基于定容燃烧弹的正丁醚压力振荡特性试验研究

基于定容燃烧弹实验平台,在环境压力为0.05～0.20 MPa、温度为423～453 K、当量比为0.7～1.6条件下开展正丁醚的压力振荡特性试验研究,获得正丁醚燃烧过程中的燃烧压力、火焰形态、燃烧弹振动、声压实验数据并对其进行分析。研究结果表明：正丁醚在较低温度、较高压力下,当量比为1.5左右时产生的压力振荡强度最大,燃烧过程中的压力、振动、声压、亮度等信号具有相同的变化规律,均呈现出随温度增加缓慢降低、随压力增加显著增强、随当量比增加先增后减的趋势。随着压力振荡强度增大,振荡的主频向高频方向移动。正丁醚的火焰不稳定性与压力振荡的产生存在一定关系。     

定容燃烧弹内流体介质的初始温度场分布

基于Fluent软件对加热状态下圆柱形定容燃烧弹内的初始温度场进行模拟,并与实验值进行对比,结果验证了模拟结果的准确性.模拟结果表明,在加热状态下,弹内流体介质温度呈现沿重力方向先下降后上升的变化趋势,且随着弹内温度升高,弹内流体介质温度场不均匀性增大.加热带电压分别为90 V、120 V和150 V时,该定容燃烧弹初始温度认定的误差最大可达25 K、40 K和60 K,流体介质在沿重力方向上的最大温差分别达14 K、23 K和35 K,弹内流体呈现沿两侧玻璃内表面向下流动至容弹底部中间区域交汇的趋势.同时,模拟结果也表明,在定容弹外壁均布热源以及对玻璃视窗进行加热有利于改善定容弹内流体介质温度场的不均匀性.     

在定容燃烧弹内生成不同频段湍流特性的方法研究

利用孔板平动法生成湍流 ,通过调节平板孔径的大小和驱动电机的转速来达到在定容燃烧弹内生成不同频段湍流特性的目的 .运用小波包分析法对容弹内气流速度进行了时 频分析 .结果表明 ,容弹内部存在极强的循环平均流 ,湍流主要处于 4 0 0～ 16 0 0Hz的频率段 ,它的能量衰减期一般不超过 6 0ms .同时 ,也得出了容弹内湍流的产生、发展与平板孔径和电机转速之间的关系 .     

初始压力对连通容器甲烷-空气混合物爆炸压力的影响

建立小球形容器与两段管道连接、2个球形容器与3段管道连接的2种形式的爆炸实验装置,通过实验分析和理论分析研究初始压力对连通容器甲烷-空气混合物爆炸压力的影响。研究发现:相同条件下,球形容器接管后甲烷最大爆炸压力与初始压力呈近似的线性关系。连通容器甲烷爆炸时起爆容器压力始终低于传爆容器压力,起爆容器不同,两个容器内最大爆炸压力差均随着初始压力的增加逐渐增大。初始压力对不同结构和尺寸的球形容器、容器接管和连通容器甲烷最大爆炸压力的影响程度不同,可以用最大爆炸压力随初始压力的变化速率表示,最大爆炸压力变化速率越高,初始压力影响越大。     

在定容燃烧弹内生成不面频段湍流特性的方法研究

利用孔板平动法生成湍流，通过调节平板孔径的大小和驱动电机的转速达到在定容燃烧弹内生成不同频段湍流特性的目的。运用小波包分析法对容弹内气流速度进行了时－频分析。结果表明，容弹内部存在极强的不平均流，湍流主要上于400－1600Hz的频率段，它的能量衰减期一般不60ms。同时，也得出了容弹内湍流的产生，发展与平板孔径和电机转速之间的关系。     

定容燃烧弹中预混湍流燃烧的数值模拟

发展了一种新型预混湍流燃烧的数值模型．该模型基于准维模型的基本思想,摒弃了湍流燃烧速度模型,以数值生成的湍流场对火焰前锋面的客观影响推动燃烧计算过程,消除了人为经验的作用．利用模拟得到的湍流速度场,实现了对火焰几何形状的二维模拟．利用该模型,计算和讨论了当量燃空比分别为０．９和０．７时,定容燃烧弹中预混湍流燃烧的特点,以及湍流强度和湍流标尺对燃烧的影响．模型的模拟结果和实验结果有很好的吻合性,这说明模型是合理的．     

