入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760～1380 K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理.利用激波管压力传感器测定了H*(486.1)和O(470.5 nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征.实验结果表明:在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5～2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了.实验数据将有益于含能材料点火时间的研究.

自由活塞激波风洞的入射激波衰减

自由活塞激波风洞产生的入射激波在行进过程中存在较大衰减,这种现象不仅降低了风洞喷管贮室的焓值、压力的量值和平稳性,而且也制约了风洞有效试验时间。针对自由活塞激波风洞结构特点,试图揭示入射激波衰减的主导原因。在忽略一些偶然性随机性因素后,重点对黏性衰减和反射膨胀波作用两个因素的影响进行了分析和比较。结果表明,在风洞主膜片打开时刻,活塞前脸与主膜片之间的短促距离,加剧了反射膨胀波的影响,在很多情况下,这是导致激波衰减的更为主要的因素。出于降低激波衰减和延长风洞有效试验时间的实际工程需要,提出了变截面活塞压缩器的设计构型。随后的理论研究显示,该构型能够实现活塞充分减速并达到安全速度,被压缩气体(驱动气体)能够形成平稳的压力/温度平台,满足激波管驱动需要。

激波对超声速气膜冷却流动换热特性影响研究

为研究激波对超声速气膜冷却流动换热的影响机理,利用数值模拟方法在三种冷气射流马赫数(Ma=1.2,1.5,1.8)下改变激波入射角度(θ=2°,4°,8°),对绝热冷效与壁面换热系数的变化开展研究。结果表明,激波对绝热冷效与壁面换热系数的影响可以根据当地流动情况与主射流掺混程度划分为四个影响区域;入射激波增强使逆压增大,引起分离涡范围增加并使边界层再附影响区内的主射流掺混强度增强,导致冷却效果的恶化;高冷气射流马赫数通过推移边界层分离位置与减弱分离涡后主射流掺混强度来对冷却效果受激波影响的恶化起到补偿作用。综合来看,激波入射引起超声速气膜冷却综合冷效下降,而在低射流马赫数时提高射流马赫数可使综合冷效最大提高80.6%。

来流Mach数连续变化下的激波串运动特性

为了研究入射激波变化的隔离段内激波串的运动特性,设计并搭建了直连式变Mach数实验系统,捕捉了相同来流Mach数变化速率、不同背压变化速率下激波串的运动行为,揭示了入射激波与背压同时变化对激波串运动的影响机理。入射激波与背压同时变化时,共有3个方面的因素会影响激波串整体的上下游运动趋势,其一,Mach数变化,Mach数增大导致激波串向下游运动,该影响随Mach数增大逐渐减弱;其二,背景波系移动,背景激波反射点靠近激波串前缘时,可能引起激波串的突跳;其三,背压压比变化,背压压比增大时激波串向上游运动,该影响随背压压比增大逐渐增强。三方面因素共同作用下激波串表现出复杂的运动。

受限空间内激波与火焰作用的三维计算

激波与火焰的相互作用常发生在超声速燃烧和燃烧转爆轰过程中,为深入了解这一现象,采用带化学反应的三维Navier-Stokes方程,对平面入射激波及其反射激波与火焰的作用进行了计算研究,其中燃烧过程使用单步反应模型描述。研究结果显示:在受限空间内模拟激波与火焰作用,能更好地符合实验结果,从而体现出受限空间的三维效应;火焰在入射激波的作用下主要经Richtmyer-Meshkov不稳定而发生变形,此时火焰变形以物理作用为主,燃烧膨胀效果相对不明显;当反射激波与变形火焰再次作用后,火焰迅速膨胀变形,放热率维持在较高水平,此时化学反应过程起主要作用;在反射激波的作用下,变形火焰复杂三维涡结构的形成能强化热量与质量的输送,提高燃烧速率。

粉尘云激波点火现象实验研究

利用新型两相激波管成功地研究了中等强度入射激波诱导的均匀悬浮粉尘间断面点火现象。平均直径为１０μｍ的玉米粉尘由流化床均匀地分散在氧气或空气中。悬浮粉尘间断面激波点火过程由纹影法连续拍摄。结果表明：颗粒浓度对点火延迟时间影响不大，空气中的玉米粉尘点火延迟大于氧气中的值，低马赫数激波条件下尤为明显。

