收缩楔腔内激波汇聚诱导点火实验

文章提出了一种采用圆柱形汇聚激波实现可燃气体点火特性研究的新方法.通过采用激波动力学理论合理地设计壁面型线, 将激波管中产生的平面运动激波近乎连续地转变为扇形区内圆柱形汇聚激波.以氢氧预混气体为考察对象, 开展了相关激波管实验, 实现了可控圆柱面激波汇聚诱导点火.实验发现两种点火现象:强点火和弱点火.在强点火过程中, 点火由入射激波直接诱导产生; 而在弱点火过程中, 点火则是在波后气流经历热压缩过程后发生.      

激波与复杂流动专题序言

激波是指传播速度大于声速的扰动波波面前后流场速度、温度、压力等物理量呈现强间断.激波及其诱导的复杂流动广泛存在于核聚变能源、航空发动机、国防尖端武器等重大工程应用中已成为高速流动领域的重要前沿研究方向在高速空气动力学、涡动力学、流动稳定性、湍流生成演化机理等方面有着重大的科学意义.目前我国学科前沿研究和国家空天科技领域的重大需求带给激波和激波管领域的科技工作者一个新的机遇.然而由于在实际工程中存在极端环境条件已有实验数据非常有限缺乏深刻的物理机理认识深入开展与之相关的基础科学问题研究至关重要.     

激波聚焦反射的实验和数值研究

 采用高速摄影技术和数值模拟方法,对入射激波在两种不同形状的抛物形反射器表面聚焦和反射的过程进行了研究,得到了激波聚焦反射过程的波系结构的实验阴影照片和数值计算结果,两者符合得很好。对激波聚焦形成的气体动力学焦点的特性进行了分析,结果表明,入射激波在两种反射器反射后聚焦所形成的气体动力学焦点均是由三波点在轴心处的会聚所导致的,气体动力学焦点位于相应的反射器壁面的几何焦点附近。不同的反射器中,激波聚焦前后的波系结构也不同,对较浅的反射器,入射激波反射前在反射器壁面形成了弓形激波,反射之后需要相对较长的时间完成聚焦,形成聚焦反射激波之后弓形激波仍未相交;对较深的反射器,入射激波反射后在更短的时间内聚焦,聚焦时弓形激波已经相交,聚焦反射激波之后的流场波系结构更加复杂。     

电弧放电等离子体诱导激波的计算

基于电弧放电物理过程,分析气动激励机理,建立用于电弧放电等离子体诱导激波数值模拟的爆炸丝传热模型.主要结论有:电弧放电等离子体气动激励的主要机理是热等离子体的热阻塞效应,热电弧放电对于超声速来流而言就像-个具有-定斜坡角度的虚拟突起;理论分析只适用于纵坐标较小的阶段;当传热的功率设为放电功率的10%时,本文所建立的模型能够用于电弧放电等离子体诱导激波的仿真研究;等离子体虚拟斜坡角度及其诱导激波角都随来流总压和速度的增大而减小,随着放电功率的增大而增大,在总压、速度和放电功率较小的阶段这种变化较明显,在总压、速度和放电功率较大的阶段这种变化较缓慢.     

几种铁基非晶合金激波诱导晶化中的若干奇异物理效应研究

应用x射线衍射、透射电子显微镜和差示扫描量热实验技术，研究了FeCuNbBSi，FeBSi，FeMoBSi几种铁基非晶合金的激波诱导晶化.研究结果表明：非晶态合金激波诱导晶化中存在若干应用传统长程扩散相变理论难以解释的奇异物理效应.用非晶态合金激波流化晶化可以很好地解释激波诱导非晶晶化中的各种奇异物理效应. 关键词： 激波晶化 非晶态合金 激波流化 流体扩散     

激波统一来解实用公式

本文从麦克斯韦方程组和三个守恒定律出发,导出磁流体力学激波间断面两边所满足的跃变方程组,通过无量纲化处理,即可得到激波统一求解公式及其解析解。这些公式对理论研究和工程应用中的实际计算都很方便。最后,对垂直磁流体激波、平行磁流体激波以及气体动力学激波分别予以讨论。     

