爆轰驱动的多流体系统数值模拟及应用研究

本项目主要在四个方面开展了相关的研究工作。.1.构造了反应流的移动网格上动理学格式。利用BGK模型的Chapman-Enskog展开可以得到流体力学方程组，这里利用BGK模型推导了含化学反应的流体力学方程组，它通过在模型方程中增加自由度的途径可以实现，并利用含化学反应的方程组积分形式构造了移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法得到网格速度, 最后利用时间精确的动理学数值方法构造数值通量, 从而得到移动网格单元上新的物理量.由于化学反应区结构的复杂性，这种格式充分考虑含化学反应的流体的特点，结合移动网格方法，很容易提高格式的分辨率。 一维与二维的数值实验表明这种格式具有高精度、高分辨率的特点..2. 研究了可压LB模型在爆轰流体模拟中的应用。LB（LatticeBoltzmann）方法起源于复杂系统复杂行为研究的格子气或元胞自动机模型；现代版的LB Model (LBKM) 植根于非平衡统计物理学的基本方程—Boltz mann 方程。这里主要研究单松弛因子和多松弛因子LBKM 构建的统一理论，介绍其在非平衡与多相复杂系统研究方面的应用。简单列举LB 在多相流、可压流、材料动理学等方面的进展，重点介绍使用LB 研究流体界面不稳定性、燃烧等问题的工作。通过研究发现，LB方法不仅适用可以用于可压缩流体问题，通过宏观量研究系统的非平衡行为、可以提供系统偏离热力学平衡引发的宏观效应是LBKM 建模优越于宏观连续介质建模的地方；这类研究结果可以为现有程序或软件中宏观模型的改进（例如修正项的构造）提供物理参考。.3.研究了爆轰驱动的多相流体系统演化的数值模拟方法。本项目内容之一研究了有限体积格式框架下的数值方法，主要涉及有混合单元物理量的构造、界面数值通量的设计、网格的移动策略以及反应率函数的建模等，具体地讲研究了混合单元的物理量的构造。基于化学反应区反应物与产物的状态量与反应进程量的关系，构造混合物状态方程的近似表达式，得到混合物声速、温度与压力等物理量，这是复杂状态方程数值模拟的难点。然后根据混合单元的物理量，设计高效、稳定的迭代方法，求解反应区的多相流的黎曼问题，构造数值通量。.4.研究方法初步应用最后将研究成果应用于钝感炸药的数值模拟，特别是模拟含JWL类状态方程的反应流体问题，得到一些初步的结果。