障碍物对火焰加速及爆燃转爆轰过程影响研究

为研究设障管内火焰传播特性以及爆轰转捩机理,比较固体障碍物和流体障碍物对火焰加速以及爆燃转爆轰（DDT）过程影响的区别,采用CFD软件对丙烷、氧气和氮气在爆轰管内爆燃转爆轰过程开展了模拟研究。研究结果表明：火焰前锋在固体障碍物的作用下,呈现先加速后减速的趋势;而火焰前锋在流体障碍物的作用下,加速趋势更为稳定。将首个固体障碍物改为流体障碍物能够缩短爆燃转爆轰的时间与距离,爆燃转爆轰距离与时间随着流体障碍物个数的增加呈现先减小后增加的趋势。     

环形激波和爆轰波会聚过程的气体动力学特性

首先应用修正的激波CCW关系式分析了激波和爆轰波会聚过程及其化学反应的影响, 得到了初始Mach数相同条件下激波聚焦效果比爆轰波强的定性结论. 然后求解Euler方程和基元化学反应模型对环形激波和爆轰波的会聚过程进行了数值模拟, 分析了会聚过程的气体动力学特性、波系结构的差异及其产生原因. 通过对波绕射、会聚和聚焦点附近状态参数变化的对比分析, 揭示了爆轰波化学反应在绕射和会聚不同阶段所起的作用, 验证了理论分析结果.     

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.     

瓦斯爆炸火焰与压力波伴生关系的数值研究

从三维非定常守恒方程出发,采用58步化学反应模型,对瓦斯爆炸过程中火焰与压力波的伴生关系进行了数值模拟.在此基础上,模拟了氢氧燃烧驱动的破膜过程以及破膜前后压缩波、稀疏波对火焰阵面的影响;同时也详细研究了瓦斯爆炸过程中,压力波、火焰与障碍物的相互作用;通过实验和模拟验证了数学模型和所编程序的可靠性.     

超临界压力水在倾斜上升管内传热的试验研究

在压力为23～28 MPa、质量流速为600～1200 kg/(m2·s)、热流密度为200～400 kW/m2的试验条件下,对内径为26 mm、倾角为22°的倾斜上升管内高温高压水的传热特性进行了试验研究.倾斜管壁温沿管壁周向非均匀分布,顶部壁温最高,底部壁温最低,两者温差随压力和质量流速的升高而减小,随热流密度升高...     

稀疏波对预混火焰影响规律的试验研究

为揭示稀疏波与层流传播火焰的相互作用规律,以管道中传播的丙烷-空气预混火焰为研究对象,利用高速纹影摄像和压力测试等手段对稀疏波与火焰的干涉过程进行了研究．实验过程中采用不同的点火方案,分别对同向稀疏波和逆向稀疏波与火焰的干涉作用进行了研究．实验结果表明,稀疏波的干涉作用均能使火焰阵面结构发生变化、火焰产生明显震荡,并导致火焰由层流向湍流燃烧的迅速转变;但在稀疏波对火焰的作用的初始阶段,同向稀疏波会明显降低火焰传播速度,而逆向稀疏波则迅速增大火焰传播速度,并伴随着剧烈的震荡．     

凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程的高精度数值模拟

利用高精度数值格式对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程进行了研究. 采用RGFM和Level-set相结合的物质界面处理方法,克服了爆炸流场中高密度比、高压强比的物质界面容易引起数值振荡这一问题. 采用5阶WENO高精度有限差分格式进行空间离散,采用3阶TVD Runger-Kutta法进行时间离散,开发了高精度动态并行程序,并运用该程序对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴后的塌陷过程进行了数值模拟,给出了PBX-9404炸药在不同入射压力下的起爆距离及冲击起爆过程中的压力历史曲线图,并分别与实验结果对比后进行了验证. 对凝聚相炸药中的空穴塌陷过程进行了高精度数值计算,给出了不同时刻的密度、压力和粒子速度云图,研究结果表明由于空穴的存在,爆轰波的传播过程中会在空穴处形成射流现象以及密度和能量的汇聚,进一步产生高温高压的热点.      

爆轰波转弯传播的延迟现象

通过实验,研究了爆轰波转弯传播时所出现的延迟现象,揭示了该现象产生的物理本质。通过对延迟时间随装药尺寸和弯折角度变化规律的研究,得到了关于爆轰波非直线传播问题的几点有价值的结论。     

低速定态传播火焰在可燃云雾中形成的压力波

对低于Ｃ－Ｊ燃速以恒定速度传播的火焰产生的压力波直接用数值方法求解有困难，忽略云雾的两相作用，点火过程及火焰加速，仅考察火焰达到定态传播速度，则火焰与压力波阵面之间的流场是等熵的，用自相似方法求解。能量放看作在火焰面后瞬时完成，用自适应步长的四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法对得到的控制方程求解，求出流场的参数分布与火焰面位置。燃烧过程结束时，火焰面到云雾中心之间流场用Ｓｅｄｏｖ结果连接，用ＭａｃＣｏｒ     

一维平面爆轰波的周期推进模型

一维平面对称爆轰波的推进具有周期性.其冲击波前沿(该处未发生化学反应)对于波后是亚音速的,由于后续扰动不断追上而衰减.炸药微元被冲击波压缩和加热,经过延迟期,由快速放热而形成冲击波,称为"化学冲击波",追上原冲击波前沿,使之增强到初始强度,至此完成一个周期.     

