与爆轰相关的湍流燃烧

爆轰具有较高的燃烧效率,当应用于推进系统时,有较宽广的前景,故引起国内外学者广泛的关注。与爆轰有关的两个重要现象是——爆轰的生成和传播。爆轰的生成分为直接起爆和间接起爆。直接起爆需要极高的能量,因此间接起爆一直是研究的热点,其中爆燃转爆轰(deflagration-to-detonation transition,DDT)则是关注的重点。然而,经过几十年的实验、理论和数值研究,DDT的机理已被理解,但是准确的预测还无法实现,这其中最核心的因素是湍流燃烧。对于爆轰波的传播,特别是高活化能的可燃气体,其波阵面呈强不稳定结构,存在湍流燃烧,波后出现的未燃气团的燃烧也属于湍流燃烧,这使得爆轰波的精确控制也存在较大的困难,但是爆轰波传播的平均速度仍然可以用CJ速度来预测。本文对DDT和爆轰波结构中的湍流燃烧的研究现状进行了分析和评述,并对未来的研究进行了展望。

考虑平衡气体效应的斜爆轰波驻定窗口的研究

为研究真实情形下斜劈诱导的斜爆轰波的驻定窗口及影响因素,利用考虑平衡气体效应的极曲线关系式,分析了氢气-空气混合物的斜爆轰波的驻定窗口。与已有的一步反应的驻定窗口对比,讨论了平衡气体效应带来的特性;调整来流混合物的马赫数、压力、温度和当量比,分析了不同参数对驻定窗口的影响。研究结果表明,在氢气-空气混合物中采用9种平衡气体组分时,随着来流马赫数和温度的增加、混合物当量比的减少,形成的驻定窗口明显增加,斜爆轰波更容易驻定;初压对斜爆轰波的驻定影响较小。

爆轰胞格尺寸的统计分析

爆轰胞格尺寸作为可燃系统的本征值,可用来确定爆轰传播时的临界尺寸,比如直管传播时的临界管径、管道突扩时的临界尺寸等。然而,该尺寸的测量具有较强的主观性。为了减少人工测量带来的不确定性,文章采用两种统计方法:概率密度函数法和自相关函数法,对数值模拟得到的不同规则程度的爆轰胞格进行了统计分析。爆轰胞格的不规则程度采用单步反应的活化能来体现。当活化能较低时(Ea=15),胞格较规则,两种统计方法得到的胞格尺寸较一致。随着活化能的增加(Ea=20),胞格开始不规则,两种统计方法也开始出现偏差。当活化能进一步增加(Ea=25、27),胞格极不规则,开始出现横波的合并,两种统计方法得到的结果出现较大的偏差。这是由于概率密度法处理爆轰波阵面三波点规则时,没有考虑迹线上能量的分布,而自相关函数法根据三波点上的涡量值对胞格尺寸进行统计分析,因此,该方法得到的爆轰胞格尺寸比概率函数法更能真实体现可燃系统的爆轰特性。

Cellular structure of detonation utilized in propulsion system

How to confine a detonation in a combustor is a key issue of detonation applications in propulsion systems.Based on achieving schemes,detonations applied in the combustor,including pulse detonation wave(PDW),oblique detonation wave(ODW) and rotating detonation wave(RDW),are different from that described by the classic CJ theory in fine structures and its self-sustaining mechanisms.In this work,the cellular structures and flow fields of ODW and RDW were obtained numerically,and the fundamental characteristics and self-sustaining mechanisms of the detonations were analyzed and discussed.ODW front consists of three parts:the ZND-like front,the single-headed triple point front and the dual-headed triple point front.Cellular structures of RDW are heterogeneous,and the cell size near the outer wall is smaller than that near the inner wall.