激波、膨胀波与固体颗粒群的相互作用是超声速两相流气体动力学中的一个重要研究课题,激波、膨胀波驱动固体颗粒群理论同时也被广泛运用于军事、医疗、航空航天等领域。迄今为止,国内外已经有很多学者针对激波、膨胀波驱动固体颗粒的流动现象,采用实验和数值模拟的方式进行研究。为研究激波和膨胀波透过大孔隙率结构化球阵的气体流动特性,利用ANSYS FLUENT软件,采用三维雷诺时均Navier-Stokes方程和可实现k-epsilon湍流模型,对不同颗粒(或固相)体积分数、入射激波马赫数(对于激波)和破膜压比(对于膨胀波)条件下激波和膨胀波透过不同结构球阵时的气相流场进行了数值模拟,分析了上述参数对球阵内部激波和膨胀波的传播特性和球体阻力系数的影响规律。结果发现:1.在激波透过球阵过程中,不同入射激波马赫数下交错立方(Staggered cubic,SC)对入射激波的反射效应有较大不同。随着入射激波马赫数的增大,反射激波的聚集叠加效应增强,存在一个临界马赫数,使得反射效应趋于稳定。在确定工况条件下,对于一个给定的球阵排列,存在一个临界体积分数,当实际体积分数大于它时,能够形成反射激波阵面,反之则不能。2.在膨胀波透过球阵过程中,均会出现反射膨胀波;在较小破膜压比时,反射膨胀波的聚集叠加效应增强,反射膨胀波更容易长时间稳定存在,从而形成规则的阵面,球体阻力系数增大。在确定工况条件下,对于一个给定的球阵排列,存在一个临界体积分数,当实际体积分数大于它时,能够形成反射膨胀波阵面,反之则不能。在大孔隙率限制条件下,体积分数的增大,有利于增强反射膨胀波干涉,从而增大球体阻力系数。对比晶体立方(Crystalcubic,CC)、双面心立方(Bis-face-centered cubic,BFCC)和交错立方(Staggered cubic,SC)三种排列方式,主要由于邻近球间距的差异,导致阻力系数排序为SC排列、BFCC排列、CC排列。