论文摘要
金属冲击射流形成、失稳和颗粒化断裂问题的理论和数值模拟,是当前冲击动力学研究和工程应用研究中的重要课题;尤其是,对于近年来工程物理中普遍关注的高压动载荷下金属材料表面微喷射研究具有重要的现实意义。基于这一应用背景,本论文的研究工作主要集中在以下几个方面:1.平面来流非对称碰撞形成射流的理论研究。针对目前国内外非对称构形下金属射流形成问题的研究不足,首次在解椭圆上建立了平面来流非对称碰撞形成射流问题的方程组封闭条件,提出了非对称射流形成的几何理论,具体推导了射流形成的临界条件和出流公式。采用理论预测、欧拉程序模拟并结合实验,系统地研究了距离来流交汇点无限远和有限远两类典型碰撞情况下,存在稳态出流的来流交汇条件和出流规律,以及初始非对称因素如:来流厚度比、初始交汇状态和碰撞角等对形成射流和杵体的影响;并讨论了其他理论模型的适用性。本研究提出的非对称射流形成的几何理论,在较广的非对称碰撞条件下,与实验和数值计算结果一致性较好,弥补了以往近似理论的不足。2.金属冲击射流的失稳和断裂机理研究。建立了射流失稳断裂的近似理论:基于哈密顿原理,推导和建立了能够比较全面描述金属射流拉伸失稳的运动方程,编制了相应计算程序,该方程耦合了射流强度、剪切、应变率效应、动力学粘性、表面张力、气动阻力和惯性力等多种因素对射流稳定性的影响。推导了射流失稳的小扰动方程,具体分析了影响金属射流稳定性的各种因素,并由数值解定量给出其影响大小,以及最不稳定波长与初始应变率乘积λ_m(?)_o值的变化范围;从理论上得到了相邻颗粒的速度差公式和断裂颗粒数目;给出了金属射流断裂的时间判据和近似理论公式,与射流实验点、Chou&Carleone公式比较,符合较好。3.工程物理中微喷射问题的应用研究。首次将建立的描述金属冲击射流形成、失稳和颗粒化断裂的近似理论,应用于对高压动载荷下金属表面微尺度射流形成、断裂和喷射场颗粒度分布规律研究。模拟了典型金属材料的沟槽微射流实验,对金属表面微粒喷射场的粒径分布和速度分布特征进行理论估计,得到了与LANL实验全息测量定性一致的结果,研究表明微射流拉伸断裂机制是形成金属表面喷射场前端高速颗粒喷射物的主要原因。本研究是对金属表面喷射混合问题研究的探索性新尝试,并为后期流场中喷射颗粒的气粒两相混合研究提供了较为真实的输入条件。本文的研究工作和相关研究成果对于金属冲击射流形成、断裂的机理研究和高压动载荷下金属材料表面喷射混合问题研究,具有重要的理论参考价值。
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标签：金属射流论文; 非对称碰撞论文; 出流规律论文; 失稳因素论文; 射流断裂论文; 金属微喷射论文; 沟槽微射流论文; 颗粒度分布论文; 数值模拟论文;