边界层效应影响等离子体气动激励诱导激波机理

 针对小型暂冲式超声速风洞进行的诱导激波实验结果,提出等离子体气动激励诱导激波的机理不仅取决于放电时产生的焦耳热效应,放电区域的边界层厚度也起到了决定性的作用的推论。为进一步验证此思想,在高超声速激波风洞进行了等离子体气动激励诱导激波的实验研究。结果表明,在边界层很薄的情况下,等离子体气动激励能够诱导出斜激波。分别阐述了两种实验条件下诱导激波的机理,证实了边界层效应在等离子体与激波相互作用中起到了决定性作用。     

凝聚介质中斜激波的反射

结合数值模拟和理论分析,研究凝聚介质中斜激波反射.采用龙格-库塔控制体积间断有限元方法,数值求解"刚性气体"状态方程形式下的欧拉方程组;理论分析凝聚介质中斜激波反射模式;运用激波极曲线理论,给出典型激波强度下正规反射向非正规反射过渡的临界角及波后状态.比较数值模拟结果和激波极曲线理论分析结果,得到典型弱、强斜激波的反射图像.     

叶轮机械中考虑气体粘性的激波关系

叶轮机械中考虑气体粘性的激波关系黄修乾，徐建中（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词激波关系，叶轮机械，粘性流动，三维流动１引言随着叶轮机械叶尖速度和负荷的提高，其内部空间激波及激波／边界层相互作用对性能的影响更加显著。就激波／边界层相...     

基于第二粘性的Navier-Stokes方程组求解正激波结构

为考察气体第二粘性（体积粘性）对正激波内部流动的影响机制,数值求解含第二粘性的一维Navier-Stokes方程组.结果表明：第二粘性对激波内部的密度、热流和能量分布等物理量具有抹平效应,导致热流和熵流的峰值减小、激波厚度增加,体积粘性耗散的增加使得一部分机械能转化为内能;考虑第二粘性所计算的密度分布和激波厚度大为改善,与实验数据吻合较好;当马赫数为1.2≤Ma≤10,激波内部的Knudsen数满足0.12≤Kn≤0.4,对于马赫数Ma≤4.0的激波内部流动,考虑第二粘性的连续流Navier-Stokes方程组能够准确地模拟正激波结构.     

理想磁流体中激波与矩形密度界面相互作用的数值研究

发展一套采用三阶WENO格式和混合GLM方法的理想磁流体数值方法,并对激波与矩形密度界面相互作用进行数值研究.通过圆极化阿尔芬波和旋转激波管问题对数值方法的稳定性和可靠性进行验证.在入射激波马赫数为10,界面内外气体密度比为10的情况,对比不同磁场中矩形密度界面的演变过程.结果表明,磁场能够减少界面上涡量的生成从而抑制界面不稳定性,并且磁场对界面的加速过程以及界面内外气体混合率有影响;而界面的存在将会使波后部分区域磁场增强;由于尖角的存在,矩形界面的发展与圆形界面不同.     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。     

平面弱激波加载下球形气泡演化的实验研究

 利用高速摄影机直接观测了激波加载下球形气泡的演化过程。采用白色的烟雾颗粒对气泡内透明的测试气体进行染色,直接观察到了气泡界面。通过对平面弱激波加载下轻气体气泡和重气体气泡进行研究,成功验证了轻气体气泡和重气体气泡演化过程中出现的典型界面结构,获得了弱激波加载轻气体气泡中背风涡环的环状几何结构。运用相关方法分析了轻气体气泡实验初期的流场分布,得到的结果与理论分析结果吻合得很好,对于此类实验的数据处理具有一定的启发意义。同时,实验中使用的烟雾颗粒法为今后在球形气泡实验中引入更为精确的平面激光诱导荧光技术（PLIF）、激光粒子图像测速技术（PIV）等实验测试系统提供了布撒示踪粒子的范例。     

