Effect of the liquid temperature on the interaction behavior for single water droplet impacting on the immiscible liquid

The interaction of single water droplet impacting on immiscible liquid surface was focused with the temperature varying from 50 ℃ to 210 ℃. The impact behavior is recorded with a high-speed camera running at 2000 frames per second. It is found that droplet diameter, oil temperature, and Weber number have important influences on impact behaviors. Three typical phenomena, including penetration, crater-jet, and crater-jet-secondary jet, were observed. Penetration only occurs when the Weber number is below 105. With Weber number increasing to 302, the jet begins to appear. Moreover, to gain deeper physical insight into the crater formation and jet formation, the energy of droplet impingement onto the liquid pool surface was estimated. The oil temperature has a significant effect on the energy conversion efficiency. High temperature is beneficial to improve energy conversion efficiency.     

氢气泄爆作用下结构动力响应特性研究

氢能因具有环保高效等优点，被公认为21世纪最具发展前景的清洁能源，缺点是在使用过程中极易发生爆炸事故。泄爆作为爆炸防护的重要手段，可以有效提高结构在爆炸过程中的安全性和可靠性。为获得结构在氢气泄爆作用下的动力响应特性，本文从实验和数值模拟两个方面展开研究。在12 m×2.5 m×2.5 m的大尺度ISO标准容器中开展了一系列氢气泄爆实验，主要考虑氢气体积分数、点火位置、障碍物布置等参数的影响，并对结构内部超压荷载特征和动力响应演化规律进行了分析。结果表明，结构位移由首个超压峰值主导，并在该阶段与方舱内超压趋势保持一致，且两者峰值之间保持线性关系；加速度则由不稳定燃烧引起的超压高频振荡主导。在实验范围内，位移峰值受氢气体积分数影响显著，且随着氢气体积分数增大而增大。加速度峰值则还受到点火位置的影响，中心点火的情景要大于后端点火的情景。障碍物数量对结构动力响应的影响并非单调关系。此外，基于现场环境振动测试结果，建立了该结构的基准有限元模型。数值模拟及实验结果吻合良好，因此该基准有限元模型可进一步用于不同工况下氢气泄爆荷载作用下结构动力响应的预测和分析。     

直管内胞格爆轰的基元反应数值研究

基于基元反应和二维欧拉方程，对直管内胞格爆轰进行了数值模拟。采用5阶WENO(weighted essentially nonoscillatory scheme)求解对流项，采用2阶附加半隐的龙格-库塔法处理化学反应源相引起的刚性。获得了密度、压力、温度和典型组元质量分数流场及数值胞格结构等。结果表明:网格精度的差异明显影响胞格的规则性和爆轰的平衡模数，随着网格尺度的减小，胞格由不规则变为规则。预混气组成、初压、初温及管道宽度给定，三波点数收敛为确定值。足够强度的初始扰动可再现胞格爆轰，最终形成的自持胞格爆轰模数与初始扰动的形状、大小、位置均无关。沿胞格中心线，爆轰波速度变化范围为0.88DCJ~1.5DCJ，爆轰波平均速度与CJ爆轰速度仅偏差0.88％。峰值压力与初压之比为14~50。计算爆轰波平均速度、胞格宽长比与实验值基本一致，但计算胞格宽度比实验值略小。数值模拟加深了对横波的产生和发展、未反应气囊、爆轰胞格的二次起爆等胞格爆轰特性的认识。     

气相爆轰波在半圆形弯管中传播现象的实验研究

对气相(2H2/O2/Ar系统)爆轰波在半圆形弯管中的传播现象进行实验研究。用烟迹膜记录了弯管中爆轰波的胞格结构,采用压电传感器测量了沿弯管内外母线指定点的压力时间曲线,得到了爆轰波沿弯管内、外母线的平均速度和胞格尺寸的变化。结果表明:当平面爆轰波进入弯管后,受壁面的几何形状作用,诱导激波阵面发生弯曲。沿诱导激波阵面,自内母线到外母线方向,激波强度逐渐增大。同时,爆轰波后的化学反应区也受到影响,胞格尺寸发生较明显的变化。在本文条件下,当初压p08.00kPa,受扰动的爆轰波在弯管出口下游仍恢复为强度不变的稳定爆轰。胞格记录的三波点迹线表明:受扰动的爆轰波在出口段发生了马赫反射。实验结果还表明:当p0降至5.33kPa,平面稳定爆轰波经过半圆形弯管后,其强度发生衰减并直至出现熄灭。     

弯管内爆轰波传播的流场显示和数值模拟

采用激光纹影系统拍摄了爆轰波在不同位置的流场照片. 用二阶附加半隐的龙格- 库塔法和五阶WENO格式 分别离散欧拉方程时间和空间导数项，用基元反应来描述爆轰化学反应过程，获得了压力、 温度、典型组元质量分数分布及数值胞格结构和爆轰波平均速度. 结果表明：受壁面稀疏波 和压缩波影响，爆轰波阵面发生畸变. 但由于弯管曲率半径较大，未出现爆轰波熄灭. 靠近 凹壁面的激波强度大于凸壁面侧，且凹壁面侧的反应区宽度较凸壁面侧要窄. 弯管出口处的 三波点数目较入口处减少，爆轰波衰减. 在出口直段，受扰动的爆轰波可恢复为自持爆轰波. 爆轰波流场、胞格结构、平均爆轰波速度的计算和实验结果定性一致.