蒸汽爆炸推进机理的数值研究

纪延亮 周本谋 黄亚冬 李俊伟

纪延亮, 周本谋, 黄亚冬, 李俊伟. 蒸汽爆炸推进机理的数值研究[J]. 高压物理学报, 2016, 30(5): 427-433. doi: 10.11858/gywlxb.2016.05.013
引用本文: 纪延亮, 周本谋, 黄亚冬, 李俊伟. 蒸汽爆炸推进机理的数值研究[J]. 高压物理学报, 2016, 30(5): 427-433. doi: 10.11858/gywlxb.2016.05.013
JI Yan-Liang, ZHOU Ben-Mou, HUANG Ya-Dong, LI Jun-Wei. Numerical Analysis of Propulsion Mechanism ofBoiling Liquid Expanding Vapor Explosion[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2016, 30(5): 427-433. doi: 10.11858/gywlxb.2016.05.013
Citation: JI Yan-Liang, ZHOU Ben-Mou, HUANG Ya-Dong, LI Jun-Wei. Numerical Analysis of Propulsion Mechanism ofBoiling Liquid Expanding Vapor Explosion[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2016, 30(5): 427-433. doi: 10.11858/gywlxb.2016.05.013

蒸汽爆炸推进机理的数值研究

doi: 10.11858/gywlxb.2016.05.013
基金项目: 

瞬态物理国家重点实验室基金 KX21373

详细信息
    作者简介:

    纪延亮(1987-), 男, 博士研究生, 主要从事流体力学研究.E-mail:jyl432@163.com

    通讯作者:

    周本谋(1962-), 男, 博士, 教授, 主要从事流体力学研究.E-mail:bmzhou@njust.edu.cn

  • 中图分类号: O359.1

Numerical Analysis of Propulsion Mechanism ofBoiling Liquid Expanding Vapor Explosion

  • 摘要: 蒸汽爆炸(BLEVE)是一种剧烈的相变现象,可应用于推进、发射等领域。采用VOF(Volume of Fraction)模型对蒸汽爆炸的两相流场变化过程进行了数值模拟,并根据流场参数的变化对Navier-Stokes方程中的源项进行动态优化,同时采用非结构化动网格技术追踪弹丸的运动轨迹。选取3种温度的过热水,模拟了不同填装量条件下过热水的蒸汽爆炸过程,并对流场压力、流体膨胀速率、相变过程和弹丸加速情况进行了对比分析。结果表明,蒸汽爆炸的产生条件较简单,能量转换迅速,膨胀的混合流体在数十毫秒内便可将弹丸发射出膛。

     

  • 图  BLEVE的二维仿真模型

    Figure  1.  Two-dimensional simulation model of BLEVE

    图  计算结果对比

    Figure  2.  Comparison of calculated results

    图  初始温度为403 K、填装量为70%时BLEVE的液相组分和压力分布

    Figure  3.  Liquid fraction and pressure distributions of BLEVEwith initial temperature of 403 K and filling ratio of 70%

    图  爆炸腔内流体动能和涡量分布

    Figure  4.  Kinetic energy and vorticity distributions in explosion cavity

    图  初始温度为403 K、填装量为70%时AB两点的压力-时间曲线

    Figure  5.  Pressure-time curves at points A and B with theinitial temperature of 403 K and filling ratio of 70%

    图  初始温度为403 K、填装量不同时BLEVE过程中弹丸速度变化曲线

    Figure  6.  Velocity curves of bullet for the BLEVE withdifferent filling ratios at initial temperature of 403 K

    图  填装量为50%、初始温度不同的BLEVE过程中弹丸速度变化曲线

    Figure  7.  Velocity curves of bullet for the BLEVE with afilling ratio of 50% at different initial temperatures

    图  初始温度不同时BLEVE的流场速度和压力分布

    Figure  8.  Field velocity and pressure distributions ofBLEVE at different initial temperatures