激波汇聚效应对球形气泡演化影响的数值研究

利用三维程序,对比研究了汇聚激波及平面激波冲击下SF6球形气泡演化规律的异同,以期发现激波的汇聚效应对界面演化的影响.三维程序采用多组分可压缩欧拉方程,基于有限体积法,利用MUSCL-Hancock格式进行数值求解,可以达到时间和空间的二阶精度.相比平面激波,汇聚激波由于存在曲率,且激波强度以及壁面效应在汇聚激波运行的过程中逐渐增强,使得激波冲击后的流场演化有较大的不同.计算结果表明:汇聚激波作用下,气泡界面的涡结构更加尖锐;气泡内部的透射激波聚焦程度更强,在界面下游附近形成的最高压力大于平面激波算例,由此产生的射流运动速度更快;由于汇聚激波曲率及激波强度的变化,导致界面上涡量的分布规律以及涡量幅值产生较大变化.通过界面上产生的环量以及界面内外气体混合速度的对比表明,汇聚激波更有助于涡量的产生以及气体的混合.因此激波的汇聚效应对气泡界面演化具有重要影响.     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。     

二维拉格朗日坐标系下气粒混合双向耦合对激波流场影响的计算

喷射颗粒与气体混合是内爆压缩领域的热点和难点. 针对喷射混合中的气粒双向耦合问题, 开展了理论建模、离散算法以及颗粒反馈对激波流场的影响研究. 建立了拉格朗日计算框架下的数学模型; 给出了耦合源项的离散算法; 开展了平面及汇聚构型条件下, 气粒双向耦合的数值模拟研究; 发现了颗粒反馈导致气体激波提速现象以及气区流场物理量分布形态的改变, 初步获得了量化分析结果. 本文建立的数学模型、计算方法和获得的新的物理认识, 为深入理解喷射混合现象、解决相关工程应用问题提供了重要理论支撑.     

激波诱导混合增强数值研究

基于三阶ENN格式,通过引入权函数,构造了一种具有四阶或五阶精度的WENN高阶格式,并用此格式数值研究了激波诱导混合增强问题.结果表明,激波诱导方法能进一步加强燃料与空气的混合,这种高阶WENN格式能高分辨地捕捉流场细节.     

NO^＋离子解离复合反应的激波管研究

在激波管上用反射激波加热气体使之变化,绾炎以强稀疏波快速冷却,造成电离非平衡状态,构成一种新的电离复合动力学实验研究方法。测定了温度在３１００－３７００Ｋ范围内ＮＯ＾＋离子与电子的解离复合速度常数：ｋ＾＋ｒ＝５．５×１０＾１７Ｔ＾－．５２ｃｍ＾３ｍｏｌ＾－１ｓ＾－１。     

高能表面电弧放电控制圆柱激波实验

采用风洞实验和高速纹影系统研究高能表面电弧等离子体激励控制圆柱激波. 在Ma=2的超声速风洞中, 分别放置了带有10, 15, 20 mm这3个不同高度圆柱的实验模型, 对比分析了不同高度圆柱的初始流场特征, 以及高能表面电弧放电的放电电容、直流源电压和圆柱高度对圆柱脱体激波控制的影响. 实验结果表明, 高能表面电弧等离子体激励诱导的冲击波和热气团与激波产生相互作用, 激波形状改变, 强度削弱. 圆柱高度越高其上方的弓形激波角越大, 在施加等离子体激励后, 弓形激波角减小, 激波强度减弱; 放电电容和直流源电压对激波控制效果的影响均呈正相关关系; 随着圆柱高度的增加, 控制效果减弱、有效控制作用时间缩短.      

水蒸气超声速非平衡流动中凝结激波的形态特征

引入水蒸气非平衡相变的动力学模型,并在水蒸气真实物性的基础上,建立了水蒸气超声速非平衡流动的守恒型数值计算模型,采用对激波捕捉具有高精度和高分辨率的Roe-FDS格式,数值捕捉了水蒸气超声速流动中的非平衡相变与凝结激波。以非平衡相变中液相质量增长率为基准,将非平衡凝结相变引发的凝结激波划分为凝结激波起始发生区、凝结激波交汇区和凝结激波消退区三个区域,分析了凝结激波的形成机理,得到了凝结激波发生及发展的"X"型分布特征,并归纳了凝结激波的分区物理特性和热力学特性。