涡扇-脉冲爆震组合发动机内外涵掺混器研究

在涡扇发动机基础上,以脉冲爆震燃烧室代替普通加力燃烧室构成涡扇-脉冲爆震组合发动机.对该组合动力,涡扇发动机内外涵掺混过程对脉冲爆震燃烧室的进气状况有着重要的影响,本文针对环形混合器和波瓣混合器进行了数值模拟,揭示了两种混合器不同的掺混机理,同时研究了不同穿透率的波瓣混合器对流场的影响.结果表明,相对于环形混合器,采用波瓣混合器能够获得良好的掺混效果和PDE入口温度的提高;但随着穿透率的增加,波瓣混合器总压损失也会增加,同时PDE入口的氧气浓度也有所降低.     

脉冲爆震发动机性能分析

本文发展了一种新的脉冲爆震发动机性能分析模型,考虑了流体阻力和油珠直径对爆震波速度、压力及脉冲爆震发动机比冲的影响。性能分析模型计算结果与试验结果比较表明,当进行了两相流和流体阻力影响修正后,两者较好。     

煤油／空气脉冲爆震发动机激波反射起爆研究

为了研究煤油/空气脉冲爆震发动机爆震室内激波遇到障碍物发生反射促使PDE通常完成爆燃向爆震转变的起爆技术,设计加工了环型孔板和双半V型楔面体,并安装在内径100 mm的爆震管内,进行了多循环爆震试验,成功实现了煤油/空气脉冲爆震发动机工作频率30 Hz稳定工作,获得稳定传播的爆震波.研究结果表明:在爆震室内安装合理结构的障碍物能够有效提高激波反射,缩短爆燃向爆震转变的距离(时间),成功获得稳定传播的爆震波.研究结果为优化设计煤油/空气脉冲爆震发动机原理样机提供了初步理论基础.     

直径对脉冲爆震发动机性能的影响

本文通过实验研究了脉冲爆震发动机的直径对其性能的影响．实验结果表明；当爆震室的直径增大时，爆震波压力波形相似，平均峰值压力比较接近，且比冲基本保持不变，而推力则随爆震室直径的增大而增大。实验曲线表明爆震室内的流动具有自相似性，从而为建立尺寸律提供了实验依据．本文中比冲和平均推力是利用摆动原理测量的，并与由作用在推力壁上的压力计算得出的比冲和平均推力的理论值和实验值进行了比较，结果基本吻合，说明该测量方法可行．     

煤油氧气脉冲爆震火箭发动机爆震特性

脉冲爆震火箭发动机(PDRE)是一种利用脉冲式爆震波产生高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的推进系统.与常规液体火箭发动机相比,脉冲爆震火箭发动机具有更高的性能,并且结构更简单.本文以航空煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,并利用电磁阀控制燃料、氧化剂和隔离气体的间歇式供给.利用低的点火能量(50mJ),在内径50mm,长度1.1m的爆震管内进行了大量的多循环爆震试验,研究煤油氧气电磁阀脉冲爆震火箭发动机的爆震波特性.研究结果为进一步研究气液两相多次爆震燃烧机理提供了依据,为研制工程应用的PDRE提供理论和实践基础.     

长脉冲激光场中H原子的阈上电离的理论研究

利用基于密度泛函理论下的窗算符技术求解含时薛定谔方程方法计算了H原子在长脉冲强激光场中能量谱,并与文献[8]中的动量空间的投影技术方法的计算结果进行了比较.在文献[8]给出的最大光电子能量范围内,我们的计算结果与文献[8]中的计算结果符合得很好,但是我们的计算结果能够给出比文献[8]中能量更高的光电子能谱,光电子能量谱的变化趋势也与实际的物理过程相符.同时我们也给出了最大光电子能量与激光强度关系的经验公式,利用我们的经验公式计算的最大光电子能量与经典计算预测的最大光电子能量符合得很好,这表明们的计算方法可靠,能够给出高精度的计算结果 .因此利用基于密度泛函理论下的窗算符方法能很好地用来研究H原子在长脉冲强激光场中的阈上电离的性质.     