    图  初始温度不同时A点的压力-时间曲线

    Figure  9.  Pressure-time curves at point A at different initial temperatures

  • [1] REID R C.Possible mechanism for pressurized-liquid tank explosions or BLEVE's[J].Science, 1979, 203(4386):1263-1265. doi: 10.1126/science.203.4386.1263
    [2] ABBASI T, ABBASI S A.The boiling liquid expanding vapour explosion (BLEVE):mechanism, consequence assessment, management[J].J Hazard Mater, 2007, 141(3):489-519. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.09.056
    [3] PINHASI G A, ULLMANN A, DAYAN A.1D plane numerical model for boiling liquid expanding vapor explosion (BLEVE)[J].Int J Heat Mass Transf, 2007, 50(23/24):4780-4795. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931007002335
    [4] CHEN S, SUN J, WAN W.Boiling liquid expanding vapor explosion:experimental research in the evolution of the two-phase flow and over-pressure[J].J Hazard Mater, 2008, 156(1):530-537. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18261848
    [5] 尚拓强, 陈思凝, 张东胜, 等.沸腾液体扩展蒸汽爆炸初期演化过程的数值模拟[J].北京化工大学学报(自然科学版), 2012, 39(4):101-105. doi: 10.3969/j.issn.1671-4628.2012.04.020

    SHANG T Q, CHEN S N, ZHANG D S, et al.Numerical simulation of the initial evolution of a boiling liquid expanding vapor explosion[J].Journal of Beijing University of Chemical Technology (Natural Science Edition), 2012, 39(4):101-105. doi: 10.3969/j.issn.1671-4628.2012.04.020
    [6] 袁明豪, 杨燕华, 李天舒, 等.使用界面追踪对膜态沸腾的数值研究[J].计算物理, 2008, 25(5):576-584. doi: 10.3969/j.issn.1001-246X.2008.05.009

    YUAN M H, YANG Y H, LI T S, et al.Numerical study on film boiling with interface tracking[J].Chinese Journal of Computational Physics, 2008, 25(5):576-584. doi: 10.3969/j.issn.1001-246X.2008.05.009
    [7] YE X Y, TANG F, DING H Q, et al.Study of a vaporizing water micro-thruster[J].Sens Actuators A, 2001, 89(1/2):159-165. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dbd065e85e0786373ceb150dc85c7e41
    [8] SCHARLEMANN C A. Investigation of thrust mechanisms in a water fed pulsed plasma thruster[D]. Columbus, USA: The Ohio State University, 2003.
    [9] JI Y, ZHOU B, LIU Z, et al.The mechanism of propulsion effect of BLEVE based on discharge[J].J Phys Conf Ser, 2013, 418(1):012015. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=8544714
    [10] 孙东亮, 徐进良, 王丽, 等.求解两相蒸发和冷凝问题的气液相变模型[J].西安交通大学学报, 2012, 46(7):7-11. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xajtdxxb201207002

    SUN D L, XU J L, WANG L, et al.A vapor-liquid phase change model for two-phase boiling and condensation[J].Journal of Xi'an Jiaotong University, 2012, 46(7):7-11. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xajtdxxb201207002
    [11] LIN W, GONG Y, GAO T, et al.Experimental studies on the thermal stratification and its influence on BLEVEs[J].Exp Therm Fluid Sci, 2010, 34(7):972-978. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2010.03.001
    [12] TALEBI S, ABBASI F, DAVILU H.A 2D numerical simulation of sub-cooled flow boiling at low-pressure and low-flow rates[J].Nucl Eng Des, 2009, 239(1):140-146. doi: 10.1016/j.nucengdes.2008.09.007
  • 加载中
图(9)
计量
  • 文章访问数:  6784
  • HTML全文浏览量:  2701
  • PDF下载量:  95
出版历程
  • 收稿日期:  2015-04-27
  • 修回日期:  2015-11-23

目录

    /

    返回文章
    返回