缓燃向爆震转捩过程中火焰和压力波发展规律试验

为了解缓燃向爆震转捩（DDT）过程,在60 mm×60 mm,长2 m的方形爆震管内,利用高速摄影和高频压力传感器试验研究了4种余气系数下氢气/空气混合气燃烧时的火焰和压力波演变规律.结果表明：缓燃向爆震转捩经历了缓燃、爆燃、在壁面产生热点、形成爆震中心和稳定爆震5个阶段,缓燃、爆燃和爆震的火焰传播速度分别为0－15 m/s,500－1000 m/s和1800－2000 m/s.压力传感器获得的时序图和对应峰值压力的变化规律也验证了上述过程：在压力传感器测试区间（850－1200 mm）内,压力峰值从1.5 MPa先跃升到7 MPa上下,然后下降稳定在2－3 MPa.据压力时序图算得的爆震波传播速度与高速摄影获得的火焰传播速度一致.

辛烷-空气混合物爆燃爆震转捩的数值模拟

爆燃向爆震转捩（简称DDT）的问题对爆震波的产生至关重要,是爆震波发动机研究中的核心问题之一。木文针对气态辛烷和空气混合物中产生的燃烧波在一维封闭空间传播的DDT问题,运用化学反应流动基本理论和两步反应模型,在拉格朗日质量坐标系中建立该现象的数学表达,气体动力学方程采用显式（S?）差分格式,化学反应项使用二级精度的Adams方法,开发了程序CULDDT,完成了过程的数值模拟,并与实验数据进行了对比,两者符合较好,为研究辛烷和空气混合物中产生爆震波的过程提供了一种可靠的数值方法。

预混气爆震管中爆燃到爆震转捩距离的研究

为了获得预混气爆震管中爆燃到爆震转捩 (DDT)距离的变化规律 ,进行了一系列的单循环爆震试验 ,其中预混气为按化学恰当比配制的乙炔与氧气以及稀释剂氮气 ,变化的试验参数包括 :预混气初始压力 (0 0 2MPa～ 0 1MPa)、稀释剂的浓度 (0 %～ 70 % )及三种扰流片的形状。试验测得了不同工况下爆震管内火焰传播速度 ,并由此确定了DDT距离及其变化规律。试验结果表明 ,预混气初始压力下降或稀释剂浓度增加时 ,DDT距离增大 。

障碍物长度对两相爆震起爆特性影响的研究

为了探究障碍物长度对气液两相爆震起爆特性的影响,以汽油和富氧空气作为燃料和氧化剂,在使用不同长度障碍物的爆震管中进行了工作频率为20 Hz的无阀式多循环实验研究.研究结果表明,障碍物长度为管径4倍至8倍的孔板、Shchelkin螺旋、环形凹槽和螺旋凹槽均可实现爆震的起爆;增加障碍物长度可以缩短DDT距离和DDT时间;气液两相DDT过程中,火焰加速至产物声速左右,可能会马上起爆,也可能维持在产物声速左右继续传播一段距离后再起爆;在火焰达到产物声速左右的位置下游布置障碍物可以增加爆震马上起爆的概率.

氢气爆燃转爆轰特性试验研究

为揭示爆燃转爆轰(DDT)过程的主要物理机理,用带有Shchelkin螺纹管的方形激波管,对氢气和空气混合气进行爆轰试验。首先采用压力传感器记录压力波在管内的发展过程,探讨压力波速度的变化规律;然后借助高速照相机获得DDT转捩过程的纹影图像,分析主导激波传播速度的变化规律。结果表明,火焰传播经历缓燃、爆燃、爆燃转强爆轰、强爆轰衰减以及稳定爆轰等阶段;火焰、主导激波和反射激波间的相互作用是影响DDT转捩过程的主要因素。采用压力-时间记录法和纹影法分别得到DDT距离,但用后者所得的转捩距离更为准确。

不同端面密封条件下缓燃-爆震转捩特性试验

为研究不同端面封闭程度时缓燃-爆震转捩(DDT)的特性,在60 mm×60 mm×2 000 mm方爆震管内,在封闭端设置了5种阻塞比的方孔,针对4种余气系数用乙炔(C2H2)和空气混合物进行了单爆震性能研究.利用安装在同一截面上的压力传感器与离子探针同时测得缓燃向缓燃-爆震转捩(DDT)转捩位置处爆震管内的压力、火焰传播速度和方向.分析结果表明:①随端面阻塞比的增大,DDT的距离会变长;②端面的封闭程度并不影响DDT转捩的本质特性.

