H2-5N2O马赫反射转变时马赫杆临界高度约为1.5cm,由于其胞格结构不规则,故难以衡量过驱胞格结构出现的位置。实验结果表明:爆震波马赫反射三波点运动轨迹特征为在初始阶段遵循无反应冲击波理论,随后马赫反射发生转变使得运动轨迹逐渐平行于反应冲击波理论,从而验证了爆震波开始形成前导激波马赫反射,由于CJ区域内三波点的介入引起扰动,最终在马赫反射区形成过驱爆震的过程。

关键词：气相爆震马赫反射胞格结构过驱

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气相爆轰胞格结构和马赫反射数值模拟

爆炸与冲击 2001年第3期21卷 161-167页

作者：张德良谢巍郭长铭胡湘渝中国科学院力学研究所高温气体动力学开放实验室北京100080 中国科学技术大学力学与机械工程系安徽合肥230027

采用简化二阶段化学反应模型和改进的高精度时空守恒方法 (CE/SE)对二维可燃气体DDT过程和爆轰波在楔面上的马赫反射进行了数值模拟。

关键词： DDT过程爆轰波马赫反射 CE/SE方法胞格结构气相

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铅飞层中斜冲击波对碰马赫反射行为实验研究

爆炸与冲击 2019年第4期39卷 114-118页

作者：张崇玉胡海波王翔刘宁文中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院四川绵阳621999

采用线阵多普勒光纤探针测速技术(Doppler pins system,DPS)和高速光电分幅相机照相两种精密诊断技术,对铅飞层中斜冲击波对碰后的反射行为进行了观测。获得了飞层对碰部位速度-时间历史曲线和凸起形貌演化图像,给出了凸起轮廓发展演化... 详细信息

采用线阵多普勒光纤探针测速技术(Doppler pins system,DPS)和高速光电分幅相机照相两种精密诊断技术,对铅飞层中斜冲击波对碰后的反射行为进行了观测。获得了飞层对碰部位速度-时间历史曲线和凸起形貌演化图像,给出了凸起轮廓发展演化过程、压力分布等实验数据和信息。结合冲击波反射理论,对铅飞层对碰区动力学现象进行了分析和解释,证实铅飞层中斜冲击波对碰后发生了马赫反射。

关键词：铅飞层斜冲击波对碰马赫反射线阵DPS 高速光电分幅相机

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准定常强激波马赫反射波形的数值研究

空气动力学学报 2008年第4期26卷 456-461页

作者：高云亮李进平胡宗民姜宗林中国科学院高温气体动力学重点实验室中国科学院力学研究所北京100080 第二炮兵工程学院陕西西安710025

应用DCD频散控制激波捕捉格式,求解二维、多组分、带有化学反应的Euler方程组,数值模拟了准定常强激波的马赫反射问题。研究结果表明:与经典马赫反射理论相比,在强激波条件下,激波诱导的气体分子振动激发和化学反应使马赫反射的三波点... 详细信息

应用DCD频散控制激波捕捉格式,求解二维、多组分、带有化学反应的Euler方程组,数值模拟了准定常强激波的马赫反射问题。研究结果表明:与经典马赫反射理论相比,在强激波条件下,激波诱导的气体分子振动激发和化学反应使马赫反射的三波点轨迹角变小、马赫杆高度变低、楔顶附体激波倾角变小;马赫杆的相对突出量随入射激波马赫数和楔角的增大而增大,而气体分子的振动、离解等真实气体效应能进一步加剧马赫杆的向前突出。

关键词：准定常流强激波马赫反射马赫杆突出

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预混气爆轰马赫反射实验研究

推进技术 2017年第11期38卷 2572-2579页

作者：赵焕娟严屹然张英华刘杰北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为研究斜爆轰马赫反射的实验现象以及不稳定性对马赫反射的影响,在矩形爆轰管道中,对3种预混气的马赫反射现象进行了实验研究,取得烟膜记录。烟膜结果显示,三波点高度在楔角附近与无反应三激波理论类似,随后逐渐偏向反应三激波理论,三... 详细信息

