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。     

氨/氢燃料射流点火船用发动机燃烧特性

为突破氨在发动机中的燃烧局限性,促进氨燃料高效快速燃烧,提出了一种利用氢气射流火焰点燃氨燃料的方案。通过向主动式预燃室供给氢气,进气道内预混氨/氢燃料,实现氨在大缸径船用发动机上的稳定高效燃烧。基于数值模拟计算方法,在改进了Otomo氨/氢机理基础上,探究了进气温度、掺混氢气的质量分数和主燃室当量比对氨/氢燃料着火与燃烧特性的影响。研究结果表明,射流火焰可以在主燃烧室形成燃烧所需的热力学环境和高活性热射流。在当量比为0.4、不掺混氢气的条件下,450 K进气温度可以实现氨燃料发动机的稀薄燃烧,在掺混氢气的质量分数较低时,射流点火对火焰发展促进作用更显著;掺混氢气的质量分数提高至10.0%可以使燃烧相位提前18°,但爆震风险增加;在进气温度为320 K和掺混氢气的质量分数为2.5%条件下,主燃室在当量比最小为0.45时可正常着火,但随着更接近理论空燃比的燃烧,指示热效率略有提升,主动预燃室氢射流点火的燃烧模式在实现氨发动机高效快速燃烧方面具有良好的潜力。     

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.      

丙烷自燃特性及爆震机理的试验研究

为了深入揭示丙烷自燃和爆震燃烧机理,基于一台新型快速压缩机试验平台,开展了不同初始压力、当量比条件下丙烷-空气混合气自燃和爆震燃烧的试验研究,并通过瞬态压力和高速相机同步测试方法进行了缸内燃烧过程研究.结果表明:爆震压力振荡强度随着初始压力的提升显著增强,压力振荡的产生与着火方式无绝对关系,其振荡强度主要取决于自燃发生前末端混合气的状态.轻微爆震和弱爆震由末端自燃导致,自燃时未燃混合气区域越大,爆震强度也越高.超级爆震的形成是由于超声速自燃火焰的传播导致压力波在火焰面前方的汇聚,并最终导致爆燃向爆轰模式转变所致,从而形成峰值极高的压力振荡.     

不同压缩比对湍流射流点火发动机性能和爆震影响的试验研究

本文基于一台四冲程单缸发动机开展了不同压缩比对湍流射流点火(TJI)汽油发动机性能和爆震特性的影响研究,试验所采用的压缩比为9、11、13和15,在每个压缩比工况下对不同过量空气系数λ进行研究．结果表明,高压缩比可以拓展湍流射流点火汽油发动机的稀燃极限,压缩比15工况下,可以实现λ=3稳定燃烧．增大压缩比并配合预燃室喷油可缩短发动机燃烧的滞燃期和燃烧持续期,进而提高射流点火发动机燃烧效率．1.4<λ<1.9时,随着过量空气系数增加,主燃烧室内混合气变稀,滞燃期和燃烧持续期在低压缩比工况(CR=9、11、13)呈上升趋势,此时主燃烧室混合气浓度对燃烧过程的影响占主导作用;但是随着压缩比逐渐升高至15,滞燃期和燃烧持续期的上升趋势不再明显;而当λ>1.9时,主燃烧室混合气过于稀薄,此时预燃室射流火焰对主燃室燃烧的影响增强．试验还发现,射流点火发动机和普通火花塞点火发动机在压力振荡方面存在较大差异,射流点火发动机的压力振荡从燃烧初期阶段开始一直持续到燃烧结束,这主要是由于高温射流对主燃室多点点火造成的压力振荡．在高压缩比和较浓混合气工况下,射流点火发动机可能还会发生早燃,因...     

