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.     

变截面管道中爆轰胞格演变机制的数值模拟研究

应用频散可控耗散格式和基元化学反应模型模拟了二维爆轰波在变截面管道中的传播过程;研究了由于流动压缩和膨胀的影响,近壁面区域爆轰波横波和胞格的演变规律;通过分析爆轰波后气体组分变化、化学反应速率、反应区尺度和热力学参数,探讨了两种异常爆轰波的传播机制及其化学反应、反射激波和稀疏波在这些异常爆轰波发展和胞格演化过程的作用．     

新爆轰模型及其实验验证

从理论、实验和应用三方面论证了作者提出的LADM爆轰模型（Least Action Detonation Model,LADM）.经典爆轰理论CJ模型和ZND模型（简称CJ-ZND模型）是忽略输运效应的一维层流模型.LADM模型用熵原理确定爆轰过程终点,用Hamilton原理确定从炸药到终点的真实爆轰过程,除化学反应外还考虑了输运效应和爆轰产物粒子的复杂运动.X光照片显示,爆轰波反应区后存在一个静止区域,与LADM模型的理论分析结果相符.LADM模型可以描述乳化炸药的压力分布.     

曲率对旋转爆轰传播特性的影响

通过数值模拟研究了爆轰波在环形管道内传播时的胞格结构.数值模拟基于带化学反应的二维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对旋转爆轰的传播进行了数值研究.结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀.而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大.随着内外径曲率的变化,环形管道中的胞格结构发生相应的变化,且呈周期性的消失和再生.     

物质点法在爆轰波碰撞炸药猛度试验中应用

使用常规有限元法对炸药爆轰过程进行数值计算时,网格大尺度畸变,往往导致求解精度低,甚至求解失败的情况.采用同时兼顾拉格朗日方法和欧拉方法优点的物质点法(MPM)对爆轰波碰撞炸药猛度试验进行数值计算,得出爆轰波碰撞过程及其在铅柱中传播的应力、应变分布.与试验结果进行对比得知,铅柱压缩误差仅为0.17%.由此验证了物质点法在炸药猛度试验应用中的准确性,为爆轰波传播、碰撞过程分析及炸药猛度测试提供了一种新方法.     

Direct observations of reaction zone structure in shock-induced ignition of methane air mixture

Ignition of methane/air mixture by the passage of a shock wave is an important issue for understanding more details of its gaseous detonation. The experiments of shock-induced ignition of stoichiometric methane/air mixture were conducted on a shock tube platform, The reaction zone structure in weak and strong ignition cases were investigated by digital chemiluminescence imaging and planar laser induced fluorescence （PLIF） techniques. Due to smaller gradients in induced time in weak ignition, which provided more time to nonlinear chemical reaction process, the results show that the reaction structures are highly nonuniform in those weak ignition cases, which become more regular while induced shock waves become stronger. In strong ignition case, it gives a typical detonation structure. The characteristics of reaction zone released by single-pulsed OH PLIF technique agreed well with other experimental measurements in this paper and were also in accord with the conclusions of previous researches. The successful implementation of the PLIF system has explored a new high temporally and spatially resolved method for the study of interaction between shock wave and gaseous matter in shock tube.     

气相爆轰模拟的动态存储/删除算法

针对反应流中刚性化学反应源项直接积分计算量大的问题,提出了减少计算时间的动态数据库存储/删除算法。分别在一维爆轰和二维爆轰计算中对算法进行了检验。计算结果表明,该算法既可以很好地满足计算精度要求,又减少了对计算机的内存占用。对于一维爆轰波传播,计算的加速比随数据库容量的增加而增加,其最大加速比接近6;对于二维激波聚集诱导的爆轰,数据库容量不超过1 000 MB时,计算的加速比为2.54。该文算法在处理瞬态反应流问题时具有通用性和优越性。     

沼气爆燃向爆轰转变的化学动力学研究

利用化学动力学及流体力学原理,建立了沼气爆炸状态参数计算模型,用于计算在巷道内沼气爆燃向爆轰转变过程（ＤＤＴ）中,系统温度和连锁反应自由基的变化情况。研究表明,温度和自由基对沼气爆燃向爆轰转变过程起综合性的促进作用,而自由基团「ＯＨ」和ＣＯ对这一转变过程有决定性影响。     

火药传热特性与Tait方程的应用

该文通过求解单颗粒火药非稳态温度场,给出了临界温度边界层曲线,讨论了Tait方程的应用条件。结果表明,在多孔火药床的燃烧转爆轰过程中,火药内部温度边界层厚度小于火药粒径的百分之一,火药状态可用Tait方程描述。