预混气体爆轰胞格结构定性仿真建模*

预混气体的爆轰波具有典型的胞格结构,主要用烟熏技术记录下爆轰波在管道中由横波、入射波和马赫杆交合的三波点运动轨迹。胞格宽度λ作为胞格的特征长度,爆轰的胞格尺寸也是判断可燃混合气体最基本的特征参数,基于胞格尺寸,爆轰的其他动态参数,如临界管径、爆轰极限和直接起爆的临界能量等都可以通过联立爆轰胞格尺寸得到。爆轰胞格结构在研究预混气体爆轰波传播特性方面意义重大,不同初始条件对胞格尺寸都会产生一定的影响,本文通过定性与定量相结合的建模方式研究分析爆轰胞格尺寸与初始条件的关系,根据与实验数据的定量比较,验证定性仿真的正确性和可行性。     

气相爆轰动力学特征研究进展

爆轰胞格结构尺寸、爆轰极限、爆轰临界直径和直接起爆形成爆轰的临界能量的研究,是气相爆轰物理的基础,也是确定气相爆轰动力学特征的依据,更是控制事故发生、发展的重要指标.通过对其开展研究能够深入描述气相爆轰形成机理、状态量化以及传播规律,从而将有利于推动气相爆轰物理研究从宏观向微观发展.此外,通过开展气相爆轰动力学特征的系统研究,对于化工、石化、煤炭等行业爆炸事故预防与防护具有直接指导意义,也是工业爆炸安全主要支撑基础.本文主要综述了国内外对气相爆轰动力学特征的研究进展,探讨了气相爆轰研究的方向和发展趋势.     

气相规则胞格爆轰波起爆与传播统一框架的几个关键基础问题研究

本文综述并分析了气相规则胞格爆轰在起爆与传播方面的研究进展,结合高温气体动力学国家重点实验室在爆轰物理方面的研究工作,进一步研究了气相规则胞格爆轰波起爆的几个关键基础问题．这些基础问题由一个机制：非线性波传播／化学反应过程相互作用机制;两个基本过程：热点起爆和化学反应带加速过程;三个关键物理状态：平衡传播状态、临界起爆状态和稳定胞格尺度等六个关键要素组成,是统一框架的主要基本元素．通过六个典型的物理算例,本文研究了这些关键物理要素的内在机制、表现特征及其客观存在性．应用气相规则爆轰起爆与传播的统一框架,我们成功地解释了目前已有的经典爆轰理论、应用CFD技术获得的多维爆轰波计算结果和实验研究观察到的胞格爆轰图像的合理性及其依据的关键物理要素．     

详细化学反应模型中温度修正项特性研究

本研究主要讨论了爆轰过程中混合气体比热比的变化、详细化学反应模型中温度修正项的函数表达形式、以及活化能对化学反应动力学特性的影响.通过对传统Arrhenius定律的分析完善,提出了具有温度指数修正的总包一步爆轰计算模型.采用几个常用的爆轰计算模型,对满足化学当量比的H2/Air混合气体,开展了爆轰特性的数值模拟对比研究.计算结果表明,新提出的爆轰计算模型能够得到的胞格尺度与实验值符合良好,首次实现了爆轰波胞格尺度的定量数值模拟.论文进一步建立了总包反应模型与详细化学反应模型之间的关系,讨论了详细化学反应模型中温度修正项的物理意义.     

不同曲率弯管对气相爆轰波传播特性的影响

采用附加Runge-Kutta方法,5阶加权无震荡格式和基元反应模型,对规则爆轰波在15°,20°,30°,40°,45°,60°光滑弯管的传播过程进行了数值模拟. 本文采用的基元反应模型是9组分48反应模型,反应气体为满足化学当量比的H₂/O₂混合气体,并用氩气稀释. 分析数值模拟结果发现所有弯管胞格结构都从规则变为不规则,随着弯角度数的增加,爆轰胞格结构从有到消失,爆轰波从没有熄爆区到有熄爆区,30°是有无胞格消失区、产生熄爆与非熄爆的临界度数;在一定压力下,大于30°的弯管下游都会产生重新起爆的现象;由于弯管的复杂性,爆轰波的反射在下壁面存在马赫反射和规则反射两种模式.     

