气相规则胞格爆轰波起爆与传播统一框架的几个关键基础问题研究

本文综并分析了气规则胞格爆轰在起爆与传播方面研究进展,合高温气体动力学重实验室在爆轰物理方面研究工作,进一步研究了气规则胞格爆轰起爆几个关键础问.这些础问由一个制:非性传播/化学反应过程互作用制;两个本过程:热起爆和化学反应带过程;三个关键物理状态:平衡传播状态、临界起爆状态和稳定胞格尺度等六个关键要组成,是统一框架主要本元.通过六个型物理算例,本文研究了这些关键物理要内在制、表现特征及其客观存在性.应用气规则爆轰起爆与传播统一框架,我们成功地释了目前已有经爆轰理论、应用CFD技获多维爆轰计算和实验研究观察到胞格爆轰图像合理性及其依据关键物理要.

气相爆轰波凹面反射过程尺度效应的实验研究

了解气相爆轰波的凹面反射是研究爆轰波在环形管道条件下传播机制的基础。文章针对气相爆轰波凹面反射问题中存在的尺度效应进行实验研究,得到三波点轨迹和临界壁角与几何尺度之间的定量关系,发现了类似于爆轰波楔面马赫反射的尺度效应和2个极限(冻结和平衡极限);进一步研究发现尺度效应高度依赖于2个特征长度尺度(胞格尺寸λ和凹面曲率半径R)。以上研究可为高性能航天推进系统燃烧室的设计提供理论参考。

气相爆轰波传播过程中的自点火效应

基于基元反应模型和单步反应模型,对直管道中H2-air混合气体中爆轰波的传播过程进行了数值模拟,揭示了气相爆轰波传播过程中的自点火效应。利用数值模拟方法计算了不同爆轰模型的点火延迟时间,并得到了爆轰波三波点的传播过程以及所形成胞格结构的尺寸。结果表明,胞格宽度与点火延迟时间成正比;爆轰波诱导区内气体的点火延迟时间与三波点的运动周期基本一致。进一步对结果分析可知,爆轰波的自维持传播取决于点火延迟时间(表征化学反应的特征时间)和三波点的运动周期(表征流动的特征时间)的匹配;当二者相匹配时,经过前导激波压缩后形成的高温高压爆轰气体,在短时间内实现了自点火,同时释放出大量的能量推动了爆轰波的前进,即爆轰波的稳定自维持传播依靠其自点火机制。

发动机爆震室气相化学反应机理及爆轰波性质的数值研究

爆轰波结构中存在气体动力学和化学反应的非线性强耦合作用。针对二十步基元反应模型和基于敏感性分析简化的九步反应模型,结合二维欧拉方程,采用Roe格式求解对流项、二阶迎风格式进行插值,对脉冲爆震发动机爆震室内H2/O2爆轰过程进行数值研究,获得了与爆轰经典CJ理论和实验结果较为一致的爆轰参数,表明采用带有化学反应的模型是可行的。通过数值分析爆轰波胞格的精细结构,得出:相比于九步基元反应模型,二十步的基元反应模型能较为准确地描述三波点的碰撞和演化,更好地解释反应区与入射激波的解耦,而与马赫干强耦合现象。基于二十步基元反应模型数值讨论了爆震室中添加惰性气体Ar对反应的稀释作用,以及气相初始压强降低对氢氧混合气体爆轰性质的影响。

气相爆轰波马赫反射过驱动马赫杆演化过程的实验研究

为了研究过驱动爆轰波的动力学特性,特别是胞格尺寸与诱导宽度的比例关系随过驱程度的变化规律,本文对三维胞格爆轰波楔面马赫反射中过驱动马赫杆的演化过程进行了实验研究.楔块表面过驱动马赫杆波阵面的演化非常复杂,其胞格尺寸呈现出明显的三阶段模式,即在楔面顶点附近是大尺寸胞格,经过一段强化过渡距离后,快速出现非常细小的胞格,然后缓慢增长并渐近地趋近最终稳定的胞格尺寸.过驱爆轰波的这种演化模式与燃烧转爆轰中过驱爆轰波衰减过程中胞格尺寸不断减小的规律不同.这可以归因于马赫反射、横波非定常性和不稳定性的共同作用.本文发现过驱爆轰波的胞格尺寸随着过驱动程度的增加而减小,但是当过驱程度增加到一个临界值时,高驱爆轰波在烟膜上不会再产生更小的胞格.