等离子体低压电极孔对点火起爆的影响

针对以低温等离子体点火起爆的脉冲爆震发动机,研究放电区体积不变,低压电极孔对点火触发爆震发展过程的影响. 以丙烷为燃料,空气和纯氧为氧化剂,充分考虑其详细化学反应动力学机理,将低温等离子体放电区等效为高温高压火核,利用Fluent软件,对不同低压电极孔数和直径的5种点火器结构,进行点火起爆过程数值模拟. 结果显示,低压电极孔数多、直径大,初始阶段放电区压力和温度下降快;爆震管内轴向初始火焰体积随低压电极孔面积增大而减小、火焰传播速度变慢,爆震波峰值压力增加缓慢,DDT时间大幅增加;低压电极孔面积越小,越有利于触发爆震;对多循环工作的PDE,需合理设定低压电极孔数和直径,以获得良好的点火起爆特性.      

新概念脉冲爆震发动机的探索性研究

综述了国外脉冲爆震发动机研究的进展,介绍了作者在脉冲爆震发动机探索性研究方面的成果:对脉冲爆震发动机的热力循环进行了分析,修正了比冲计算公式;发展了一种新的低能量(50mJ)单级起爆系统;采用爆震性较差的液体燃料C 8 H 16 /空气混合物,成功地进行了两相脉冲爆震发动机原理性试验,所测量的爆震波压力比非常接近充分发展的C-J爆震;实验研究了脉冲爆震发动机的直径、长度以及爆震频率对其性能的影响;突破了将脉冲爆震发动机长度缩短到1m,爆震频率提高到36Hz的关键技术;发展了脉冲爆震发动机工作过程的数值模拟程序,计算结果与试验符合良好.     

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。     

毛细管消融等离子体及其射流压力特性研究

为研究消融等离子体及其射流在点火和增强火药的燃烧效应时对电热发射内弹道过程的影响,通过实验得到了毛细管内消融等离子体及其射流压力随时间的变化规律,并对脉冲等离子体射流产生的推力进行了初步测试,采用推力计算公式结合等离子体射流的动力学参数对射流的推力进行了计算.实验结果表明:毛细管内消融等离子体及其射流的压力幅值取决于放电能量,射流的压力相对毛细管内等离子体的压力有一定的滞后,并且耗散得更快;脉冲射流产生的推力具有冲击震荡效应,其最大值和射流压力基本同步;利用推力计算公式得到的推力和实验结果具有一致性.     

脉冲爆震发动机新型点火系统的优化设计

为了缩短爆燃向爆震转捩的时间和距离,该文将一种新型点火系统--火焰喷射点火系统应用于脉冲爆震发动机.利用二维数值模拟研究不同喷射点火系统结构参数(前端圆柱段长度,直径以及末端喷嘴的直径)下爆燃向爆震转捩的时间和距离,并将研究结果与传统点火系统的爆燃向爆震转捩转变时间进行对比.结果发现:对于该文所采用的PDE模型,最有效的副室结构为喷嘴直径4 mm,副室长度10 mm,体积3.8 cm3.此外还发现喷射点火系统比传统点火系统能更有效地缩短爆燃向爆震转捩的时间和距离,其效率约为后者的1.26倍.     

用于煤粉点火的电弧等离子体发生器性能研究

介绍了一种用于电站锅炉煤粉点火的等离子体发生器,实验研究了发生器电弧的电压特性,对等离子体发生器的工作气压范围进行了性能评估,并得出了气压与电弧电压的对应曲线,利用焓探针测量了发生器出口轴线方向的温度分布.实验结果表明:此等离子体点火器的工作稳定可靠,工作气压范围广,发生器出口50mm处轴线温度超过3300K,有效点火长度可以达到500mm,有利于点燃煤粉.     

超高速碰撞电磁效应数值模拟

采用理论分析和数值模拟结合的方法对超高速碰撞产生等离子体问题进行研究. 通过SPH方法,建立二维轴对称模型,针对不同碰撞速度进行数值模拟,对比不同时刻碎片云的形状以及膨胀速度,验证数值模拟的正确性;利用Thomas-Fermi模型,计算超高速碰撞过程中SPH粒子的温度,对于发生汽化的部分考虑其产生的等离子体参数;以统计物理学为基础,基于化学反应动力学原理,建立了非热平衡等离子体电子数密度、电子温度、宏观温度以及内能之间的关系,用以计算超高速碰撞过程中产生等离子体的参数. 给出不同时刻碰撞产生的总电荷数随时间的变化,将数值模拟结果与文献中经验公式结果进行对比,验证了本文中计算超高速碰撞产生等离子体方法的正确性.     

甲醇自发点火特性研究

从实验和数值模拟两方面探讨了甲醇的热点火特性。实验中应用快速压缩机得到了温度与点火延迟期的关系。计算中采用了基元化学反应动力学模型,给出了压力、温度、产物及主要中间反应体的变化历程。对助燃剂二叔丁基过氧化物的活化作用进行了理论分析。     

非平衡等离子体对氨气/空气燃烧影响的数值模拟

为研究非平衡等离子体对氨气/空气在常温常压下燃烧的影响，利用CHEMKIN软件模拟实验条件下氨气/空气点火延迟时间，使用ZDPlaskin程序包研究常温常压下氨气/空气放电情况。将得到的O、H、OH自由基作为CHEMKIN初始条件，研究其对氨气/空气点火延迟时间的影响，分析点火时刻温度及活性自由基的敏感性。ZDPlaskin的研究结果表明，不同当量比混合气放电所产生的自由基粒子数密度相差不大。CHEMKIN的仿真结果表明，未加自由基时，当量比为0.8～1.2时，点火延迟时间受当量比的变化影响较小，加入自由基后，点火延迟时间随当量比的减小而降低；O、H、OH自由基可明显降低氨气/空气点火延迟时间，降低程度随初始温度的升高而减小；相同初始温度下，反应方程式与温度敏感性最大的反应方程式相同，随着温度升高，敏感性最大的反应式将发生变化，并且敏感性大幅度降低；不同初始温度下，多个反应式在温度与自由基敏感性最大反应式中重复出现，这是机理简化的重要依据。     

小型二冲程直喷发动机爆震燃烧特性数值模拟

为了了解点火参数对小型二冲程直喷发动机爆震燃烧的影响,利用GT-Power和AVL Fire软件对该发动机整机及燃烧室分别建立了仿真模型,选取扭矩、功率等数据验证了模型的正确性,并对发动机在5 000r/min、大负荷工况下的缸内平均压力和温度、放热率、累积放热量以及爆震强度分布等特性进行了研究.结果表明:在点火提前角由15℃A逐渐增加至35℃A的过程中,小型二冲程直喷发动机的扭矩、功率、缸内混合气燃烧放热量、放热率、缸内平均压力和温度的峰值均呈现出逐渐增大的趋势,而且会伴随着爆震强度表征物的浓度增大,二冲程直喷发动机的爆震倾向加强;当异步点火相位由0℃A逐渐增加至5℃A时,二冲程直喷发动机的扭矩、功率呈现出略微减小的趋势,两个火花塞附近由于湍动能增大,加快了火焰传播速度,使得末端混合气低温反应时间变短,爆震强度表征物的浓度逐步减小,二冲程直喷发动机爆震发生的倾向有所减小.     

激光支持等离子体爆轰波流场研究

采用高速纹影摄影法记录激光支持等离子体爆轰波流场的演化,得到流场冲击波阵面形状和尺寸随时间变化规律。建立激光支持等离子体爆轰波流场演化的物理模型,采用计算流体力学方法模拟计算激光击穿空气后,激光作用时间内及激光作用结束后等离子体流场演化过程。结果表明,纹影摄影法能有效观测到激光支持等离子体爆轰波的传播情况。等离子体爆轰波在激光作用初期为椭球形,随着时间的增加逐渐转变为球形。计算的等离子体爆轰波流场密度分布图与实验结果基本吻合。     

板坯连铸粘结型漏钢过程模拟及预报

建立了板坯连铸结晶二维导热数学模型，计算了在下沉拉坯状态下结晶器铜版的温度场及铸坯发生拉时结晶器温度场的变化，通过对粘结型漏钢过程的模拟和拉时结晶器温场的分析，提出了对粘结型拉漏进行预报的预测参数。     

BIC实验的数值模拟研究

为研究低速撞击作用下炸药点火机理,采用非线性动力学LS-DYNA程序和Visco-SCRAM本构模型数值模拟弹道撞击室实验. 计算得到了5.35 m/s初始撞击条件下炸药发生点火反应,与文献中的实验结果比较吻合. 计算结果表明,炸药整体温升并不能导致其点火反应,而裂纹面摩擦生热形成热点能使炸药发生点火反应,计算结果可为低速撞击条件下炸药装药发生非冲击点火反应机理提供新的依据和支撑.      

铝粉粉尘云和戊烷云雾燃烧诱导爆炸研究

目的 在实验室内研究常见的粉尘、气云工业爆炸灾害。方法 建立相应的实验研究系统,分别以铝粉、戊烷为例,对弱点火条件下可燃粉尘、气云燃烧、爆炸和爆轰进行分析。结果在实验室内再现了粉尘、气云燃烧、爆炸、爆轰过程,并测得了该过程中的压力和火焰信号。结论 弱点火条件下粉尘、气云爆炸过程可分为激波诱导段、激波形成段、激波增强段和爆轰段。     

新型等离子体点火燃烧筒研究

以装有150kW等离子体发生器的某等离子体点火试验燃烧器为例,应用数值模拟的方法对等离子体点火燃烧器的稳燃性能进行了研究,并提出了一种新型的径向/切向进风等离子体点火燃烧筒.研究结果表明,一次风速(风粉气流流速)、等离子体气流的穿透区域和煤粉浓度等是影响等离子体点火过程及煤粉着火燃烧的主要因素.径向/切向进风可以在燃烧筒内形成多向回流和旋流,使得风粉气流在燃烧筒内不仅有轴向速度,而且还有径向和切向速度,改变了轴向进风气流运动的单一性,增加了煤粉气流在筒内的停留时间,着火区域扩大,火焰充满度好,有利于燃烧筒内的稳燃.     

微装药空腔能量传递的数值模拟与试验研究

为研究微通道装药(微装药)空腔能量传递的影响因素,采用数值模拟和实验测试方法得到了空腔衰减压力.用AUTODYN软件的点火增长模型描述微装药的非理想爆轰过程,计算了不同装药尺寸、空腔厚度和约束材料的输出压力,并与锰铜压阻计的测试结果进行对比.结果表明,数值计算与试验值的偏差在10%以内,说明数值模拟方法可用于微通道空腔压力衰减研究.微装药直径越大或空腔厚度越小,压力越大,45#钢比有机玻璃约束更有利于空腔能量的传递.     

电动汽车锂离子电池组内散热特性数值模拟研究

锂离子电池组涉及数据规模庞大,传统方法无法有效实现对其散热特性的研究,为此,提出一种新的通过数值模拟方式研究电动汽车锂离子电池组内散热特性的方法。介绍了锂离子电池组工作原理,分析了锂离子电池的充放电过程。通过雷诺平均法进行雷诺时均处理,获取电动汽车锂离子电池组内散热控制方程和湍流方程。介绍了初始和边界条件,通过CFD实现控制方程的求解。依次进行了锂离子电池表面散热特性数值模拟、不同风孔大小下电池组散热特性数值模拟、不同倍率充放电后电池组散热特性数值模拟以及不同环境温度下电池散热特性数值模拟。实验结果表明,锂离子电池中心垂直截面和上下壁面的温度分布均为中心最高,壁面较低,壁面温度梯度大,热量散失速度快;在风孔大小和出口大小相近,充放电倍率为1C时,电动汽车锂离子电池组内散热性最佳;环境温度越低,电池温度升高幅度越大,散热性能越好。     

Forced Convection Heat Transfer in Plate Channels Filled with Packed Beds or Sintered Porous Media

IntroductionFluid flow and convection heat transfer in porousmedia have received much attention for the pastfive decades due to many important applicationssuch as geothermal energy extraction,catalytic andchemical particle beds,petroleum processing,transp…     

基于流固耦合算法的多孔铜爆炸压实数值模拟

本文利用LS-DYNA有限元程序及流固耦合算法,对多孔铜的爆炸压实过程进行数值模拟研究。建立了多孔铜爆炸压实的三维四分之一模型,模型只由空气、炸药和多孔铜三部分组成。炸药、空气与多孔铜的相互作用通过流固耦合算法来实现。根据得到的压力云图,对球面爆轰波和滑移爆轰的传播,多孔铜侧壁压力变化等问题进行了分析。结果表明,爆炸压实过程中多孔铜侧壁压力随滑移爆轰的向下传播而逐渐增加,当夹角增加到90度后,角度及压力不再变化,形成稳定的滑移爆轰,多孔铜侧壁压力达到最大值,约为炸药爆压的85%。