点火准则和稀释气体对乙烯点火延时的影响

利用矩形截面激波管研究点火准则和稀释气体对乙烯点火延时的影响。采用压电传感器记录测点压力时间历程，采用光谱仪和光电倍增管记录自发光强时间历程，以压力、总自发光强与·OH和·CH自由基特定能级发射光强等信号判定是否发生自点火，给出自点火过程的时间起始点和终止点，得到了不同点火准则和稀释气体对应的乙烯/氧气/氮气和乙烯/氧气/氩气点火延时。结果表明:相同工况的乙烯点火延时测量数据相对误差约为15%，数据验证了本文实验和测量方法可靠性。针对当量比为1.0、压力为0.2 MPa，得到了温度范围为905～1 489 K，稀释气体的摩尔分数为75%氮气和75%氩气时的乙烯点火延时，给出点火延时和温度拟合的Arrhenius型表达式。不同点火准则会影响所测点火延时数据，但多次测量结果确定的点火延时和温度变化规律近似相同。不同稀释气体对激波管自点火流场的影响表现为和流场均匀性以及混合物比热相关。相同工况的乙烯/氧气/氮气点火延时大于乙烯/氧气/氩气点火延时。高温区和低温区的乙烯/氧气/氩气点火延时与温度的拟合关系不同，转折温度约为1 121 K。     

CH4/空气简化动力学机理数值验证

选择绕圆柱预混燃烧算例，验证CH₄/空气三种简化动力学机理（16s41r、15s19r和53s325r）.考虑均匀来流，忽略湍流和湍流与燃烧相互作用以及燃料扩散效应，假设层流有限反应速率，采用保自由流5阶WENO格式求解多组分Euler方程组，得到CH₄/空气预混燃烧流场温度等值线、沿驻点线压力和温度及其CH₄、CO和CO₂质量百分数分布.结果表明：三种简化动力学机理给出的流场均出现弓形激波和火焰面，弓形激波和火焰驻点距离及其形状、诱导区宽度和简化动力学机理相关.当圆柱直径增大，弓形激波和火焰向圆柱上游移动，对应的驻点距离均增大，诱导区宽度变短，点火延时变小，但火焰和弓形激波位置次序未变化.53s325r模型要比16s41r模型和15s19r模型精度要高，点火延时覆盖的压力和温度范围也较宽，所有简化机理均未完全反应，在较大圆柱直径下游达到化学平衡.     

气相爆轰波反应区结构的平面激光诱导荧光测量

基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术对2H2 O2 10Ar的预混气体爆轰波反应区结构进行实验研究.采用高浓度的氩稀释有利于减小爆轰化学反应自发辐射光对OH荧光的影响.合理设置PLIF系统、爆轰波和ICCD之间的同步控制触发延时,得到爆轰波阵面附近的OH荧光分布图像.结果表明:诱导激波后反应阵面不是平面且不稳定.荧光图像上能清晰地看到类似拱顶石的结构,它位于两马赫杆之间,以入射激波、剪切层和反应阵面为边界.无论是在马赫杆后还是在入射激波后,OH浓度分布在诱导区末端急剧增加至最大值.随着离开反应阵面的距离增加,OH浓度快速减小.由于爆轰模式和激光片光方向的影响,从PLIF图像上测得的横波间距值较离散,均小于胞格宽度.     

定态火焰在可燃预混气中产生的压力波

火焰在可燃预混气中传播时，在火焰面前方产生一道压力波。忽略点火及火焰的初期加速，仅考虑火焰达到稳定传播速度的情况。用Ｏｐｅｎｈｅｉｍ自相似解分析流场，得到相应的控制方程及定解条体；用自适应步长的四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法对方程积分，讨论了流场压力波结构及弱激波近似声波解；认为火焰为间断面，能量释放在火焰面后瞬时完成。利用火焰面两侧的能量关系，得到了火焰位置、燃速及对应Ｃ－Ｊ条件的火焰位置、Ｃ－Ｊ燃速。     

爆炸容器内冲击波系演化及壳体响应的数值研究

对中心装药爆炸后冲击波的产生、传播和壳体动态响应全过程进行了数值研究。认为RDX瞬时爆炸 ,爆炸近场采用自相似解 ;冲击波传播和波系演化采用PPM (the Piecewise Parabolic Method)格式求解Eu ler方程 ;壳体响应采用有限元方法求解拉氏坐标系下由虚功原理得到的动力学方程。壳体内壁面边界条件分别采用强耦合和弱耦合方法处理。结果表明 :(1)当装药量相同时 ,薄壁壳体振型比厚壁壳体复杂得多 ,振幅也大 ;(2 )当装药量不同 ,壳体厚度相同时 ,爆炸场冲击波的演化过程不同 ;(3)对少量装药 ,产生的冲击波强度低 ,壳体变形小 ,是否考虑内边界运动 ,对计算结果的影响不大 ;(4 )在本文条件下 ,爆炸容器封头顶点所受的载荷最大 ,是最易发生破坏的地方 ,侧壁与爆点所在横截面的交线 ,也易破坏。     

