Page 46 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 潘美霖，等： 基于贝叶斯深度主动学习的三维城市建筑群爆炸载荷快速预测 第 11 期

(1) 基于灵敏度分析的背景网格划分
网格尺寸的设置直接影响数值模拟的精度与效率 [28] 。一般而言，较大的网格尺寸可节省计算资源、
提高计算速度，但会损失模拟精度；较小的网格则能更准确地捕捉物理细节，但计算成本显著增加。利

用 blastFoam 中的 blockMesh 工具生成背景网
格，并通过网格灵敏度分析评估不同尺寸对计算
310
结果的影响，以兼顾精度与效率。参照表 1 中
的 648 种参数组合，随机选取一种基准工况，固 300
定其余参数，改变背景网格尺寸，分析测点 1 处 Δp 0 /kPa
超压峰值的变化。结果如图 3 所示：随着网格尺 290
寸的减小，超压峰值 Δp 逐渐增大并趋于稳定。 280
0
当网格尺寸为 30 m 时，测点 1 处的超压峰值已
接近稳定值（红色虚线代表超压峰值的稳定值）； 45 40 35 30 25 20
Grid size/m
进一步减小网格尺寸，结果仅在较小范围内波
动，而计算时间显著增加。因此，为平衡计算精 图 3 网格灵敏性分析
度与效率，最终选取 30 m 作为背景网格的最优 Fig. 3 Grid sensitivity analysis
尺寸。
(2) 自适应网格细化
AMR 能够根据物理场特征自动优化网格结构，在背景网格基础上对关键区域实施局部或动态加
密，从而提高数值模拟的计算精度。其中，局部网格细化主要针对建筑结构附近区域，而动态网格细化
则聚焦于冲击波传播前沿区域。
局部网格细化通过 snappyHexMesh 工具实现。由于冲击波在结构附近易发生反射、绕流等现象，导
致物理参数变化剧烈，加密该区域网格有助于捕捉更准确的波传播特征。细化等级设定为 0 时，结构附
近网格与背景网格尺寸相同；等级每提高一级，网格数量翻倍，例如等级 1 对应网格数量为背景的 2 倍，
等级 2 为 4 倍，以此类推。动态网格细化基于 dynamicMesh 工具完成。该方法实时追踪冲击波的位置、
速度与强度等参数，根据其传播特性自适应地加密波阵面区域的网格，从而精确捕捉冲击波传播过程中
的细节特征。动态细化的等级设置与局部细化方式一致，各等级对应的网格密度关系相同。为保证计
算精度与计算效率，数值模拟实验中最终指定局部细化和动态细化级别分别为 2 和 1。
1.2 数学模型与运算控制

本研究基于 blastFoam 求解器进行三维城市冲击波传播的数值计算。blastFoam 基于可压缩 Navier-
Stokes 方程，通过 phaseProperties 文件定义状态方程模型及其输运系数。对空气采用理想气体状态方程，
对 TNT 采用 Jones-Wilkins-Lee (JWL) 状态方程：
Å ã Å ã
ωρ R 1 ρ 0 ωρ R 2 ρ 0
p = A 1− e − ρ + B 1− e − ρ +ωρe (1)
R 1 ρ 0 R 2 ρ 0
e 为比内能；A、B 为压力常数，由实验标定，
式中： p 为压力； ρ 为当前密度； ρ 0 为初始未反应装药的密度；
R 2 为无量纲衰减系数，控制指数项衰减速率；ω 为热力学耦合系数，关联压力与内
控制高压段行为； R 1 、
能的非理想气体效应。
场景顶部及周边设置为流出边界条件以忽略冲击波反射影响。实验中不考虑地表及结构表面的形
变，故将其设定为刚性边界条件。除爆源和结构外的区域设定为空气，并采用正常大气初始条件。数值
计算的时间步长为 1×10 s，计算过程中自动调整时间步长。通过 blastFoam 中 decomposePar 工具将计
−6
算域按并行运算所需的核心数切割为 320 份，在天河二号超级计算平台上实现 320 并行度的数值计算。
对于每次数值模拟，在建筑群中截面的 12 个感兴趣位置点处布置压力检测器，监控数值仿真过程
中测点处的压力变化。数值计算完成后，收集每个测点处的压力-时间结果文件并进行异常值清除和缺

111503-5