破甲弹中爆轰波相互作用的初步研究

用GSJ型高速摸影仪测定了有隔板玻甲弹装药各断面上的爆轰参数(爆速和爆压),得出当隔板下面轴线处的爆轰比边缘处的爆轰迟后一定时间时,在隔板下一定距离处开始发生爆轰波的马赫反射。此时马赫爆轰波的爆速达到平面稳定爆轰爆速的1.9倍,爆压达到三倍多。开始发生马赫反射的临界角约为33°。随着入射角的不断增大,马赫爆轰波的爆速爆压等参数逐渐降低,而马赫波所复盖的区域不断扩大。     

带隔板装药中爆轰波的相互作用

通过钢垫爆炸实验和高速摄影得出了带隔板装药中垂直于装药轴线的爆轰波平台宽度的变化规律。根据威森(Whitham)方法建立了关于爆轰波相互作用的理论公式,用此式讨论,得出与实验一致的结论: 随药柱截面与隔板之间距离的增加,垂直于装药轴线的爆轰波平台的宽度起初振荡地变化,称此为“起伏段”。一定距离后,平台宽度单调地增加,称此为“上升段”。     

水平管内气液两相泡状流压力波数学模型及其数值模拟

利用整体平均两流体模型,合理引入虚拟质量力、粘性剪切力和拖曳力引起的界面动量交换等封闭条件,建立了水平气液两相流动中压力波的数学模型.根据小扰动原理和线性一阶齐次方程组有解的条件,得到水平气液泡状流的压力波色散方程.色散方程的计算结果与前人实验数据显示很好的一致性.进一步的数值计算,系统分析了含气率、系统压力、壁面剪切应力、扰动频率和封闭条件中虚拟质量力、拖曳力对压力波传播速度和衰减的影响.结果表明:系统压力的降低、含气率的增加以及壁面剪切应力的存在,都会降低压力波的传播速度,并使压力波衰减加快;而扰动频率、虚拟质量力和拖曳力对压力波的影响,在低频和高频段差异很大.     

淹没过程中管内压差和流型的变化

本文根据实验,研究了竖直管内淹没过程中压差和两相流流型的变化。给出了直径为17mm和30mm两种管径情况下,压差随气流量的变化曲线以及注入的水量与气流量的关系曲线。同时描述了各过程的流型变化,分析讨论了流型变化对压差和注入水量的影响,给出了淹没时两相逆流过程的流型图。     

火焰聚心和激波聚焦诱导爆震波

对几种不同结构形式的爆震发生器进行了数值模拟,来研究激波聚焦和火焰聚心现象、气动特性及其机理。数值计算采用多组分理想气体详细的化学反应机理、二维轴对称非定常流动Navier-Stokes方程来模拟流体动力学和化学动力学过程。数值计算发现用较低的点火能量对射流火焰燃烧器中可燃混合物点火,层流火焰在狭窄管壁作用下加速,射流火焰在轴线上汇聚过程,有利于激波的加强。强激波加速火焰,在多重激波与火焰反复作用下,激波和火焰面之间出现热点,热点迅速放大并形成压力很高的过驱爆震波,而后衰减为稳定的爆震波,不同的激波聚焦腔爆震波的形成过程不同。对数值计算的结果分析得出了起爆距离和稳定爆震距离,为进一步试验提供参考。     

改进型WENO格式的一维爆轰波数值模拟

基于3种改进型加权本质无振荡（WENO）格式,以5阶的WENO-Z格式为参考,采用与经典WENO格式不同形式的非线性权重计算方法,对稳定、中度不稳定和高度不稳定状态下的1维爆轰波系统进行了数值模拟,克服了经典的WENO格式在计算临界点时精度降低的问题.数值实验表明,对于3种状态下的爆轰系统,基于Lagrange多项式重构的WENO-Zη格式计算稳定性好,模拟效果与WENO-Z格式较为一致,比较适合于爆轰波的数值模拟.对于稳定和中度不稳定的爆轰系统,WENO-NS格式和WENO-P格式在数值模拟中会出现小的数值振荡,但计算稳定;而对于高度不稳定爆轰系统,WENO-NS格式计算不稳定,其改进形式WENO-P格式计算稳定性较好.      

分裂算法对准爆轰波数值模拟的影响

本文分析了数值模拟中的分裂算法的特性及其对燃烧模拟结果的影响.跟理论结果相比,分裂算法会造成系统动量的不守恒.提出了对数值结果进行修正的模型,利用该模型,模拟得到了准爆轰波.分析了准爆轰波的热力学特性,表明准爆轰波是热壅塞的,是声速附近的加热流动.模拟得到的准爆轰波特性跟实验结果吻合得很好,表明本文所讨论的物理问题及所提出的模型是准确的.     

气相爆轰波在衬多孔钢板管道中的衰减和恢复

对气相爆轰波在衬有多孔钢板管道中的传播进行了实验研究. 结果表明, 多孔钢板对气相爆轰波的传播有衰减作用;同时它所产生的紊流作用又能使已衰减的爆轰波在一定程度上得到恢复.     

超临界压力水的管内强迫对流传热

本文将立式管中超临界压力水的强迫对流传热的试验数据与Hall-Jackson以及的公式进行了对比,指出前者误差较大,后者准确性较高.鉴于公式过于复杂,不便于实际应用,本文根据实验数据整理出一个较为简便的公式: