基于20L球形爆炸装置的微米级铝粉爆炸特性实验

采用20 L球形爆炸装置,对6种不同粒径分布的微米铝粉在不同浓度下的爆炸特性进行了实验研究,考察了浓度和粒径对铝粉爆炸特性的影响规律,并分析了其爆炸产物的表面特征.结果表明,铝粉的最大爆炸压力、压力上升速率和爆炸指数随铝粉浓度的增加呈抛物线变化,在最适爆炸浓度（c_opt=500g/m3）时三者均达到峰值.随着铝粉粒径的减小时,最大爆炸压力、压力上升速率呈指数增加趋势,且在铝粉粒径小于10μm时,其增幅更为显著.爆炸过程中的铝粉粉尘云的燃烧时间随铝粉浓度的增大呈指数规律衰减并趋于平缓,同时随着铝粉粒径的减小而降低.      

水平粉尘爆轰管上的扬尘方法研究

为新建成的内径158mm、长23m水平粉尘爆轰管发展了一种新的扬尘技术,并在此爆轰管上进行了弱点火条件下微细铝粉——空气混合物的爆轰波实验研究。结果表明,这种扬尘方法结构简单、操作方便、可靠性好、均匀性与悬浮时间等扬尘特性也满足实验要求。     

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。     

含铝汽油/空气多相爆轰机理仿真计算

为了探究含铝汽油/空气多相爆轰的作用机理,建立了气、液、固多相流动与燃烧的数学物理模型,并采用守恒元与求解元计算方法对其进行了数值模拟。基于数值计算结果,分析了含铝汽油燃料的燃烧转爆轰过程,比较了不同液滴初始半径和铝质量分数下含铝汽油的爆轰参数。计算结果表明,含铝汽油液滴初始半径越小,形成稳定爆轰所需距离越短,爆轰过程中累积的铝粉体积分数越大;当液滴初始半径大于约100μm时,不能形成自持传播的爆轰波;随着铝质量分数增加,形成稳定爆轰所需距离更长,爆轰压力、温度和速度均增大,但增幅减小。研究结果对含铝液体燃料推进剂特性研究和应用具有重要意义。     

费氏丙酸菌的固定化方法及其发酵丙酸的工艺条件研究

为提高丙酸发酵效率,进行了固定化费氏丙酸菌发酵丙酸的研究.采取吸附-包埋结合法,先以麸皮进行吸附,再用海藻酸钠-聚乙烯醇进行包埋制备固定化细胞.通过正交实验确定了固定化细胞的工艺条件:菌液与麸皮比例为5,m L∶0.6,g,吸附时间为15,min,包埋剂选用海藻酸钠和聚乙烯醇混合物,质量比为3∶3,此条件下的包埋效率达到96.86%.初步研究了碳源及其质量浓度对固定化细胞生产丙酸的影响,确定了以乳酸钠为碳源,质量浓度为40,g/L,丙酸产量可达13.75,g/L.     

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.     

不同点火因素对爆轰波传播影响的数值模拟

采用二维守恒元与求解元方法(简称CE/SE方法)对脉冲爆轰发动机汽油/空气两相爆轰内流场进行数值模拟,获得了脉冲爆轰发动机内流场的变化规律.分别研究了不同点火能量、点火位置和点火方式对燃烧转爆轰过程(简称DDT过程)的影响.计算结果表明,点火能量越大形成稳定爆轰波所需要的时间越短,即燃烧转爆轰时间和距离越短,并且当点火能量过小时则不能形成燃烧转爆轰过程;从不同位置处点火计算得出,存在一个最佳的点火位置,使得燃烧转爆轰形成距离最短,形成时间最少,文章所研究尺寸结构的脉冲爆轰发动机的最佳点火位置为距封闭端2倍管径处;通过两点点火和单点点火的计算结果比较发现,适当的多点点火可以诱导爆轰的形成,能够缩短燃烧转爆轰的时间和距离.以上研究结果可以为脉冲爆轰发动机的点火起爆及燃烧转爆轰的实验研究提供理论指导,并为发动机的结构改进提供参考.     

甲烷煤尘爆轰参数计算及实验研究

为研究甲烷煤尘爆轰过程中气固两相耦合效应及量化关系.采用理论分析和实验的方法,计算了不同体积分数的甲烷、不同质量浓度的煤尘及甲烷煤尘混合物在燃烧、爆轰过程中爆压和爆速等重要参数.理论分析揭示了燃烧波、爆轰波的传播特征,爆炸实验验证了燃烧波和爆轰波传播规律.研究结果表明:甲烷的燃烧加速煤的热解,煤粉挥发份析出较快;初始阶段甲烷气体的反应速度快,压力上升速率快;煤在高温下快速热解出可燃气体,并发生闪燃;因此,甲烷煤尘混合物爆轰比单一的气相、固相爆轰的分析和测试困难的多.该研究成果对于煤矿安全生产防治抑爆技术等应用具有参考价值.     

ABC/MCA粉体对铝金属粉爆炸特性的影响

为了研究ABC/MCA粉体对铝金属粉爆炸的抑制作用,采用竖直管道粉尘爆炸装置,分别测试了Al/ABC,Al/MCA,Al/ABC/MCA混合粉体的爆炸严重程度,探讨了ABC+MCA复配粉体的协同抑爆机理,并对不同粉体的抑爆效果进行了对比分析,研究结果表明,ABC/MCA粉体的添加,使铝粉爆炸危险性大大降低。与ABC粉相比,MCA粉对铝粉的抑爆作用更加显著。随着MCA粉质量分数的增加,铝粉最大爆炸压力降幅增大,且当MCA粉的质量分数达15. 8%,Al/MCA混合粉体未发生爆炸,ABC+MCA复配粉体对铝粉爆炸也具有抑制作用,添加剂总质量一定时,随着复配比的减小,铝粉最大爆炸压力减小,且降幅增大。复配粉体吸热分解出惰性气体和P2O5,降低反应速率,稀释O2浓度,且P2O5覆盖在铝粉表面,隔绝空气,从而达到协同抑爆作用。最后对比得到不同粉体对铝粉爆炸的抑制效果为:ABC ABC+MCA MCA.     