CE/SE法模拟爆震波点火及传播过程

运用时空守恒元和解元(CE/SE)法模拟一维爆震波的形成及传播过程,分析产生爆震波的不同机理和DDT(爆燃-爆震转捩)过程的影响因素.采取激波点火和热点点火两种点火方式,分别对应SDT(激波-爆震转捩)和DDT过程,热点点火初始场采用线性温度分布和阶梯性温度分布,整个管道均为常压.用隐式梯形方法实现刚性源项积分.结果表明,SDT和DDT对应于不同的爆震波机理,并且DDT受点火区不同参数的影响,为研究爆震波点火和DDT过程提供了理论依据.

双组分混合气态燃料爆震起爆特性

在爆震燃烧中,与液态燃料相比气态燃料具有更好的起爆性能和可爆极限。在一定温度和压力下,液态碳氢燃料燃烧伊始发生的吸热裂解反应会产生小胞格尺寸的轻质气态小分子,其混合物组合可有效降低可燃混合物的临界起爆能量并提升燃料整体的起爆性能。研究液态燃料裂解反应中气态产物组分及含量对缓燃向爆震转变过程时间及距离的影响规律,有助于掌握形成易爆混合物的条件,指导液态燃料爆震燃烧室的设计。本文采用光学测量方法,对RP-3航空煤油热裂解反应的主要产物双组分气态燃料的起爆性能进行了实验研究,对不同组分燃料的起爆过程中火焰传播速度进行对比。结果表明:生成的甲烷摩尔分数大于60%时不能实现爆震起爆,烯烃类等气态不饱和烃可增强混合燃料的起爆性能。同时,适当地提高当量比,可以扩大混合燃料的可爆极限。

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10~100 kPa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1930 mm、管径分别为0.5、1、2、4 mm的管道中进行。实验结果表明:面积发散效应导致DDT距离与管径和初始压力不同的变化关系,当初压低于60 kPa时,DDT距离与管径呈线性关系;而当初压在60 kPa以上时,DDT距离在100~200 mm,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。

脉冲爆震发动机管壁废热加温燃油实验

在内径为110 mm的大管径脉冲爆震发动机模型上,以煤油为燃料,空气为氧化剂,进行了脉冲爆震发动机不同爆震频率的管壁换热实验.实验结果发现利用管壁废热加温燃油可以提高燃油的温度,改善爆震性能并缩短爆燃到爆震的转捩(DDT)距离,也能够有效地降低发动机的管壁温度.当发动机工作在20Hz时,管壁温度最大可以降低94℃.

预爆管式脉冲爆震原型机试验研究

为了实现多循环吸气式脉冲爆震发动机(PDE)在较短距离内缓燃向爆震的转捩,降低主爆管通过障碍物触发爆震的内部阻力损失,设计了预爆管和主爆管以同种混气(汽油/空气)为工作介质的两相PDE原型机,试验研究了爆震燃烧过程。研究表明:当预爆管出口扩张角度为45°时,可以实现爆震波在主爆管内向衍射面上、下游传播;设计的预爆管式PDE原型机可以实现最高频率为66.7 Hz的稳定间歇工作。

有、无障碍物爆震管起爆过程的CE/SE模拟

用时空守恒元和解元(CE/SE)法模拟有无障碍物情况下爆震管二维爆震波的形成和传播过程,分析爆震波的不同机理,研究在较低能量下,点火区温度、爆震管管径以及障碍物对爆燃-爆震转捩过程(DDT)的影响.控制方程采取无量纲形式,用拓展的隐式梯形法实现刚性源项积分.研究表明,点火能量与点火压力相关,在较低的点火能量下,可以通过提高点火温度、减小爆震管径及加入障碍物加强爆震过程,减小爆燃-爆震转捩过程DDT时间和距离.为研究爆震波点火和DDT过程提供了理论依据.

热射流点火对爆震管内火焰加速及爆震波触发影响的数值研究

为研究热射流点火对爆震管内火焰加速及爆震波触发的影响,运用34步26组分丙烷基元反应进行了二维数值模拟,获得了5种不同的热射流发生器几何结构下的爆震管内火焰传播规律及缓燃向爆震转捩（deflagration to detonation transition,DDT）的时间与距离.结果表明：爆震管中湍流在火焰加速阶段起着重要作用,在爆震波触发阶段激波与火焰相互作用占有主导地位.根据DDT过程的定义,得到DDT时间在1.4～2.0ms之间,同时发现热射流发生器长度为150mm,热射流发生器孔径在8mm时DDT时间最短,热射流发生器长度及孔径对DDT距离的影响不大.