两步起爆过程中爆震波衍射特性研究

为了研究两步爆震起爆过程,通过数值模拟研究了填充条件和预爆管出口伸进扩张过渡段的长度L对爆震波衍射特性的影响规律。结果表明:L越小扩张过渡段对爆震起爆的加强作用越明显,但预爆管与扩张过渡段间的渐扩通道对爆震波回传的阻滞作用越弱;L越大,则结果相反。因此,应选择合适的L使扩张过渡段与渐扩通道对爆震波传播的增强作用达到最大。同时,在L=35mm时,爆震波能够较早地与扩张过渡段壁面作用形成高温、高压区,从而加强了爆震波的传播,且预爆管与扩张过渡段之间的渐扩通道能对回传的爆震形成一定的阻滞作用。     

常压沸腾炉预燃室点火的试验研究

本文通过实验室和工业试验对沸腾炉预燃室点火技术进行了研究。根据试验资料,探讨了预燃室点火的机理和点火过程中沸腾床的热力特性。试验结果表明,工业应用是成功的,常压沸腾炉用预燃室点火是一种经济而可靠的沸腾炉新型点火技术。     

激波和爆震波在U形管中传播过程模拟

为缩短爆震室轴向尺寸,并满足爆燃波向爆震波转变(DDT)或激波向爆震波转变(SDT)距离的需求,采用曲管爆震室代替直管爆震室来研究曲管中的爆震特性。应用数值方法对激波在U形管中传播、加速过程,SDT过程以及爆震波在U形管中的传播过程进行了模拟。U形管的曲率直径和入射激波强度对SDT有很大影响,较小的曲率直径对SDT有较大的促进作用;在入射激波速度大于960 m/s,曲率直径小于78 mm时,激波可以成功向爆震波转变;爆震波在弯管段形成后,向上游和下游两个方向传播,传播的速度和压力均不同;向上游传播的爆震波可以显示出"三波点"的运动轨迹;弯曲光管对爆震波在短距离内形成是有利的,可以用来作为预爆管。     

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.     

湍流射流点火预燃室射流孔对甲醇发动机性能及排放影响的研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室结构和射流孔直径对湍流射流点火(turbulentjetignition,TJI)甲醇发动机性能和燃烧特性的影响研究．试验采用直单孔和斜三孔两种类型预燃室射流孔，根据预燃室是否喷射甲醇，预燃室可分为主动式预燃室和被动式预燃室．结果表明，预燃室射流孔直径过大会使射流强度减弱，进而导致主燃烧室燃烧速率降低，不利于稀薄工况下的稳定燃烧；预燃室射流孔过小则会导致节流损失和淬息作用增强，造成稀薄工况缸内燃烧恶化，且污染物排放增加．稀燃工况下，对于直单孔预燃室，4 mm直单孔预燃室性能表现较好，可产生较强的射流，拓宽发动机稀燃极限、提升燃烧稳定性，同时降低指示油耗率，减少污染物排放．预燃室结构不同时，斜三孔预燃室可产生与活塞表面平行的射流火焰，TJI甲醇发动机获得更好的动力性与燃油经济性，且污染物生成较少；同时，斜三孔预燃室可在主燃烧室产生多股射流，提供分布更加广泛的点火源，促进缸内快速燃烧，有效提升稀燃工况下的燃烧稳定性．不同发动机负荷下，斜三孔预燃室的使用可使发动机获得更好的燃烧和排放性能；TJI甲醇发动机具有较好的经济性和燃烧稳定性，同时，缸内燃烧速率更高，...     

爆炸喷涂爆炸波参数数值计算

对爆炸喷涂燃烧室爆轰波的形成及爆轰产物热力学及动力学参数进行了数值计算．结果表明，爆炸喷涂气相爆轰系统爆轰特性主要取决于气相系统的选择和初始混合气体配比．C2H2 O2气相爆轰系统更适合于喷涂高熔点的陶瓷、金属陶瓷及纳米复合陶瓷粉体，其最优化工艺参数应该选择在零氧平衡附近．而H2 O2气相爆轰系统则适用于喷涂低熔点的金属及其合金，金属粉体的熔点越高，最优化参数越接近于零氧平衡点．     

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。     

光纤光谱技术在炸药爆温测量中的应用

研究爆轰反应过程中的光谱时间响应特性并测量爆温。通过将光纤引入到炸药中心,用ＰＩＮ快速响应探测器采集光信号并将光信号转换成电信号后用示波器记录,以研究爆轰反应过程的光谱时间响应特性;再用光学多通道分析仪（ＯＭＡ）采集信号,并用经典普朗克公式进行拟合得到炸药的爆温值。通过引入光纤及ＯＭＡ系统采集信号,避免了复杂的同步工作,克服了传统光谱爆温技术的局限。     

