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1-27 钝感炸药非理想爆轰波传播的LS方法张 旭 陈森华 柏劲松 李 平理想与非理想爆轰波的传播规律是爆轰物理研究的重要问题之一，尤其是复杂几何形状炸药中爆轰波波阵面传播过程的描述是炸药驱动装置设计中的一个重要课题。严格地说，爆轰是流体力学和化学反应动力学相互耦合的一种复杂过程，爆轰传播是建立在一定模型基础上的反应流体动力学问题。但是完全真实地描述凝聚态爆轰介质的化学反应非常困难，要想进行真实反应动力学模拟，使之适用于工程计算是不可能的。因而人们把爆轰波波阵面、反应区和波后流场进行解耦处理，形成了爆轰冲击波动力学理论。 在爆轰数值模拟过程中，主要关心冲击引爆前期的引发、增长阶段直至平面一维稳态爆轰的描述；爆轰波的理想与非理想传播，即弯曲爆轰波波阵面的传播及边界稀疏效应与阵面曲率的关系，临界直径与熄爆区的描述；爆轰波波后流场的正确模拟等。 在数值模拟过程中所建模型的可靠性依赖于与实验图像、结果的对比。在很多爆轰工程问题中，需要对爆轰波阵面进行模拟，其中 DSD方法和爆轰波阵面追踪方法能有效地进行模拟运算。文献给出的基于DSD物理模型的数值方法（LS方法）能够有效地对爆轰波阵面进行模拟。但由于很多非理想爆轰情形，边界弯曲，传统的有限差分方法采用笛卡尔坐标系，采用两簇线覆盖计算域，对于弯曲边界很难精确拟合，因而其计算精度一般低于内网格的计算。由于网格生成技术的发展，对于物理面采用贴体坐标系，通过坐标变换，把不规则的物理求解域转换为规则的计算域，把曲边界变换为直边界，网格结点落在边界上，使数值计算方便而准确。在贴体坐标系中以LS（Level Set）函数描述空间中弯曲爆轰波波阵面，根据LS函数值确定弯曲爆轰波波阵面的位置。
实验结果表明，普通炸药爆轰时，由于反应区宽度很小，爆轰波波阵面曲率对爆轰波法向爆速影响不大，爆轰波速度基本上是常值，这时曲面爆轰波的传播用几何光学的Huyens原理来描述就可以获得较好的结果。而对于钝感炸药中二维爆轰波的传播问题，因为炸药具有几毫米的反应区结构，以致炸药的反应速率和爆轰波波速明显同爆轰波波阵面曲率有关。 本文通过实验和理论获得的爆速曲率关系，在贴体坐标系中应用 LS函数对凝聚态炸药非理想爆轰波的传播进行数值模拟，对钝感炸药的二维非理想爆轰波进行了计算，证明用LS方法计算可行，同时表明我们提出的差分格式是稳定的，采用贴体坐标系可使边界条件处理大为简化，便于向三维推广。曲边边界模型计算举例见图1、图2。 |
