C7H16-O2-N2预混气体压缩点火过程的数值模拟

采用庚烷氧化的最新化学反应动力学机理(包含57种组分,290个基元反应)对模型燃烧室内的庚烷 空气混合气的压缩点火过程进行了数值模拟。计算了不同初始压力、不同初始温度下的点火过程;预测了燃烧室内部分稳定物质和自由基的摩尔分数及其在各个反应中的产生或消耗速率,以及温度和压力等参数随时间的变化过程,并根据计算结果从化学反应动力学机理的角度讨论了庚烷的压缩点火过程。     

燃烧轻气炮多级渐扩型燃烧室流场特性数值研究

为了分析多级渐扩型燃烧室结构对燃烧轻气炮氢氧燃烧特性的影响, 通过计算流体力学方法, 分别对采用传统圆柱型燃烧室和多级渐扩型燃烧室的燃烧轻气炮氢氧燃烧发射过程进行数值模拟。对比结果表明, 多级渐扩型燃烧室结构能够明显地减小燃烧室压力波动幅度, 提高氢氧燃烧稳定性; 多级渐扩型燃烧室内形成回流区, 可以减小气流轴向运动速度; 火焰扩展形态与渐扩型结构相吻合, 燃烧反应区表面变化平稳; 多级渐扩型燃烧室结构对氢氧火焰传播过程和压力波动现象有着重要影响。     

点火具点火射流蚀剥作用对底排药柱燃烧特性的影响

为了研究底排点火具射流蚀剥作用对底排药柱碎块脱落情况及其燃烧性能的影响,采用半密闭爆 发器实验装置模拟底排弹出膛口瞬态卸压工况,借助高速录像记录点火具点火与底排药柱燃烧的序列图像。 建立底排药柱在半密闭爆发器燃烧的数学模型,计算分析了不同碎块脱落质量引起的平均压力、质量流率和 燃烧时间的变化情况。研究结果表明:蚀剥作用发生在点火具点火初期,导致脱落的底排药剂碎块来不及燃 烧;蚀剥作用主要是强点火射流对底排药柱侵蚀与冲击造成的;碎块总量约占底排药柱初始质量的7%~ 9%,严重影响点火和燃烧的一致性。计算结果与实验值吻合较好。     

气相爆轰波胞格尺度与点火延迟时间关系研究

讨论点火延迟时间和爆轰波胞格尺度的内在关系,将点火延迟时间作为特征参量来模拟胞格尺度. 分别对两个总包单步化学反应模型和一个基元反应模型的点火延迟时间进行了数值模拟研究. 对于满足当量比的氢气/空气混合气体,分析了不同初始压力下点火延迟时间随初始温度的变化关系. 研究表明:总包单步反应模型的点火延迟时间不随压力变化,且与初始温度呈线性关系. 基元反应模型的点火延迟时间随压力变化,而且存在理论上的S 型曲线,但是在拐点区域和低温区域与CHEMKIN 计算的结果相差1~3 个量级. 现有模型模拟的胞格尺度普遍偏小,其相应的点火延迟时间也偏小,胞格尺度与点火延迟时间具有正相关性. 入射激波后的气体的点火延迟时间与三波点的运动周期一致,是定量化模拟胞格的关键因素.      

STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN IGNITION DELAY TIME AND GASEOUS DETONATION CELL SIZE

讨论点火延迟时间和爆轰波胞格尺度的内在关系,将点火延迟时间作为特征参量来模拟胞格尺度. 分别对两个总包单步化学反应模型和一个基元反应模型的点火延迟时间进行了数值模拟研究. 对于满足当量比的氢气/空气混合气体,分析了不同初始压力下点火延迟时间随初始温度的变化关系. 研究表明:总包单步反应模型的点火延迟时间不随压力变化,且与初始温度呈线性关系. 基元反应模型的点火延迟时间随压力变化,而且存在理论上的S 型曲线,但是在拐点区域和低温区域与CHEMKIN 计算的结果相差1~3 个量级. 现有模型模拟的胞格尺度普遍偏小,其相应的点火延迟时间也偏小,胞格尺度与点火延迟时间具有正相关性. 入射激波后的气体的点火延迟时间与三波点的运动周期一致,是定量化模拟胞格的关键因素.     

基于光学诊断的某新型含铝推进剂燃烧特性分析

为探究某新型含铝固体推进剂燃烧特性和规律,在模拟固体发动机的高压条件下,采用可调功率激光器结合高速摄影、发射光谱等光学诊断技术对该新型含铝固体推进剂开展了系统的点火及燃烧过程研究。通过对该推进剂的点火延迟、退移速率、燃烧温度以及团聚物颗粒尺寸的定量测量和分析,明确了该推进剂的点火延迟量级;证实此推进剂的退移速率严格遵循Summerfield燃速公式;判断出其最高燃烧温度高于3 300 K,且随压力增大而升高;通过对燃烧过程中发光凝聚相产物面积的量化分析得出推进剂产物中团聚物粒径尺寸受环境参数的影响规律。     