定容燃烧弹中预混流燃烧的数值模拟

发展了一种新型预混湍流燃烧的数值模型。该模型基于准维模型的基本思想,摒弃了湍流燃烧速度模型,以数值生成的湍流场对火焰前锋面的客观影响推动燃烧计算过程,消除了人为经验作用。利用模拟得到的湍流速度场,实现了对火焰几何形状的二维模拟,利用该模型,计算和讨论了当量燃空比分别为０．９和０．７时,定容燃烧弹中预混湍流燃烧的特点,以及湍流强度和湍流标尺对燃烧的影响。     

受限空间初始压力对瓦斯爆炸反应动力学特性的影响

为了探求不同初始压力下瓦斯爆炸的动力学特性,采用详细的瓦斯爆炸链式反应机理(包括53种组分,325个反应),利用软件CHEMKINⅢ,对其中的SENKIN子程序包进行修改,通过数值计算和模拟,得出了在受限空间中不同初始压力对瓦斯爆炸动力学特性的影响。对不同初始压力条件下瓦斯爆炸压力和温度的变化趋势,反应物摩尔分数的变化趋势,致灾性气体的生成及变化趋势做了详细的模拟和分析。计算结果表明:初始压力对瓦斯爆炸温度影响较少,对爆炸压力影响较大;初始压力越大,瓦斯爆炸的引爆时间越短,爆炸强度越大,链式反应中自由基的摩尔分数就越小,所产生的CO摩尔分数越少,而所产生的CO2、NO和NO2摩尔分数就会越多。     

甲烷爆炸后体系的温度与压力

利用公式ΔU=-0.1196 n/λ.计算了不同浓度的甲烷爆炸后体系的温度,进而计算了爆炸产生的压力.当甲烷在空气中的浓度达到爆炸反应的下限浓度5.3%时,爆炸后体系的温度为1232 K,最高压力为4.13 atm.当甲烷在空气中的浓度达到9.5%时(甲烷与空气中的氧气完全反应),爆炸后体系的温度为1815 K,最高压力为6.09 atm.     

水平管道内甲烷爆炸压力传播实验

借助自行研制的瓦斯爆炸水平管道模拟巷道,通过实验研究低浓度瓦斯爆炸特征参数及爆炸压力在水平管道内的传播规律。结果表明：爆炸极限范围内的甲烷气体,在燃爆腔体内（点火段附近）爆炸超压随甲烷浓度的增大呈先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9．4％时,爆炸压力最大,为0．165670MPa,对应时间为76．8ms。在燃爆腔体一扩散管路内,气体爆炸压力峰值呈波动性变化;距点火段3600mm处、体积分数为9．4％的甲烷气体爆炸压力最大,爆炸超压为0．181228MPa。实验中甲烷爆炸超压的体积分数为9．4％。该研究为管道及煤矿巷道瓦斯爆炸事故分析提供了参考。     

甲烷和正庚烷的爆炸特性试验

为有效防止工业生产中气体和液体(蒸气)爆炸事故的发生,需要获得相关物质的爆炸特性参数.对此,基于传统的20 L球形爆炸测试装置,对宏观静止和流动状态下甲烷和正庚烷的最大爆炸压力(pmax)、最大爆炸压力上升率((dp/dt)max)和爆炸指数(KG)进行了测量和分析.结果表明:在2种状态下,甲烷的pmax和(dp/dt...     

基于不同初始含水量的压实黄土力学特性试验研究

用常规击实方法制备不同击实能下的压实黄土土样,比较三个不同击实能下的击实曲线,通过室内试验研究了随含水量和击实能的变化压实黄土强度的变化规律。试验结果表明:压缩系数随含水量增加而增大,随击实能变化表现为当含水量为某一击实能对应的最优含水量时,该击实能下的压实黄土压缩系数最小;剪切强度随含水量增加降低,随击实能的变化同样与相应击实能下的最优含水量密切相关。提出严格控制含水量是提高回填土地基和路基压实质量的重中之重,并指出采用压实度作为指标控制填土压实质量时必须注意击实能的影响,以确保压实度作为压实质量控制指标的合理性。     

装药水下沉底爆炸压力场特性研究

对水下爆炸冲击波进行了概述,分析了影响冲击波传播的因素和球形装药中心起爆时出现驼峰的原因.利用AutoDyn软件对装药在自由场与沉底爆炸二种工况的压力场特性进行了数值模拟,计算中采用透射边界条件代替压力流出边界条件和提高能量守恒误差容许值的办法.仿真结果表明,装药自由场爆炸中,冲击波传播没有方向性;在装药沉底爆炸时,冲击波存在明显的水底反射效应,水底反射对药包上方范围起到增强作用,而对水底附近起削弱作用,当测点与水平夹角大于60°时,冲击波压力峰值增加到一个相对稳定值.     