初始压力对爆轰波在管道内传播的影响

建立爆轰管道研究不同初始压力下爆轰波在管道内传播规律.选用CH4+2O2气体,采用光纤探针测量爆轰波在管道内的传播速度,采用烟迹法记录爆轰波胞格结构.结果表明:爆轰波在管道内传播时出现5种不同传播模式,分别为稳态式、快速波动式、结巴式、驰振式与失效模式.在稳态传播模式下,爆轰波局部速度波动很小且平均速度接近理论爆轰CJ速度,并呈现多头胞格结构.随着初始压力的降低,爆轰波局部速度波动增加且其平均速度产生衰减.在驰振式爆轰解耦处,爆轰波胞格结构消失,过载爆轰时,重新形成胞格结构.进一步降低初始压力至爆轰失效时,则无胞格结构.     

某些碳氢燃料和空气混合物临界起爆能的实验研究

该文在矩形激波管内采用布鲁塞顿法测定了丁烷、石脑油、戊烯、乙烯、ＪＣ５等碳氢燃料与挖混合物形成爆轰时所需的临界起爆能，并根据所测定的监蚧起爆能的大小，分析比较了这几种碳氢燃料的相对爆聂敏感度及相应的安全性能，最后讨论了分子量，分子中键的饱和度和分子结构等因素对碳氢燃料监蚧起爆能及相应的安全性能的影响。     

断裂的临界能量条件

"如何认识无初始裂纹或几何奇异性材料的断裂强度"是一个没有得到较好解决的基本理论问题。本文从断裂面一点处所储存贡献于破坏运动的弹性能出发,依据其转化为破裂新生表面能的能量守恒关系,提出了断裂发生的临界能量条件。这个临界能量条件所考察的是物质点而不是裂纹-材料系统。它是除将初始裂纹作为断裂模型构成要素之外的另一个用于表征断裂发生或裂纹扩展外力作用的能量耗散关系。两种岩石三轴压缩试验结果的分析表明了这个能量条件的正确性。     

高温超导体Sm1+xBa2-xCu3O2的临界电流

测量了交流磁化率与温度,磁场的关系,用扩展的临界态模型求出了温度和磁场对Sm1+xBa2-xCu3O2的临界电流密度的影响.     

炸药临界爆轰直径测试新方法

设计了一种塑料粘结炸药(PBX)临界直径的测试新方法。利用末端具有聚能槽的PBX药柱起爆后,会通过聚能作用形成能量流沿炸药轴向作用到见证板上;通过见证板的作用效果来验证炸药是否起爆,从而确定PBX能够起爆的最小炸药直径。结果表明,采用该方法测得的PBX-1药柱临界直径小于6.3 mm;与传统爆速测试法相比,新方法测试需要药量少,试验方法简单,能够用于测试炸药的临界直径。     

旋转爆轰发动机的有效工作直径设计

采用单步化学反应模型,忽略黏性、热传导和扩散效应等对流动的影响,对流项采用5阶WENO格式进行离散,时间步进采用3阶精度的Runge-Kutta方法,对以H₂/Air为反应混合物的旋转爆轰发动机进行二维数值模拟,研究发动机有效工作的直径范围.研究表明:旋转爆轰发动机在特定条件下的临界直径为0.51倍的轴向长度l,只有大于临界直径时发动机才能正常工作;且随着直径增大,发动机推力、比冲、爆轰波高度和传播速度逐渐增大;通过Lagrange二次插值得到发动机直径上界的近似值为2.80l;以l作为长度单位,得到旋转爆轰发动机有效工作的直径范围为:0.51 ≤ L* ≤ 2.80.      

爆轰波三波点擦除烟迹表面积碳机制

为理解三波点在壁面及端面积碳留下记录的确切机制,推动对螺旋爆轰内部结构的研究,采用端面烟熏玻璃与内壁烟膜结合的实验方法记录胞格结构,并得到不稳定、较稳定及稳定预混气的侧壁及端面爆轰记录.2H2+O2+3Ar给出了清晰精细的端面结果,其单头螺旋结果表明相对于结果近似的侧壁结果,内部螺旋结构并非固定.进而从附着碳粒的粒度尺寸分析出碳迹附着原理并结合五种预混气的反应特性,确定键能足以克服碳迹吸附在表面的力时才能擦除烟迹.另外预混气中的碳分子也会导致烟迹堆积而影响端面结果,反射激波的强度也影响记录的清晰度.最终确定烟迹擦除机制受预混气影响,应针对预混气选用表面粗糙度载体和积碳颗粒尺寸,并给出了记录爆轰结构的方法.     