水下爆炸柱形高压气泡膨胀过程的RGFM和高精度格式数值模拟

为了对柱形装药水下爆炸高压气泡膨胀过程进行三维数值模拟,用level set方法追踪气水界面,详细描述了精确对柱形气泡进行level set建模;对于流场,使用Euler方程描述,并用高精度格式(五阶WENO和四阶R-K法)离散空间项和时间项;对于level set方程,使用五阶HJ-WENO离散;用RGFM处理气水界面附近网格节点。给出了水下流场不同时刻的压力云图、柱形高压气泡的形状演变以及流场中几个指定点的压力峰值。通过三维建模和计算验证,用RGFM结合高精度格式可以很好地对柱形高压气泡膨胀问题进行三维数值模拟,同时也可以较精确地追踪高密度比、高压力比的三维气水界面。计算结果表明,柱形高压气泡在膨胀过程中,形状逐渐向椭球形变化;位于固壁附近的柱形高压气泡受固壁反射波的影响,在固壁法线方向上的膨胀会受到抑制;双圆柱形高压气泡膨胀产生的冲击波,可以彼此抑制对方的膨胀。     

STUDY ON THE FUEL AIR MIXING INDUCED BY A SHOCK WAVE PROPAGATING INTO A H_2-AIR INTERFACE

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆｕｅｌａｉｒｍｉｘｉｎｇｉｎａｓｈｅａｒｌａｙｅｒｆｌｏｗｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｉｎｓｔｕｄｙｉｎｇｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅｆｌｏｗａｎｄｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ,ｓｕｃｈａｓｆｕｅｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｍｉｘｉｎｇｉｎａＳｃｒａｍｊｅｔ[1].Ｒｏｓｈｋｏ[2 ]ｓｔｕｄｉｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｆｕｅｌａｉｒｍｉｘｉｎｇｉｎａｓｕｂｓｏｎｉｃｓｈｅａｒｆｌｏｗａｎｄｆｏｕｎｄｌａｒｇｅ ,ｃｏｈ…     

激波沿H2／空气界面绕圆、方柱强化混合的数值研究

用迎风TVD格式求解二维、层流全N－S方程,对激波沿H2和空气界面绕圆、方柱流动及其诱导的剪切混合进行了数值模拟,得到了流场的压力和组分密度分布,计算结果表明：激波在H2传播得快,剪切层中出现吸涡和调节激波,卷吸涡与柱体撞击后,反射出一道激波,H2沿柱体表面向下游扩散,H2／空气接触面与柱体分离后,形状畸变并产生新的卷吸涡。H2分布表明：在办面上加圆柱或方柱,可有效地强化燃料混合,方柱的增强效果更明显此,在圆柱表面,H2、空气中激波均发生由RR向MR的转变,两Mach杆在下游相互透射,对于方柱,H2中激波中激波沿下表面传播几乎不受影响,空气中激波沿上表面发生Mach反射,其Mach杆和H2中绕射激波相互透射,柱体左侧最终形成一脱体激波,流场存在激波、卷吸涡、接触面向的相互作用,但波系结构相似。     

气相爆轰波在分叉管中传播现象的数值研究

数值研究气相爆轰波在分叉管中的传播现象.用二阶附加半隐龙格-库塔法和5阶WENO格式求解二维欧拉方程,用基元反应描述爆轰化学反应过程,得到了密度、压力、温度、典型组元质量分数场及数值胞格结构和爆轰波平均速度.结果表明：气相爆轰波在分叉管中传播,分叉口左尖点的稀疏波导致诱导激波后压力、温度急剧下降,诱导激波和化学反应区分离,爆轰波衰减为爆燃波（即爆轰熄灭）.分离后的诱导激波在垂直支管右壁面反射,并导致二次起爆.畸变的诱导激波在水平和垂直支管中均发生马赫反射.分叉口上游均匀胞格区和分叉口附近大胞格区的边界不是直线,其起点通常位于分叉口左尖点上游或恰在左尖点.水平支管中马赫反射三波点迹线始于右尖点下游.分叉口左尖点附近的流场中出现了复杂的旋涡结构、未反应区及激波与旋涡作用.旋涡加速了未反应区的化学反应速率.反射激波与旋涡作用并使旋涡破碎.反射激波与未反应区作用,加速其反应消耗,并形成一个内嵌的射流.数值计算得到的波系演变和胞格结构与实验定性一致.     

运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用诱导的大变形界面演化的数值模拟，验证Level set方法精确模拟多个流体界面的有效性．采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解，采用5阶WENO求解Level set方程追踪多流体界面，采用GFM方法处理流体内界面．利用文[1]的计算结果校核本文程序．在此基础上，对运动激波和气泡串相互作用过程进行了初步数值模拟，得到了不同时刻运动激波和圆管内的两个气泡作用后的演化图象，包括压力和密度等值线分布．计算结果表明：针对推广后的多界面Level set方程，该方法仍可高质量地捕捉多个流体界面。