电光调QCO_2激光器的六温度模型理论与速率方程理论比较分析

分别利用速率方程理论和六温度模型理论对Q开关CO2 激光器动力学过程进行了理论分析比较 ,实验上测得电光调Q射频波导CO2 激光器脉冲激光建立时间及峰值功率与速率方程理论和六温度模型理论计算结果一致 .但速率方程理论计算的激光脉冲宽度较“窄” ,并且几乎没有拖尾 ,而六温度模型理论计算的脉冲激光波形有明显的拖尾 ,符合实际测量的波形 .另外 ,六温度模型理论可以全面反映激光器工作气体中不同分子能级的能量转移过程 ,因此六温度模型理论分析更全面     

不同厚度镥样品中子俘获反应实验研究

C₆D₆闪烁体探测系统结合脉冲权重技术被广泛应用于中子俘获反应截面测量研究.实验中采用的样品厚度直接影响中子束流时间,同时也影响实验数据的可靠性.本文基于中国散裂中子源反角白光束线(CSNS Back-n)C₆D₆探测系统,对比研究了不同厚度的镥(Lu)样品中子俘获反应截面的实验测量.利用GEANT4蒙特卡罗程序模拟了考虑样品厚度的探测系统光响应,计算出精确的脉冲权重函数.实验中,通过采用较长中子飞行距离和本底测量,得到了高精度的共振区产额分布.通过R矩阵理论分析产额分布,得到了相应的实验共振参数.结果发现,较厚Lu样品因其厚度效应导致共振曲线发生变化,实验共振参数与ENDF/B-Ⅷ.0评价数据库差距较大;然而,较薄Lu样品实验结果能够很好地再现ENDF/B-Ⅷ.0评价数据.     

用于脉冲等离子体推力器烧蚀过程仿真的新型机电模型

用于脉冲等离子体推力器(PPT)工作过程仿真的一维机电模型, 具有模型简单、计算周期短等优点, 在PPT设计过程中得到了广泛应用. 本文针对机电模型假设工质烧蚀质量为常数和不考虑烧蚀过程这一局限, 提出了一种采用Teflon一维烧蚀模型计算工质烧蚀质量的改进模型, 并以LES-6 PPT为研究对象进行了仿真. 通过与LES-6 PPT实验数据进行对比, 仿真结果与实验数据符合, 充分验证了模型的可靠性. 此模型能够对Teflon工质在PPT工作过程中的温度变化和烧蚀过程进行仿真, 弥补了机电模型忽略烧蚀过程对仿真结果所造成的影响, 同时, 此模型依然保持了机电模型简单易于实现的优点, 对于脉冲等离子体推力器的设计具有重要意义. 关键词： 脉冲等离子体推力器 机电模型 烧蚀模型 数值仿真     

感应法测量脉冲强磁场及其分布

一、前 言 在现代科学技术领域中,强磁场得到了广泛的应用.通常,为了降低磁体的发热,提高供电系统的效应,大体积强磁场系统愈来愈多的采用脉冲强磁场,即在较短的作用时间内产生具有较大幅值的磁场.本文主要介绍感应法测量脉冲强磁场及其分布,并介绍我们自制的测量仪器(多道仪)的线路及实验结果. 二、原 理 许多与磁场有关的物理效应都可用于测量磁场.与其它方法比较起来,感应法测量脉冲强磁场具有使用方便、设备简单、测量范围宽等优点,它仍是目前测量脉冲强磁场的主要方法. 根据感应法原理研制成功的《多通道脉冲强磁场测量仪》(以下简称多…     

基于多谱线吸收光谱技术的脉冲爆轰发动机管外流场测试研究

根据时-空守恒元算法得到的脉冲爆轰发动机管外流场分布结果,针对燃气流场分布进行了重建模型假设,给出了一种基于多谱线吸收光谱技术的爆轰发动机管外流场燃气参数测试方法,并对重建模型偏差及计算方法误差进行了仿真研究。针对80 mm口径无阀式气液两相连续脉冲爆轰发动机设计搭建了爆轰燃气管外流场测试系统,通过10 kHz高频扫描四条H₂O吸收谱线采用直接吸收法结合时分复用技术同时对爆轰燃气流场进行扫描测试,实现了脉冲爆轰发动机管外流场的在线监测,并通过多点同时测试首次对管外流场燃气温度分布进行了重建,验证了测试方法的可行性。本研究为拓展激光吸收光谱技术应用于爆轰领域全方面诊断提供了实验支撑,对推进爆轰机理研究、爆轰噪声影响因素及噪声控制研究具有重要意义。     

氢-空气绕流无限长斜劈斜爆震波数值模拟

采用二维多组分有化学反应的Euler方程,考虑单步化学反应,采用有限反应速率模型,对斜爆震波进行计算,通过将数值模拟结果与实验结果对比,验证了数值模拟方法的有效性。在此基础上,对氢空气绕流无限长斜劈的斜爆震过程进行了数值模拟,分析了斜劈角度对斜爆震波特性的影响。结果表明:当斜劈角度增大时,爆震波中的化学反应速率随之增大,相应的斜爆震波的角度也增加,波后的温度更高,同时波后法向马赫数减小。     