初始条件对管道内爆轰波传播特性影响研究

实验研究了C_2H_2+2.5O_2+nAr气体爆轰波传播特性随初始条件变化规律。采用光电二极管测量爆轰波传播速度,烟迹法记录爆轰波胞格结构。结果表明:随初始压力降低,爆轰波在管道内出现稳态式、快速波动式、失效式传播模式。稳态式传播时爆轰速度局部波动小于平均速度的5%,初始压力对爆轰速度几乎无影响;快速波动式传播时爆轰速度局部波动增大,平均速度发生衰减,衰减幅度随初始压力降低而增大。随Ar稀释浓度增加,爆轰速度逐渐减小,且Ar稀释浓度对爆轰速度的影响显著。胞格尺寸随初始压力的降低而增大;稳态气体胞格结构规整;而非稳态气体胞格结构杂乱。     

S_2O_8~(2-)/CaO·Fe_2O_3光催化降解罗丹明B的研究

采用共沉淀法合成新型催化剂S2O28-/CaO.Fe2O3粉体。用红外光谱对其结构进行表征,并考察了助催化剂H2O2的用量、催化剂的投加量以及不同光源对罗丹明B溶液催化降解的影响。实验结果表明,所研制的S2O28-/CaO.Fe2O3粉体为固体超强酸,粒径处于纳米数量级,且其在紫外光区556 nm处有个紫外特征峰。在浸渍液(NH4)2S2O8浓度为0.5 mol/L、S2O28-/CaO.Fe2O3投加量为0.03g/25 mL、H2O2用量为1.00 mL/25 mL下,对浓度为0.6 g/L的罗丹明B溶液在自然光下静置1 h,其降解率可达99.2%。同时还初步探讨了催化降解过程中物理现象与化学性质分析、酸中心的形成机理及催化剂失活的可能原因。     

绝热毛细管的临界流动分析

制冷系统的蒸发温度、制冷量、输入功率、性能系数随毛细管的改变而变化，其工作特性对整个系统而言显得十分重要的。因此对毛细管的流动过程建立了质量、能量和动量守恒特性方程，以熵最大原则建立了临界流状态下毛细管出口临界状态的参数关联式，分析计算了进口压力和毛细管内径对出口临界参数的影响，并与标准试验毛细管曲线进行了对比，结果表明，该模型在一定参数范围内与实际状况吻合。     

乙醚-铝粉-空气混合物燃烧转爆轰的实验研究

在长为32.4m、内径为0.199m的大型长直水平管道中对乙醚-空气混合物、乙醚-铝粉-空气混合物的燃烧转爆轰(DDT)过程进行了实验研究.对多相混合物弱点火条件下的DDT过程不同阶段的特征进行了分析,并对不同浓度时混合物的燃爆情况进行了比较.结果表明,质量浓度为295g/m3的乙醚-空气混合物与质量浓度分别为314,230g/m3的乙醚-铝粉-空气混合物在管道末端测点范围内均能够形成自持爆轰.     

H4SiW6Mo6O40／SiO2在H2O2催化氧化环己酮合成己二酸中的应用

采用溶胶一凝胶法制备了二氧化硅负载硅钨钼酸催化剂．以二氧化硅负载硅钨钼酸（H4SiW6M06040／SiO2）为催化剂,30％H202为氧源,催化氧化环己酮合成己二酸．探讨H4SiW6Mo6O40／SiO2对氧化反应的催化活性,较系统地研究了二氧化硅负载硅钨钼酸用量、反应温度、H。02用量、反应时间等因素对产物收率的影响．实验表明：H4SiW6Mo6O40／SiO2是合成己二酸的良好催化剂;在n（环日酮）：n（H2O2）：n（H4SiW6Mo6O40／SiO2）=100：198：0．124,反应温度为110℃,反应时间3．5h的最佳条件下,己二酸的收率可达86．7％．     

甲烷预混气螺旋爆轰的定量不稳定性研究

针对CH4这种特别气体,对其实验结果运用数字化处理方法研究CH4稳定性.在内径50.8 mm圆形管道内获得CH4+2O2预混气在不同初始压力条件下的胞格爆轰结果并使用烟膜记录,且测得的平均爆轰速度数据与CJ爆轰速度接近,在初始压力高于5 kPa时爆轰可稳定传播.烟膜上形成的三波点轨迹十分不规则.为减少人为误差,使用改进后的数字化处理烟膜图像的技术方法,从烟膜轨迹中得出柱状图及自相关函数结果,发现CH4+2O2是一种爆轰十分不稳定的气体,并给出CH4+2O2预混气的爆轰胞格尺寸及差距,结果显示人为测量结果偏大而数字化处理方法更为准确.这种方法能计算CH4+2O2预混气胞格尺寸及不稳定度,完善了定量化预混气不稳定程度的方法.