[發明專利]一種基于廣義黎曼解法器的爆炸反應流高精度預測方法

在審

• 申請號: 202110771451.5
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113591345A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王成;肖敏;昝文濤;楊同會
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種基于廣義黎曼解法器的爆炸反應流高精度預測方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟1：建立直角坐標系，定義x方向以及y方向的空間步長，在計算區域內設置(M+1)*(N+1)個計算單元，記為單元(i,j)，其中i＝0,1,…,M，j＝0,1,…,N；

步驟2：根據初始條件定義初始時刻計算區域內所有計算單元的水平集函數以及未燃氣體和已燃氣體的流體物理量，包括密度、x方向的運動速度、y方向的運動速度以及壓力；

步驟3：建立可壓縮反應流體的控制方程組，并且設置邊界條件；

步驟4：計算更新未燃氣體和已燃氣體守恒量的時間步長；

步驟5：根據平流方程更新水平集函數，并進行重新初始化，求解爆轟或爆燃界面的演化過程；

步驟6：根據水平集函數的數值定義爆轟或爆燃界面的幾何參數；

步驟7：在界面附近的計算單元內根據延拓方程構造虛擬流體；

步驟8：在爆轟或爆燃界面附近的計算單元內，構造并求解含爆轟波或爆燃波的黎曼問題，計算得到爆轟波或者爆燃波兩側的物理量狀態，包括密度、運動速度、壓力以及比內能；

步驟9：根據含爆轟波以及爆燃波的黎曼解，構造未燃氣體和已燃氣體沿著界面的守恒量交換項；

步驟10：根據修正的有限體積方法，構造控制方程組的守恒型離散格式；

步驟11：結合兩步四階Lax-Wendroff方法以及守恒界面方法，實現對爆轟以及爆燃問題的數值通量高精度構造，并代入修正的有限體積離散格式，更新未燃氣體以及已燃氣體的守恒量；兩步四階Lax-Wendroff方法能夠將四階精度算法的時間推進步驟減少一半，從而顯著提高計算效率，但是主要應用于單介質流體運動問題；因此需要應用水平集方法和虛擬流體方法，精確地捕捉多介質界面位置，并且將多介質問題轉化為單介質問題；守恒界面方法是基于水平集方法和虛擬流體方法的聯合算法進行發展的；水平集方法能夠快捷且準確地處理界面的拓撲變化，精確地捕捉多介質界面的演化過程；虛擬流體方法能夠巧妙地將多介質問題轉化為單介質問題，從而有效抑制多介質界面問題的非物理振蕩；通過求解含爆轟波或者爆燃波的黎曼問題，守恒界面方法能夠改善爆炸反應流問題的非守恒性缺陷，提高爆轟和爆燃過程預測結果的可靠性；因此需要將兩步四階Lax-Wendroff方法與守恒界面方法結合，實現對于爆轟以及爆燃過程的高精度預測，同時顯著提高高精度預測爆轟以及爆燃過程的計算效率；

步驟12：根據時間步長Δt判斷第n步計算時間tⁿ與終止時刻T的關系，若tⁿ+Δt≤T，則tⁿ⁺¹＝tⁿ+Δt，返回步驟3，更新下一時刻的守恒量Uⁿ⁺¹；否則Δt＝T-tⁿ，返回步驟3，求得終止時刻的守恒量，并且根據狀態方程計算終止時刻的質量、x方向的運動速度、y方向的運動速度以及壓力，循環結束；

輸出終止時刻所有計算單元的水平集函數、質量、x方向的運動速度、y方向的運動速度以及壓力，預測爆轟或者爆燃界面的位置及未燃氣體和已燃氣體所在區域，以及計算區域內流體的質量、x方向的運動速度、y方向的運動速度以及壓力。

2.如權利要求1所述的一種基于廣義黎曼解法器的爆炸反應流高精度預測方法，其特征在于：還包括步驟13：利用步驟1至步驟12進行爆轟和爆燃問題的預測，提高高精度預測方法的計算效率；同時有效解決非守恒問題，實現對爆轟和爆燃過程的可靠預測，進而解決爆炸力學領域相關工程技術問題；

所述爆炸力學領域相關工程技術問題包括武器彈藥設計與毀傷評估以及爆炸事故的防災減災。