Page 75 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 第 9 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 9
2025 年 9 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Sept., 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0333

含空穴炸药硝基甲烷冲击转爆轰过程的数值模拟 *

肖 敏 ，王 成 ，杨同会 3
1
2
（1. 中国石油大学（北京）理学院，北京 102249；
2. 北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室，北京 100081；
3. 清华大学航天航空学院，北京 100084）

摘要： 为研究冲击波加载下含空穴液体炸药硝基甲烷的起爆过程，提出了一种基于水平集方法的欧拉多介质计
算方法。采用反应欧拉方程组作为控制方程，通过水平集方法追踪化学反应混合物与空穴之间的界面。为提高计算
方法的鲁棒性，在界面附近的计算单元内应用修正的虚拟流体方法，将多介质问题转化成单介质问题。对于这 2 种流
体，均采用高阶加权本质无振荡（weighted essentially non-oscillatory, WENO）有限差分方法计算单元边界的数值通量，使
得模拟结果具有高可靠性。由于 Jones-Wilkins-Lee (JWL) 状态方程与理想气体状态方程形式差别很大，爆轰产物的质
量分数又直接影响了化学反应区内守恒变量与原始变量的相互转化过程，难以给出爆炸混合物状态方程的显式表达
形式，因此发展了一种能够解决以上难题的虚拟流体状态预测方法。通过求解涉及化学反应的复杂多介质黎曼问题，
获得界面两侧虚拟流体的变量状态。对不同强度冲击波加载下硝基甲烷与空穴的相互作用问题开展了数值模拟，结
果表明提出的计算方法能够捕捉到空穴压缩、塌陷、闭合以及消失后的流体动力学全过程。
关键词： 液体硝基甲烷；空穴塌陷；多介质界面；水平集方法；虚拟流体
中图分类号： O381 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Numerical simulation for shock to detonation process of explosive
nitromethane containing cavities

1
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XIAO Min , WANG Cheng , YANG Tonghui 3
（1. College of Science, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;
2. State Key Laboratory of Explosion Science and Safety Protection, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
3. School of Aerospace Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China）

Abstract: In order to study the initiation process of liquid explosive nitromethane containing cavities under shock wave
loading, an Eulerian multi-material computational approach based on the level set method was developed. The reactive Euler
equations were adopted as the governing equations, the level set method was utilized to track the multi-medium interface
between the chemical reaction mixture and the cavity. To improve the robustness of calculation method, the modified ghost
fluid method was applied in computational cells near the interface. Based on the modified ghost fluid method, a multi-medium
problem was transformed into a single media problem. For these two fluid phases on both sides of the interface, the high order
weighted essential non-oscillatory finite difference method was implemented to calculate the numerical fluxes on cell
boundary, making the simulation results reliable. However, the Jones-Wilkins-Lee equation of state differs greatly from the
ideal gas equation of state. In addition, the mass fraction of detonation product directly affects the transformation process

* 收稿日期： 2024-09-09；修回日期： 2025-04-10
基金项目： 国家自然科学基金（12102052，12221002）；中国石油大学（北京）科研基金（2462023YJRC008）；
北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室基金（6142A05QN23005）
第一作者： 肖 敏（1992－ ），女，博士，讲师，xiaomin@cup.edu.cn
通信作者： 王 成（1972－ ），男，博士，教授，wangcheng@bit.edu.cn

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