爆轰流体的基于质量分数模型的动理学数值方法

摘要

爆轰是武器物理研究的一个重要环节,它是流体力学与化学反应动力学相互耦合的一个复杂过程.爆轰过程中,流体运动的图象是非常复杂的,爆轰波前沿是冲击波阵面,它伴随化学反应能量的释放,爆轰产生的压强可以达到数十万个大气压.当如此强的冲击波在介质(包括炸药)内进行传播时,波后物质可视作流体.实际介质内往往存在着大量的孔隙、杂质、颗粒等局部微介观结构,冲击波扫过区域属于典型的复杂、多相流体系统.这一系统的演化涉及到多尺度、动态物理场的演化,动力学和热力学非平衡效应显著,其模拟和分析均具有较强的挑战性.本文利用含质量分数的BGK模型构造了爆轰流体力学的动理学数值方法，首先利用含质量分数的BGK模型构造推导出对应得爆轰流体力学方程，利用分裂格式处理反应中释放能量与流体的能量，并将它与动理学数值方法藕合起来，数值实验证明这种方法对稳定的与非稳定的爆轰问题有比较好的分辨率。