金屬衝擊射流和微射流的形成、斷裂和顆粒化分布研究

《金屬衝擊射流和微射流的形成、斷裂和顆粒化分布研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由石藝娜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬衝擊射流和微射流的形成、斷裂和顆粒化分布研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：石藝娜
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

衝擊載荷作用下金屬射流的形成、失穩和斷裂過程，特別是金屬表面微缺陷形成射流噴射過程的理論及套用研究，是當前衝擊動力學領域的前沿課題，具有重要的軍事和工程套用背景。本項目將從研究金屬衝擊射流的形成條件、斷裂機理出發，建立較全面描述金屬衝擊射流失穩、斷裂的分析理論和數值程式，定量分析影響射流穩定性的各種因素及其大小，套用於金屬表面微缺陷射流的顆粒化斷裂研究；結合國內外金屬微噴射實驗及相關理論和計算結果，模擬給出高速衝擊下典型金屬微射流噴射場粒子的粒徑、速度分布特徵，以及載入條件、材料表面缺陷形貌等對微射流噴射量和噴射場顆粒度分布規律的影響。本項目為深入認識射流斷裂機理和金屬表面微噴射形成過程提供理論基礎，也為進一步研究噴射場粒子演化特徵和氣粒兩相運動提供真實的初始條件。

結題摘要

衝擊載荷作用下金屬射流的形成、失穩和斷裂過程，特別是金屬表面微缺陷形成射流噴射過程的理論及套用研究，是當前衝擊動力學領域的前沿課題，在軍事和工程套用中具有重要的現實意義。基於這一背景，本項目重點研究了金屬射流的形成條件、失穩和斷裂機理，以及在金屬表面微射流噴射問題中的套用等三個方面內容。在射流形成研究中，推導並建立平面斜激波非對稱碰撞射流的形成理論，包括方程組封閉條件、射流形成的臨界條件和出流表達式等，結合數值研究獲得了兩類典型碰撞下穩態出流的形成差異和非對稱因素的影響規律。該理論在較廣的非對稱碰撞條件下，與實驗和數值計算結果一致性較好，並且涵蓋了已有的理論模型。自主研製和發展了基於MEPH歐拉程式的高精度界面重構方法、多介質模型封閉性方法，並成功用於本項目射流形成問題模擬。在射流斷裂研究中，推導建立了高速衝擊下金屬射流失穩斷裂的研究理論、模擬方法和數值程式，能夠較全面地描述射流斷裂過程的詳細信息，實現對金屬射流失穩、斷裂過程及其影響規律的多因素耦合分析和定量模擬。將其套用於金屬表面微射流形成噴射問題，數值研究給出金屬表面溝槽微射流形成的臨界條件，以及材料表面缺陷形貌、衝擊壓力和載入速率等的影響規律。結合美國LANL全息實驗結果，實現對金屬表面溝槽微射流形成和顆粒化的物理建模，噴射場粒子的粒徑、速度分布模擬和顆粒度影響因素分析，獲得與LANL實驗全息測量較一致的結果。本項目為深入認識射流斷裂機理和金屬表面微射流形成噴射過程提供理論基礎，對於實際工程問題研究具有重要借鑑意義。