项目名称: 凝聚炸药爆轰的高精度欧拉数值模拟方法及应用研究

项目编号: No.U1530145

项目类型: 联合基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 申义庆

作者单位: 中国科学院力学研究所

项目金额: 66万元

中文摘要: 由于实验设备、测量技术等方面的限制,数值模拟成为研究爆轰理论和应用的一种重要手段。凝聚态爆轰与气相爆轰有许多相似之处,但凝聚态爆轰更为复杂,对凝聚态爆轰的一些深层次问题的理解还很不清楚,凝聚炸药爆轰的数值模拟面临着各种挑战问题。本项目针对广泛应用于凝聚炸药爆轰研究的JWL状态方程,研究由其强非线性带来的数值求解困难及其对离散格式的要求,发展有效的对流迎风分离压力求解方法;结合爆轰波传播特征及典型流动参数,发展鲁棒的、高精度的激波判别方法;结合前两项研究,进一步发展爆轰波化学反应流动的耗散自适应的一致高精度欧拉数值方法;研究唯象化学反应速率方程的数值刚性效应及有效求解方法;在此基础上,开发高效的MPI并行和GPU 求解程序,通过对凝聚炸药典型爆轰问题的数值模拟研究,揭示并理解相关的物理现象,分析相关因素对爆轰物理规律的影响,为安全、有效的使用炸药及实际应用设计提供数值支持。

中文关键词: 凝聚炸药爆轰;计算流体力学;欧拉方法;耗散自适应;高精度数值模拟

英文摘要: Due to limitation of experimental equipment and measure techniques, numerical simulation becomes an important method for studying detonation theory and application. Condensed phase detonation has many characteristics similar as the gaseous phase detonation, but the former is more complicated. Many inherent issues of condensed phase detonation are still not clear, for example, the thermo-mechanical behavior of the material, the chemical reactions for the liberation of energy. In spite of this, some phenomenological, macro-scale models are constructed to study the detonation phenomena. The ignition-and-growth (IG) model has had considerable success in providing a framework within which different classes of experiments can be simulated and studied. In this project, for the Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state, which is widely used for studying detonation of condensed explosive, we will investigate the numerical issues caused by its high nonlinearity, and develop effective convective upwind splitting pressure (CUSP) Riemann solver; combining the detonation propagation characteristic and typical flow parameter to develop robust, high accurate shock/discontinuity detecting methods; and develop dissipation-adaptive uniform high-order accurate Eulerian numerical methods for simulating reactive flows of detonation. The numerical stiffness effect on the phenomenological chemical reaction rate equation and effective numerical methods will be studied. Based on these methods, the high performance code with MPI and GPU will be developed. Some typical problems of detonation of condensed explosive will be simulated to find out and understand the corresponding physical phenomenon and to analyze their mechanism. This project will provide numerical data for condensed explosive applications.

英文关键词: Detonation of condensed explosives;Computational fluid dynamics;Eulerian numerical method;Dissipation adaptive;High-order numerical simulation

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