有限尺寸弯曲装药的爆速亏损

通过实验研究了有限尺寸条件下，弯曲装药相对于直线装药所存在的爆速亏损，得到了爆速亏损分别随装药尺寸和装药曲率而变化的关系曲线及其经验表达式．实验研究表明，对应于某一装药尺寸，在爆轰波沿直线装药能够稳定传播的情况下，当弯曲装药的曲率大于某一临界值时，会出现熄爆现象．     

混合气压力对爆震波特征参数的影响规律

在混合气当量比一定的条件下，采用平衡常数法对烃-空气系统的爆震燃烧产物的平衡温度、平衡压力及爆震波速进行了计算及比较。在此基础上研究了混合气压力对爆震波特征参数的影响规律。结果表明：在同一当量比下，平衡温度和爆震波速随混合气压力变化规律一致，随着初始压力的增大而增大，逐渐趋于一最大值。平衡压力与初始压力呈线性增大。同时，对于不同燃料，分子量越大，其平衡温度、平衡压力就越大。     

炸药殉爆实验和数值模拟

为解决炸药殉爆实验可以给出炸药殉爆条件,但不能得到炸药爆炸过程细节的问题,进行了固黑铝(GHL)炸药殉爆实验,通过观测残留炸药和见证板变形,判断被发炸药爆炸情况. 并采用非线性有限元计算方法对炸药殉爆实验进行了数值模拟计算. 计算模型中主要考虑了主发炸药爆炸冲击波在空气中的传播及其对被发炸药的冲击起爆. 用欧拉法描述主发炸药及周围空气介质,用拉格朗日法描述被发炸药和见证板. 通过数值模拟计算,分析了炸药殉爆过程中,被发炸药爆轰波的成长历程. 结果表明:被发炸药起爆点位于药柱下端,爆轰波先向下传播,使底部炸药先爆炸,然后转为向上传播起爆整个炸药柱;炸药底端压力不高,远低于炸药C-J爆压,对见证板的破坏作用较小.     

气相爆轰波贯穿胞格变化研究

根据气相爆轰波胞格结构的规则特则特性建立一种以子单元分解胞格结构的新方法,根据该子单元的性质和斜冲击波关系,求解胞格结构中的三波点对撞问题,并推导贯穿胞格时,爆轰速度的相对波动幅度仅依赖于胞格几何形状的关系,然后,采用爆炸波衰减模型,计算气相爆轰波贯穿胞格时的衰减过程,计算结果与实验符合得较好。     

可燃气体爆燃转爆轰问题的研究

文章首先介绍了一种用于可燃气体爆燃转爆轰研究的实验方法,阐述了该方法的优点及前景。依据实验结果得到了DDT火焰的2点特性,建立了一个DDT火焰结构的模型,并且据此解释了DDT火焰加速传播,以致产生超趋爆轰的机理。     

影响超细金刚石尺寸长大的限制机理

负氧平衡炸药爆轰产物中未被氧化的游离碳，在反应区内高温高压的作用下可以转化为纳米级的超细金刚石，这一过程可以近似用液滴的快速聚集动力学理论来描述。本利用炸药爆温以及小粒子性质研究了超细金刚石生长过程中受到的尺寸限制条件。结果表明，超细金刚石粒子的准熔化相区域可能是影响其生长的限制条件，有关超细金刚石生长时间的估算支持上述结论。     

工业碳氢燃料爆轰特性的实验研究

在立式激波管中对烯烃(C5H8.68)云雾的爆轰参数进行实验测定，与其它碳氢燃料云雾爆轰进行比较，分析影响爆轰性能的因素。结果表明，该燃料云雾的临界当量起爆能与量浓度比的关系为“U”型曲线，在量浓度比为1．17处，其云雾的临界起爆能最小，在富燃料一侧，量浓度比在一定范围内，爆压为2．6MPa左右，用该燃料代替环氧丙烷(PO)可以相应增加FAE(Fuel—Air-Explosive)武器的威力。