为研究斜爆轰马赫反射的实验现象以及不稳定性对马赫反射的影响,在矩形爆轰管道中,对3种预混气的马赫反射现象进行了实验研究,取得烟膜记录。烟膜结果显示,三波点高度在楔角附近与无反应三激波理论类似,随后逐渐偏向反应三激波理论,三波点实际高度由反应实际放热量决定,三种气体偏转始末距离与结束偏转距离之比平均值分别为0.42,0.49,0.31,与三者活化能大小关系相符合。胞格结构随初始压力增大而渐趋规律,胞格尺寸也逐渐减小,由CJ区域到过驱区域胞格结构存在明显的转变。横波是影响斜爆轰稳定的重要因素,压力增大可抑制分子的无规则运动,使横波出现的位置更加集中,胞格更为规律。预混气爆轰不稳定度大的气体横波出现的时空位置更不易确定,胞格结构更不规律,胞格尺寸较小。

关键词：气相爆轰马赫反射爆轰不稳定性胞格结构活化能

频散可控格式的一种推广形式及其在爆轰波马赫反射中应用

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计算物理 2005年第3期22卷 189-196页

作者：常利娜张德良胡宗民姜宗林中国科学院力学研究所实验室北京100080

　频散可控格式是高精度捕捉激波的新格式.对原有频散可控格式(DCD)进行了推广,给出了适用于网格点排列不规则情况下的DCD格式,使其具有更广泛的适应性,在此基础上构造了在非结构三角形网格下的DCD格式.用一些典型算例对推广后的DCD格... 详细信息

　频散可控格式是高精度捕捉激波的新格式.对原有频散可控格式(DCD)进行了推广,给出了适用于网格点排列不规则情况下的DCD格式,使其具有更广泛的适应性,在此基础上构造了在非结构三角形网格下的DCD格式.用一些典型算例对推广后的DCD格式进行检验,结果表明该格式是合理和可靠的,并能够较好地保留原有DCD格式的二阶精度.把推广后的DCD格式和具有8种组分和20个化学反应的基元反应模型相结合,对氢氧爆轰波在直管道中的传播问题及楔面上马赫反射问题进行计算,计算结果和实验结果比较表明,在非结构三角形网格下的DCD格式能够有效地捕捉爆轰波,在爆轰波阵面上不会产生振荡或是抹平间断现象.

关键词：马赫反射推广形式可控频散 CD格式三角形网格应用爆轰波阵面捕捉激波反应模型化学反应二阶精度结果比较计算结果非结构高精度不规则网格点适应性排列算例楔面氢氧间断

不稳定性对爆轰波楔面马赫反射的影响规律研究

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计算力学学报 2016年第4期33卷 576-581页

作者：宁建国李健北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

采用一种两步化学反应模型对胞格爆轰波的楔面马赫反射过程进行了数值研究,从而澄清和解释胞格不稳定性对马赫反射发展模式和自相似性的影响。考虑到反应欧拉方程源项的刚性问题,本文采用附加RungeKutta方法耦合非刚性对流项和刚性反应... 详细信息

采用一种两步化学反应模型对胞格爆轰波的楔面马赫反射过程进行了数值研究,从而澄清和解释胞格不稳定性对马赫反射发展模式和自相似性的影响。考虑到反应欧拉方程源项的刚性问题,本文采用附加RungeKutta方法耦合非刚性对流项和刚性反应源项,对流项的离散采用五阶精度的WENO格式。计算结果表明,对于稳定胞格爆轰波而言,其马赫反射过程本质上与ZND爆轰波的马赫反射是一致的,整体上不存在自相似性,胞格不稳定性只是造成了三波点轨迹线局部小振幅的波动。在楔面顶点附近,由于马赫杆是强过驱的,爆轰波的马赫反射过程是自相似的。在远场,爆轰波马赫反射的三波点轨迹线渐近的趋向于一条直线,说明重新获得了自相似性。对于不稳定的爆轰波,由于自身的不稳定性可以与马赫反射的强度相匹配,定义其三波点的轨迹是困难的,进行自相似性分析没有意义。

关键词：爆轰波马赫反射自相似性稳定性特征尺度