定容燃烧弹中预混均匀充量的层流燃烧过程模型

在分析定容燃烧弹中预混均匀充量层流燃烧过程的基础上，建立了该燃烧过程的计算模型，并且编制了计算程序软件，以甲烷－空气在定容燃烧弹中的预混层流燃烧为例，用计算的方法，研究了初始压力、温度、空燃比以及不同的火花塞位置等因素的变化对燃烧过程的影响，得到了一些有益的结论。     

超临界压力下低温甲烷传热特性数值研究

对16 mm内径的光滑圆管内超临界压力下低温甲烷的流动与传热进行数值研究,系统地模拟热流密度为100～400 kW/m~2工况下不同流动方向的传热,分析传热强化和恶化过程中流体温度、速度和物性分布。结果表明:热流密度越大,传热强化发生的越早、峰值越高、恶化越迅速,而在较低热流密度下则不发生传热强化和恶化行为;水平流动中管顶、底的换热系数在强化段存在差异,而竖直向上流动中换热系数的分布具有对称性;边界层内的大质量热容和密度差产生的浮升力是传热强化的主要原因,边界层内的低质量热容和轴向上的热加速效应是传热恶化的主要原因。     

不同装药的水下爆炸冲击波特性研究

通过对复合PBX、熔梯黑铝、热塑梯黑铝和TNT等4种炸药在无限水域中的水下爆炸试验和测试,分析了4种炸药水下爆炸时的冲击波峰值压力、时间衰减常数和冲击波冲量等特性参数,评估了4种炸药的水下爆炸冲击波性能.结果表明：4种装药的冲击波峰值压力从高到低分别是热塑梯黑铝、熔梯黑铝、TNT、复合PBX;时间衰减参数从高到低分别是复合PBX、热塑梯黑铝、熔梯黑铝、TNT;冲击波冲量从高到低分别是复合PBX、熔梯黑铝、热塑梯黑铝、TNT.因而,综合各参数评估,认为复合PBX是几种炸药中性能最好的,熔梯黑铝和热塑梯黑铝比较接近,TNT则最差.     

高初始压力下交流电场对甲烷/空气预混球形火焰燃烧特性的影响

为了明确在高初始压力下外加交流电场对天然气预混火焰的影响,以甲烷/空气预混的瞬态球形火焰为研究对象,利用定容燃烧弹探究了在过量空气系数为1.2、常温298K、高初始压力300kPa下,加载电压有效值5kV的低频和高频交流电场对甲烷/空气预混火焰燃烧特性的影响。结果显示:低频条件(f=40,60,80,100 Hz)下,火焰传播速度分别增大17.41%、6.53%、3.99%、1.54%时,燃烧压力峰值分别增大2.06%、1.73%、1.04%、0.79%,质量燃烧率达到100%所用的时间分别缩短11.96%、10.27%、7.78%、3.74%;高频条件(f=10,15,20kHz)下,火焰传播速度分别增大13.69%、19.76%、22.21%时,燃烧压力峰值分别增大1.00%、2.37%、3.07%,质量燃烧率达到100%所用的时间分别缩短11.03%、14.94%、16.13%。对低频和高频交流电场的助燃机理——双离子风效应和电化学效应进行了具体的分析,分析结果与实验现象吻合,证明了电场助燃技术的可行性与有效性。     

不同初始质量小尺度松木燃烧特性实验研究

近年来,世界范围内森林火灾事故频发,造成了极大的人员伤亡和财产损失。目前对于木材堆垛燃烧特征的理论及模型研究较为缺乏。本文以典型松木材料为对象,开展了不同初始质量的小尺度松木燃烧特性实验,研究了松木的质量损失速率、火焰温度等燃烧特征。结果表明：松木的剩余质量和质量损失速率都呈现“缓慢下降—迅速降低—逐渐平缓”的趋势;在松木燃烧初期,相同时间内松木质量和损失速率呈反比;在松木燃烧中后期,松木质量和质量损失速率呈正比关系;松木燃烧初期的热释放速率增长趋势为t2^火的定量数学模型;同一工况下热电偶到火源距离与热电偶的温度峰值和波动程度呈反比,且温度峰值的出现时间和波动程度大致相同。     

爆炸载荷下多孔材料中理论初始冲击波特性

目的 研究爆炸载荷下初始孔隙度对多孔材料中初始冲击波的影响特性理论,方法 从经典爆轰理论出发,结合多孔材料冲击Ｈｕｇｏｎｉｏｔ方程,建立多孔材料中初始冲击波参数理论模型,结果 初始孔隙地多孔材料中初始冲击波影响特性的理论计算结果与实验吻合较好,结论采用理论模型可有效预估爆炸载荷下多孔材料中的初始冲击性。     

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。