氢气定容燃烧的实验研究

利用定容燃烧弹和高速数据采集系统对氢气定容燃烧进行实验研究,得出氢气定容燃烧压力变化过程、燃烧爆压及爆炸常数的变化规律。研究结果表明:中心点火定容燃烧的压力变化过程为:从开始的火花跳火干扰到平稳的等压燃烧,再到压力的慢速和快速增加,在燃烧的中后期会出现压力振荡;在非燃烧极限工况下,随着燃空当量比的增加燃烧爆压先增加后减小,随着初始压力的升高燃烧爆压几乎线性增加,随着温度的增加燃烧爆压和最大燃烧爆压都减小;随着燃空当量比的增加爆炸常数先增加后减小,在燃空当量比小于4.0的工况,燃烧爆炸常数随初始压力的升高而增加,而燃空当量比大于4.0的工况随着初始压力的升高而下降;在燃空当量比小于2.5时,燃烧爆炸常数随温度升高而减小,在燃空当量比大于2.5时,则正好相反。     

多元混合PBX炸药冲击起爆的多元Duan-Zhang-Kim反应速率模型研究

提出了多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型新的处理方法，构建了新的细观反应速率模型，系列数值模拟结果与实验结果均一致，表明该细观反应速率模型可较好地描述和预测炸药组分配比及颗粒度对多元混合PBX炸药冲击起爆过程的影响。PBX炸药冲击起爆过程主要受热点点火过程和燃烧反应过程共同作用:HMX占主导成分的PBXC03炸药，起爆压力低，冲击起爆过程受热点点火影响较明显，热点点火后的燃烧反应速度较快，表现为加速反应特性；TATB占主导成分的钝感PBXC10炸药，起爆压力高，冲击起爆过程主要受点火后的燃烧反应过程控制，且点火后燃烧反应速度较慢，表现为稳定反应特性。     

点火条件对密闭管道内预混氢气/空气燃爆特性的影响

基于流体动力学软件Fluent,开展数值模拟,研究点火位置（距管左端壁面100、200和500 mm）、点火温度（1 000、1 500和2 000 K）和点火面积（管左端壁面处半径为50、35和20 mm的点火域）等点火条件对1 000 mm密闭管道中预混氢气/空气（H₂/air）燃爆特性的影响。研究表明:点火位置距管左端壁面越远,中间节点处温度越高,温升越快;不同点火温度下管内最高温升速率基本同步,且提高点火温度,使得燃烧反应更剧烈,能提高管内气体温升速率,但却降低管内的压力峰值;点火面积越小,预混H₂/air燃烧前期温升越快。当采用半径为35 mm的点火域和点火位置距管左端壁面100 mm的点火方式时,预混H₂/air燃爆的各项参数相对较高。不同点火条件对密闭管内气体的动能和内能的影响规律类似于其对管内气体的流速和温度的影响规律,而对涡量的影响不明显。     

基于五阶WENO格式的燃气在药床中流动过程二维两相流研究

为研究内弹道初始阶段中心点火管燃气在膛内药床中的流动特性和传播规律,设计了可视化点传火实验平台,并进行了膛内假药床的点传火实验。基于加权本质无震荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式,构造了膛内轴对称二维内弹道两相流模型,对膛内燃气在假药床中的流动过程进行数值模拟。计算结果与可视化实验结果符合较好,全局压力平均误差为5.35%。表明数值计算准确地描述了燃气流动特性,完整地呈现了点火管燃气在假药床中的发展过程。在点火初始阶段,膛内压力径向效应明显,气相沿径向传播较快,药床药粒基本不会发生运动;随着燃气逐渐在膛内传播,膛内压力呈现径向一致、轴向梯度分布的特征,在压力梯度作用下,气相轴向速度开始占据主导,径向速度在膛底和中部区域减小为零,而固相速度随气相速度变化而变化;气相在到达弹底前,由于固相颗粒的壅塞,会提前出现速度反向波动现象。     

Ignition and combustion study of JP-8 fuel in a supersonic flowfield

The ignition and combustion process of fuels in a supersonic combustion chamber plays an important role in the design of hypersonic propulsion system. However, it is a quite complicated process, due to the large variation of inlet air velocity, temperature, oxygen concentration, and shocks in the supersonic combustion chamber. The purpose of this paper is to observe the ignition delay and combustion phenomenon of the JP-8 fuel droplets in a supersonic flowfield experimentally. A shock tube is used as a basic test facility to create a high-speed and high-temperature flowfield as a supersonic combustor. In the experiments, several test parameters are controlled, such as shock velocity, gas temperature, fuel droplet size and distance, initial fuel temperature, and oxygen concentration, etc. The test results show the influence of these parameters on ignition delay, ignition limitation, and detonation. The most important factor in the experiment is the initial fuel temperature effect, which is influenced by the altitude variation during a flight. Received 4 August 1995 / Accepted 12 December 1995     