氢气-空气混合物中瞬态爆轰过程的二维数值模拟

 对高温火团引发的氢气-空气混合气的瞬态爆轰过程进行了二维数值模拟,考虑了H₂-O₂-N₂的详细化学反应动力学机理,该机理包含了19个基元反应和9种组分。采用分裂格式处理带化学反应的Euler方程,其中使用全耦合的TVD格式求解流场,使用基于Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。计算结果表明：在H₂∶O₂∶N₂＝0.4∶0.4∶0.2（摩尔比）的混合气中,高温气团初始温度为T/T₀=5.3时可诱导爆轰,爆轰波以2 300 m/s的速度传播,同时爆轰波阵面在管壁会形成反射波。还对计算的爆轰波后组分的浓度和温度进行了讨论,为理解爆轰波后结构提供信息。     

Structure of nanodiamonds prepared by laser synthesis

A study is reported of nanodiamonds obtained by a new method—pulsed laser ablation of a specially prepared carbon target. In the mechanism employed to produce a diamond phase, this method is similar to that of detonation synthesis of nanodiamonds. The main structural characteristics of the material have been determined and compared with the corresponding characteristics of detonation nanodiamonds.     

A One-Dimensional Discrete Boltzmann Model for Detonation and an Abnormal Detonation Phenomenon

A one-dimensional discrete Boltzmann model for detonation simulation is presented. Instead of numerical solving Navier-Stokes equations, this model obtains the information of flow field through numerical solving specially discretized Boltzmann equation. Several classical benchmarks including Sod shock wave tube, Colella explosion problem,and one-dimensional self-sustainable stable detonation are simulated to validate the new model. Based on the new model,the influence of negative temperature coefficient of reaction rate on detonation is further investigated. It is found that an abnormal detonation with two wave heads periodically appears under negative temperature coefficient condition.The causes of the abnormal detonation are analyzed. One typical cycle of the periodic abnormal detonation and its development process are discussed.     

以高温燃气为试验介质的爆轰波风洞

为了满足高温燃气流动研究的需求,提出了一种新的实验装置——爆轰波风洞.该风洞基本原理是利用高压气体驱动爆轰波后高温气体,为其提供消除Taylor稀疏波的运动边界条件,使爆轰波后气流保持均匀恒定所需状态.在结构布置上,爆轰波风洞与激波风洞类似,因此很容易利用激波风洞实现爆轰波风洞的运行模式,但两者的流动过程和参数间关系有明显的区别.首先理论分析了爆轰风洞流动过程并得出参数间关系,而后据此开展了实验验证.理论和实验结果表明该装置可以产生多种类型、不同状态的高温燃气,并可实现对燃气状态的准确控制.该装置实验能力和应用范围还能进一步扩展.      

瞬时多光谱爆温测量系统的标定

介绍了一种新型的爆温测量装置———瞬时多光谱爆温测量系统的基本组成、工作原理及系统的标定,系统的标定包括三个方面:用高压汞灯的四条特殊谱线进行系统光谱范围的标定;用高压汞灯作光源,得到波长与像元的位置对应关系式,用He Ne激光器做光源验证得到的位置对应关系式是否准确;用小型标准卤钨灯来进行温度标定。结果证明这种方法是可行的。     

紧凑型X-pinch装置探头标定

介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒,构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,同时这两个探头需要进行在线标定。实验研究结果表明,该探头性能稳定、响应快,是测量负载电流与电压的理想工具。     

紧凑型X-pinch装置探头标定

 介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒,构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,同时这两个探头需要进行在线标定。实验研究结果表明,该探头性能稳定、响应快,是测量负载电流与电压的理想工具。     

A particle level-set based Eulerian method for multi-material detonation simulation of high explosive and metal confinements

The multi-material numerical simulation for energetic system that consists of a high explosive charge and an inert confinement is carried out with an accurate and state-of-the-art Eulerian method. An explosively driven copper tube results in a state of extreme temperature and pressure, coupled to a high speed structural response of metal due to a detonating high explosive (HE). We use the experimentally tuned Ignition and Growth (or JWL++) rate equation for the HE while the elasto-plastic response of inert is modeled by the Mie–Gruneisen equation of state (EOS) and the Johnson–Cook strength model. A new particle level-set based reactive Ghost Fluid Method (GFM) that imposes exact boundary conditions at the material’s interface according to physical restraints is developed to simulate the multi-material detonation problem. Our calculations reproduce the experimental data of both unconfined and confined rate stick problems, suggesting that the method is suitable for detonation simulation of energetic systems.