不同燃料及初始条件下的胞格测试实验

为直观了解不同初始条件下不同燃料(H_2、C_2H_2、C_3H_8)的胞格大小变化规律,在产生稳定爆轰波的前提下,进行了单次爆轰性能研究。在60 mm×60 mm×2 000 mm方爆轰管的侧面设置采样段来获得胞格演变的烟迹图,从燃烧机理分析胞格演化机制。试验结果表明:1化学键的饱和程度越低越易形成胞格,且化学键的饱和程度在胞格形成过程中起主要作用;2初始条件相同时,初始压力越低、氮气含量越高,胞格的尺寸越大。     

初始压力对狭缝内爆轰传播特性影响的实验研究

在高度H=1 mm,宽度W=20 mm的狭缝内,实验研究了不同初始压力(P_0=10~40 k Pa)下化学恰当比的C_2H_4/O_2预混气的爆轰传播特性。采用烟迹法记录爆轰胞格结构,同时采用高速摄影捕捉火焰面。实验结果表明,随着初始压力降低,爆轰波的化学反应诱导区距离增大,壁面条件(如摩擦、导热)的影响增强,导致火焰传播的速度震荡加剧,爆轰波传播从多头模式向单头模式过渡,并可出现多次起爆或者熄爆等复杂现象。此外,稳定自持传播爆轰波的速度亏损会随初始压力降低而增大,但详细规律还需进一步研究。     

火焰在环形通道内形态演变的实验研究

采用实验方法研究环形通道内体积比为1∶3的乙烯/氧气混合气体以及体积比1∶2.5的乙炔/氧气/氩气混合气体的火焰形态演变过程.实验方面采用高速摄影观察环形通道内的火焰传播.火焰经历了四个主要阶段:球形火焰、手指型火焰、舌形火焰和爆轰,其中舌形火焰在整个爆燃到爆轰转变(deflagration to detonation transition,DDT)过程中占据了最长的时间,并且在爆轰起爆中占据重要作用.另外,舌形火焰与边界层的作用使得火焰表面积和火焰速度有所增加.也讨论了初始压力对DDT起爆距离的影响,对于同种气体,初始压力的增大有助于缩短DDT起爆距离.此外,在爆轰敏感性相同的前提下,不规则系统中的DDT起爆距离要短于规则系统中的DDT起爆距离.     

狭缝内C2H4/O2预混气的起爆与速度亏损

受限通道内的预混气起爆与传播受外界因素影响较大,如初始压力、通道尺寸等。通过自制不同高度的狭缝通道,考察了狭缝高度和初始压力对C_2H_4/O_2可燃预混气起爆特性及传播过程的影响。结果发现:改变初压和狭缝高度确实对预混气起爆有较大影响,尤其是狭缝高度的不断降低可能获得不同于常规管道的DDT特性;爆轰波的速度亏损同时与初压和狭缝高度有关,其值正比于H~(-0.8)P_0~(-0.5)。考虑到实验结果的局限性,后续还需进行多次重复实验,以获得更加准确的实验数据。     

T型管内爆轰流场演变的数值模拟

基于带化学反应的二维Euler方程,对2H_2/O_2/Ar系统在T型管内的传播进行了研究。用二阶附加半隐的RungeKutta法和五阶WENO格式分别离散欧拉方程的时间和空间导数项,采用9组分48步基元反应简化模型描述爆轰波分别在静止系统和流动系统中传播过程,得到了爆轰流场纹影、压力及数值胞格结构。结果表明:爆轰波进入水平管的爆轰波左右两侧发生衍射,导致爆轰波熄灭。诱导激波与上壁面碰撞反射诱导左右两侧爆轰波重新起爆,横向爆轰波阵面的小扰动进入马赫波,强度逐渐放大,最终波阵面上出现胞格结构。由于下壁面拐点附近出现爆轰"死区",下壁面爆轰波的产生比上壁面稍晚。     

毫米级光滑圆管内爆轰波起爆距离实验研究

由于在脉冲爆轰发动机进口端设置微孔可有效促进爆轰起爆,故通过高速相机拍摄在初始压力为10–100kPa下等当量比丙烷/氧气的火焰传播过程研究了毫米级圆管中缓燃向爆轰转捩（deflagration to detonation transition,DDT）距离,实验在长为1930mm,管径分别为0.5、1、2、4mm的管道中进行。实验结果表明：面积发散（ξ）效应导致DDT距离与管径和初始压力不同的变化关系,当初压低于60kPa以下时,DDT距离与管径呈线性关系,而当初压在60kPa以上时,DDT距离大致在100-200mm,随管径的变化并不明显。而在同一管径下,DDT距离随初始压力的增大而减小且呈现反比关系,这与大尺度下DDT距离与初压的关系相似。最后,通过讨论边界层厚度对DDT距离的影响得到区分大小尺度DDT模式的临界值。