模块装药火炮膛内两相燃烧模型及压力波模拟

为详细了解新型模块装药火炮膛内发射过程中各模块区及中心可燃管区着火、燃烧现象以及压力波动情况,建立了准二维两相流内弹道燃烧理论模型。模拟结果表明,膛底与膛口压力、压力差数值计算结果与实验结果吻合得很好。     

含能气体射流与液体相互作用的实验研究

为了研究整装式液体发射药的燃烧稳定性的控制方法,设计了点火喷射模拟装置及4种多级渐扩型观察室,利用数字高速摄像系统,观察含能气体射流在液体模拟工质中的扩展过程,并对实验中出现的喷孔壅塞现象进行了分析.结果表明:射流在渐扩型结构中扩展稳定,喷射压力、喷孔直径和渐扩结构对射流扩展形态和气液掺混过程有显著影响,通过合理调整这些参数,可以实现对射流扩展过程的有效控制;喷孔壅塞时射流扩展形态非对称,影响气液掺混,不利于控制射流的稳定性.     

非火药驱动的二级轻气炮的发射参数分

介绍了一台５７ｍｍ口径一级压缩气炮驱动的１０ｍｍ口径二级轻气炮，并分析了这种气炮的特点。对其发射参数和发射效果之间的关系进行了数值计算模拟，计算弹速与实测弹速的差异小于１０％。根据计算模拟结果，分析了活塞质量、活塞驱动气压、泵管初充气压和弹丸释放气压等发射参量同弹速和二级气室的气压气温峰值的关系，评估了１０／５７二级轻气炮的发射能力。     

Experiments and Simulations of <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-Heptane Spray Auto-Ignition in a Closed Combustion Chamber at Diesel Engine Conditions

Auto-igniting n-heptane sprays have been studied experimentally in a high pressure, high temperature constant volume combustion chamber with optical access. Ignition delay and the total pressure increase due to combustion are highly repeatable whereas the ignition location shows substantial fluctuations. Simulations have subsequently been performed by means of a first-order fully elliptic Conditional Moment Closure (CMC) code. Overall, the simulations are in good agreement with the experiment in terms of spray evolution, ignition delay and the pressure development. The sensitivity of the predictions with respect to the measured initial conditions, the spray modelling options as well as the chemical mechanism employed have been analysed. Strong sensitivity on the chemical mechanism and to the initial temperature on the predicted ignition delay is reported. The primary atomisation model did not affect strongly the predicted auto-ignition time, but a strong influence was found on the ignition location prediction.     

A ballistic compressor-based experiment for the visualization of liquid propellant jet combustion above 100 MPa

 This paper describes the components and operation of an experimental setup for the visualization of liquid propellant (LP) jet combustion at pressures above 100 MPa. The apparatus consists of an in-line ballistic compressor and LP injector. The ballistic compressor, based on a modified 76 mm gun, provides high-pressure (ca. 55 MPa) clear hot gas for the jet ignition. A piston (projectile) is fired toward a test chamber beyond the barrel’s end, and its rebound is arrested in a transition section that seals the test chamber to the barrel. The LP jet is injected once the piston is restrained, and combustion of the jet further elevates the pressure. At a preset pressure, a disc in the piston ruptures and the combustion gas vents sonically into the barrel. If a monopropellant is used, the jet injection-combustion process then resembles liquid rocket combustion but at very high pressures (ca. 140 MPa). This paper discusses the ballistics of the compression and compares experimental results to those predicted by a numerical model of the apparatus. Experimentally, a pressure of 70 MPa was achieved upon a 12.5 volumetric compression factor by firing a 10 kg piston into 1.04 MPa argon using a charge of 75 g of small-grain M1 propellant. Received: 16 December 1996/Accepted: 15 July 1997     

再生式喷雾燃烧过程中着火延迟期的影响特性

对液体药火炮中的再生式喷雾燃烧过程进行了大量的实验研究，发现了着火延迟期对再生式喷雾燃烧过程的重要影响。建立了反映着火后燃烧室内压力状态与着火延迟期间各参量之间关系的分析模型；结果表明，随着着火延迟期的延长，延迟期间液体药堆积量不断增加，进而导致着火后压力升高率急剧增大。运用零维数学模型对整个再生喷雾燃烧过程进行了模拟，模拟结果进一步证实了分析模型结论，较好地再现了正常燃烧过程和非正常燃烧过程的基本特征，阐明了着火延迟期对再生喷雾燃烧过程影响的物理本质。     

含能液滴间相互作用对着火、燃烧过程的影响

在控制再生式液体发射药火炮燃烧稳定性的背景下，采用挂滴装置和高速摄影系统开展了 ＨＡＮ基液体发射药 ＬＰ１８４６液滴组内部相互作用对着火、燃烧过程影响的研究。观测了液满间相互作用对它们所经历的四个特征过程的影响。定量测试液滴组平均着火延迟期、着火温度等特性参数与环境温度和液滴中心间距的关系。实验发现:在一定条件下，液滴组将出现聚并现象。最后．建立了一个工程简化模型，理论计算与实验数据吻合较好。这个工作对控制燃烧稳定性和抑制压力振荡有一定的指导意义。