爆轰驱动高焓激波膨胀管性能研究

介绍了中国科学院高温气体动力学实验室JF-16爆轰驱动高焓激波膨胀管的研制进展及其性能测试结果.性能研究主要测量了入射激波速度和压力曲线.根据入射激波速度,应用Mirels的黏性激波管理论计算了超高速试验气流的运动速度,然后应用Gaseq软件计算了试验气流的热力学参数.研究结果表明:在16.35 m长的JF-16激波膨胀管中获得了流速7000 m/s以上的稳定试验气流,试验时间为50～100μs,试验气流总焓30MJ/kg左右.

超音速气膜冷却及其受斜激波的影响

选取了一组接近超燃发动机内部实际工况的边界条件,对二维平行缝槽形式的超音速气膜冷却进行了数值计算,比较了吹风比、缝槽高度和隔板厚度等因素对壁面冷却效率的影响,并考虑了不同强度的斜激波入射气膜冷却边界层对壁面冷却效果和压力分布的影响。通过回归分析,不受激波影响的超音速气膜冷却的壁面冷却效率可以整理成统一的关联式。计算结果表明,斜激波入射将使入射点及其下游的壁面冷却效率降低,但是这个影响没有向上游传播。

激波管阶跃压力持续时间研究

激波管是较理想的阶跃压力发生器，阶跃压力持续时间是它的一项主要技术参数。本文在理论分析了简单激波管内波系流动图象的基础上，推导了当入射激波马赫数Ｍ１小于设计工况马赫数时，阶跃压力持续时间的计算方法。计算结果和实验结果误差不大于１２％，且试验区阶跃压力时间大于５毫秒，可以满足压力传感器动压标定需要。

爆震燃烧波在管内传播过程的二维数值模拟

采用三阶TVD迎风格式和Strang-sp litting算子分裂法,对氢氧混合物爆震燃烧进行了二维数值计算;获得了爆震燃烧流场的清晰、独特和规则的三波结构;分析了三波结构的构成和成因以及爆震燃烧直接起爆后由强爆震燃烧波衰减为稳定自持的爆震燃烧波的过程。

爆轰波反应区结构的数字化学发光成像研究

利用数字化学发光成像系统对氢氧系统气相爆轰反应区结构进行直接实验观察.实验采用ICCD(Intensified Charge-Coupled Device)、DG5335延时器和中心波长312 nm、半带宽15 nm的滤光片,精确设置爆轰波、ICCD之间的同步控制,得到不同初压、不同氩稀释度的爆轰OH自发辐射光图像.结果表明:反应区在空间上不均匀,其阵面形状不是平面且随时间不断改变.马赫杆后的OH自发辐射光强较入射激波后大.随着初压升高,OH自发辐射光强增大,反应阵面也近似趋于平面.随着氩稀释度的增大,OH自发辐射光强明显衰减.

超燃冲压发动机燃料混合增强技术研究进展

随着超燃冲压发动机技术的发展,发动机燃烧室内燃料的高效混合与燃烧技术成为了研究热点。由于在高马赫数飞行条件下,燃料在燃烧室内驻留时间极短,而混合过程对燃料和来流的热释放具有重要影响,因此需要一种具有高混合效率的燃料喷注方案,国内外学者对此提出了多种混合增强技术。本文对壁面横向射流、凹腔、激波/剪切层干扰以及波形壁混合增强方法的研究进展进行了综述,梳理总结了各类方法的混合增强机理与主要特点,并提出对混合增强技术未来研究方向的展望。

反射激波与边界层相互作用引起弱点火和强点火的数值研究

在激波管实验中,反射激波与边界层的相互作用会导致激波分义和弱点火.在激波管实验中,弱点火会严重影响点火延迟时间的测量.在考虑详细的化学和输运效应下,本文通过二维数值模拟研究反射激波后的激波分岔和非均匀点火,以解释反射激波和边界层相互作用引发激波分岔的形成机理,并研究氢和二甲醚的弱点火及其向强点火的转变.研究发现入射激波在端壁的非均匀反射会在壁面产生一个楔形斜激波脚.楔形结构导致反射激波和边界层之间的强烈相互作用,从而导致激波分岔.结果表明分叉激波底部的局部高温点产生于黏性耗散和压力功.随着反射后激波温度的升高,在化学计量氢/氧混合物中观察到从弱点火到强点火的转变.通过引入点火延迟时间对反射后激波温度的相对灵敏度,可以表征反射激波后弱点火出现.与氢/氧混合物不同,在二甲醚/氧混合物中未观察到弱点火现象,因为其具有相对较长的点火延迟时间和较小的相对灵敏度.