BF3-乙醚催化合成2-甲基-5,6-二氢-2H吡喃

介绍了以多聚甲醛、间戊二烯为原料在乙酸乙酯中BF3-乙醚溶液催化作用下,进行Diels-Alder反应,合成了2-甲基-5,6-二氢-2H吡喃的方法.考察了催化剂和溶剂、反应温度、时间等因素对收率的影响.结果表明,在多聚甲醛用量28 g、间戊二烯112 mL, BF3-乙醚溶液2.0～2.5 g,乙酸乙酯50～60 g,反应温度130～140 ℃,时间5 h,常压条件下,收率可达54%.     

模型NEPE推进剂燃烧转爆轰实验研究

建立了推进剂燃烧转爆轰（ＤＤＴ）的实验系统，分别利用弱约束和强约束对ＮＥＰＥ推进剂的ＤＤＴ过程进行测试，得到了其速度增长规律和诱导爆轰距离，并对强弱约束的ＤＤＴ数据进行了比较．实验表明，在弱约束条件下由于侧向稀疏作用，推进剂较难产生由燃烧到爆轰的转变，一旦形成爆轰，稳定爆速将不受约束强度的影响．     

Flame instability analysis of diethyl ether-air premixed mixtures at elevated pressures

Combustion characteristics of premixed diethyl ether-air mixtures were studied at different equivalence ratios and elevated initial pressures using schlieren photography and spherically propagating flame. Laminar burning velocities, Markstein number and critical radii at onset of cellular structure were obtained. The results show that an increase in initial pressure leads to a decrease in the unstretched laminar burning velocities. Laminar burning velocities give their peak values at the equivalence ratio o...     

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。     

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.     

C2H2-2.5O2-Ar混合气体临界管径和爆轰胞格及临界能量的实验研究

建立了C2H2-2.5O2-Ar混合气体爆轰临界管径的测试系统,其中高压电火花作为起爆源.首先分别测定了C2H2-2.5O2,C2H2-2.5O2-50%Ar,C2H2-2.5O2-70%Ar三种混合气体在不同初始压力下的爆轰临界管径.结果表明:随着氩气稀释浓度的提高,在管道直径相同的条件下,可形成球形爆轰的临界压力增加,表明物质的爆轰敏感性降低.进一步探究各种物质临界管径与爆轰胞格的关系,得到了三种物质临界管径与胞格宽度的比例系数.最后分析了三种物质的临界管径和直接起爆的临界能量的关联性,并与Lee表面积能量模型对比,实验结果与理论模型基本吻合,得出C2H2-2.5O2-Ar混合气体爆轰临界管径与临界起爆能量之间的关系为Ec=16-1πρ0v2CJIdc3.     

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.     

氢气复合器与点火器消氢效率与安全性

氢气点火器与氢气复合器是两种消除严重事故安全壳内氢气的设备。以火焰加速准则和燃爆转变准则为基础,利用GA SFLOW程序对影响氢气点火器与复合器的消氢效率和使用安全性的因素:水蒸气浓度和氢气释放速率,进行了研究。结果表明,水蒸气能够有效抑制氢气火焰加速和氢气从燃烧向爆炸的转变;在氢气释放速率较高的情况下,氢气复合器不能够快速有效地消除氢气;采取氢气复合器结合点火器的方式可以安全、有效地降低氢气燃烧带来的风险。     

爆轰波三波点擦除烟迹表面积碳机制

为理解三波点在壁面及端面积碳留下记录的确切机制,推动对螺旋爆轰内部结构的研究,采用端面烟熏玻璃与内壁烟膜结合的实验方法记录胞格结构,并得到不稳定、较稳定及稳定预混气的侧壁及端面爆轰记录.2H2+O2+3Ar给出了清晰精细的端面结果,其单头螺旋结果表明相对于结果近似的侧壁结果,内部螺旋结构并非固定.进而从附着碳粒的粒度尺寸分析出碳迹附着原理并结合五种预混气的反应特性,确定键能足以克服碳迹吸附在表面的力时才能擦除烟迹.另外预混气中的碳分子也会导致烟迹堆积而影响端面结果,反射激波的强度也影响记录的清晰度.最终确定烟迹擦除机制受预混气影响,应针对预混气选用表面粗糙度载体和积碳颗粒尺寸,并给出了记录爆轰结构的方法.     

静止、流动空-燃混合气的高能点火研究

在脉冲爆震发动机的实际应用中,高能点火相对于传统的点火方式有利于减少延迟时间、上升时间,缩短爆燃向爆震的转变距离。实验结果显示对于静止混合气延迟时间通常可以减少3倍,对于流动混合气(0.35 kg/s)延迟时间减少超过4倍,并且可以得到其他一些性能上的提高。进一步实验证明,如果反应物的化学当量比合适,则存在一个与其最适应的点火能量可以使爆燃向爆震的转变距离最小。     

连续点火诱导爆轰的数值研究

使用带基元化学反应的多组分Navier-Stokes方程,数值研究了多点连续点火过程诱导氢气-空气预混合气体的爆轰过程.计算结果表明,点火时序的变化可以显著影响预混气的爆轰引发特性.适当的加速连续点火过程可以诱导爆轰的形成,且随着点火过程的加速,爆轰的形成时间和距离均有所缩短;减速或过快的连续点火过程则不能诱导爆轰的形成.