Численное моделирование детонации гетерогенных конденсированных взрывчатых веществ
Для исследования детонационных явлений в конденсированных взрывчатых веществах (ВВ) был создан двумерный численный код CEDI (Condensed Explosives Detonation and Initiation) на основе высокого порядка MUSCL TVD конечно-объемных схем. Вычисления потоков через грани контрольного объема производилось с использованием безитерационного римановского солвера HHLC (Batten, Leschziner, & Goldberg, 1997).
Решение задачи Римана для веществ со сложными уравнениями состояния представляет большую вычислительную проблему. Применение "метода релаксации энергии" (Coquel F., Perthame B. 1998) позволило создать быстрый и точный алгоритм для решения этой задачи.
Описания реальной гетерогенной (пористой) структуры реагирующих ВВ в разработанном коде производилось моделью двухфазной среды, состоящей из основной несущей фазы, представвляющей собой ударно-сжатое исходное ВВ, либо продукты детонации, либо их смесь, и, в качестве второй фазы, поры, заполненные воздухом или вакуумированные. Применялось односкоростное приближение. Двумерные уравнения Эйлера были дополнены подмоделью вязко-пластического течения вокруг деформируемых пор, и моделями химической кинетики реагирующих ВВ. Химические превращения в объеме реагирующего ВВ описывались по аррениусовскому типу кинетики совместно с моделью поверхностного горения зерен ВВ.
Уравнения состояния для ВВ и продуктов детонации были постороены с применением уравнений Ми-Грюнайзена аналогично известному HOM подходу Mader-а, но со значительными улучшениями, повысившими точность вычисления термодинамических величин в реагирующем течении. Поскольку в модели ВВ учитывается деформация пор, созданные уравнения состояния позволяют проводить моделирование детонации в широком диапазоне начальной плотности ВВ.
В качестве примера использования кода CEDI будут приведены результаты численных исследований влияния диаметра заряда на скорость детонации, структуру течения и кривизну фронта детонационной волны (ДВ) как для свободных зарядов, так и зарядов в оболочке. Также будет показана зависимость кривизны фронта ДВ и ее скорости от толщины стенки стальной оболочки. Будут приведены зависимости скорости ДВ от начальной плотности ВВ. Для детонации низкоплотных зарядов ВВ будет продемонстрировано явление обращения кривизны фронта ДВ в зарядах со стальной оболочкой.
To reports list
|