进口斜激波、膨胀波干扰下等直隔离段内的激波串特性

超燃冲压发动机的隔离段在实际工作中会受到进气道唇罩激波及肩部膨胀扇的显著干扰,本文针对这一特定问题进行了专门研究。提出了唇罩入射激波及肩部膨胀扇的模拟方法,并利用德国Achen的风洞试验对其进行了检验,而后以此研究了入射激波及肩部膨胀扇干扰下隔离段内激波串的基本形态,并分析了出口反压和激波入射位置的影响。仿真结果表明:当激波串在隔离段内不断前移时,受唇罩入射激波及其反射激波的干扰,其高速核心区交替地偏向上下壁面;与无激波入射的情况相比,此时激波串的耐反压能力显著降低,且入射点位置越高,降低幅度越大,管道内的沿程静压分布规律与Waltrup经验公式偏离程度也越来越大。该文结果可为进气道/隔离段的一体化设计提供依据。

矿井乏风瓦斯点火延迟时间的数值模拟

运用Chemkin程序和GRI-Mech 3.0机理,对入射激波诱导下矿井乏风瓦斯点火延迟时间进行数值模拟.首先,根据乏风瓦斯燃烧基元反应敏感性分析,定义CH3峰值出现的时刻为乏风瓦斯的点火延迟时间,然后分别研究瓦斯体积分数、入射激波速度、乏风瓦斯初始温度、初始压力对点火延迟时间的影响.研究结果表明,入射激波速度、乏风瓦斯初始温度、初始压力的增加均会使燃烧温度增加,CH3峰值增加,点火延迟时间缩短,其中入射激波速度的增加缩短点火延迟时间的效果最为显著,乏风瓦斯体积分数变化(0.1%～1.0%)对点火延迟时间的影响较小.

非均匀介质中激波-界面相互作用的数值研究以及混合区增长预测

Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定所诱导的界面混合区增长的现象在自然现象和工程应用中非常常见.发生RM不稳定现象的介质通常是非均匀的,而在RM不稳定过程中介质非均匀性对混合区的增长的影响尚不清楚,因此,研究非均匀介质中的RM不稳定现象是非常必要的.本文基于高阶精度计算格式,通过求解二维可压缩Navier-Stokes(NS)方程,数值模拟了非均匀介质中密度界面与入射激波(ISW)的相互作用,研究了入射激波通过界面后,介质非均匀性对界面演化的影响研究结果表明:在非均匀介质中,界面以独特的"钉-钉"结构发展,界面底部的"钉"结构是弯曲入射激波(CISW)或反射激波(RSW)与界面相互作用后产生的RM不稳定反向诱导所导致的.随着非均匀性的增大,界面混合区宽度的增长速率逐渐增大,激波与界面相互作用引起的波系结构更为复杂。与均匀介质中的RM不稳定过程相比,介质密度的非均匀分布进一步增强了斜压效应,导致流场中沉积更大量级的涡量.因此,在非均匀介质中,强化的涡量的诱导作用使得界面更大程度被拉伸。在上述分析的基础上,本文提出了一个预测入射激波通过界面后,界面混合区宽度增长的模型,这为评估非均匀介质下RM不稳定过程中的扰动增长行为提供了一种有效的方法.

超燃冲压发动机射流混合增强技术研究进展

燃料的射流混合以及高效燃烧是超燃冲压发动机研究中的重要内容,若干混合增强方式被用于促进燃烧室的混合过程。为了获得对混合增强方式的深入了解,从混合方式的应用广泛性以及未来发展出发,对典型的横向脉冲射流、凹腔辅助混合增强以及入射斜激波混合增强等方法的国内外现状进行了综述,最后总结了各种方式的特点及混合效果,并对混合增强技术的未来发展提出了展望。