[发明专利]一种基于广义黎曼解法器的爆炸反应流高精度预测方法

权利要求书

1.一种基于广义黎曼解法器的爆炸反应流高精度预测方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1：建立直角坐标系，定义x方向以及y方向的空间步长，在计算区域内设置(M+1)*(N+1)个计算单元，记为单元(i,j)，其中i＝0,1,…,M，j＝0,1,…,N；

步骤2：根据初始条件定义初始时刻计算区域内所有计算单元的水平集函数以及未燃气体和已燃气体的流体物理量，包括密度、x方向的运动速度、y方向的运动速度以及压力；

步骤3：建立可压缩反应流体的控制方程组，并且设置边界条件；

步骤4：计算更新未燃气体和已燃气体守恒量的时间步长；

步骤5：根据平流方程更新水平集函数，并进行重新初始化，求解爆轰或爆燃界面的演化过程；

步骤6：根据水平集函数的数值定义爆轰或爆燃界面的几何参数；

步骤7：在界面附近的计算单元内根据延拓方程构造虚拟流体；

步骤8：在爆轰或爆燃界面附近的计算单元内，构造并求解含爆轰波或爆燃波的黎曼问题，计算得到爆轰波或者爆燃波两侧的物理量状态，包括密度、运动速度、压力以及比内能；

步骤9：根据含爆轰波以及爆燃波的黎曼解，构造未燃气体和已燃气体沿着界面的守恒量交换项；

步骤10：根据修正的有限体积方法，构造控制方程组的守恒型离散格式；

步骤11：结合两步四阶Lax-Wendroff方法以及守恒界面方法，实现对爆轰以及爆燃问题的数值通量高精度构造，并代入修正的有限体积离散格式，更新未燃气体以及已燃气体的守恒量；两步四阶Lax-Wendroff方法能够将四阶精度算法的时间推进步骤减少一半，从而显著提高计算效率，但是主要应用于单介质流体运动问题；因此需要应用水平集方法和虚拟流体方法，精确地捕捉多介质界面位置，并且将多介质问题转化为单介质问题；守恒界面方法是基于水平集方法和虚拟流体方法的联合算法进行发展的；水平集方法能够快捷且准确地处理界面的拓扑变化，精确地捕捉多介质界面的演化过程；虚拟流体方法能够巧妙地将多介质问题转化为单介质问题，从而有效抑制多介质界面问题的非物理振荡；通过求解含爆轰波或者爆燃波的黎曼问题，守恒界面方法能够改善爆炸反应流问题的非守恒性缺陷，提高爆轰和爆燃过程预测结果的可靠性；因此需要将两步四阶Lax-Wendroff方法与守恒界面方法结合，实现对于爆轰以及爆燃过程的高精度预测，同时显著提高高精度预测爆轰以及爆燃过程的计算效率；

步骤12：根据时间步长Δt判断第n步计算时间tⁿ与终止时刻T的关系，若tⁿ+Δt≤T，则tⁿ⁺¹＝tⁿ+Δt，返回步骤3，更新下一时刻的守恒量Uⁿ⁺¹；否则Δt＝T-tⁿ，返回步骤3，求得终止时刻的守恒量，并且根据状态方程计算终止时刻的质量、x方向的运动速度、y方向的运动速度以及压力，循环结束；

输出终止时刻所有计算单元的水平集函数、质量、x方向的运动速度、y方向的运动速度以及压力，预测爆轰或者爆燃界面的位置及未燃气体和已燃气体所在区域，以及计算区域内流体的质量、x方向的运动速度、y方向的运动速度以及压力。

2.如权利要求1所述的一种基于广义黎曼解法器的爆炸反应流高精度预测方法，其特征在于：还包括步骤13：利用步骤1至步骤12进行爆轰和爆燃问题的预测，提高高精度预测方法的计算效率；同时有效解决非守恒问题，实现对爆轰和爆燃过程的可靠预测，进而解决爆炸力学领域相关工程技术问题；

所述爆炸力学领域相关工程技术问题包括武器弹药设计与毁伤评估以及爆炸事故的防灾减灾。