基于波传播算法的火焰不稳定性

基于波传播算法构造了多组分反应流的数值格式,利用CH4空气基元反应动力学模型,并采用分离算法,对CH4空气混合物中,入射激波与火焰的相互作用,以及反射激波与火焰的二次作用过程进行了数值模拟.根据计算结果,讨论了激波诱导火焰失稳的发展过程及其特点.结果表明,Helmholtz不稳定、RichtmyerMeshkov不稳定以及反应放热速率对火焰失稳过程有重要影响.计算结果与实验结果进行了比较,对数值方法的有效性进行了验证.     

泄爆诱导二次爆炸的实验研究

在不同泄爆压力、不同泄爆面积和不同当量比的甲烷/空气预混气的实验条件下,采用容积为0.00814m3带导管的柱形泄爆容器和底端中心点火方式,进行了一系列泄爆实验。实验获得了内外流场测点的压力历史曲线。结果表明泄爆后外流场出现典型的破膜激波和二次爆炸波的双峰变化特征,前者不断下降,其强度随泄爆压力的增大而增大,而后者经历了上升和下降过程,强度随泄爆压力、泄爆面积和甲烷/空气当量比的增大而增大。     

激波与火焰的相互作用过程

基于带化学反应的Navier Stokes方程和有关的热力学和反应动力学数据,利用改进的VLS格式,对甲烷 空气混合物中激波与火焰的相互作用进行了数值模拟。根据计算结果,讨论了激波掠过火焰时的变形、分叉和发展,以及激波作用下火焰的失稳、变形、破碎和相应的带旋涡的流场。     

泄爆诱导的湍流、旋涡和外部爆炸

基于k-ε湍流模型和Eddy-dissipation燃烧模型,采用同位网格SIMPLE算法,对充满甲烷-氧气预混气的带导管柱形泄爆容器向空气中泄爆的情形进行了数值模拟．根据计算结果,分析了泄爆后外流场中可燃云团、火焰和压力的变化过程．结果表明,外部爆炸是因射流火焰点燃高压区中的可燃云团,从而引起的剧烈湍流燃烧所致．同时还讨论了外流场湍流和涡量的分布特征．射流火焰进入外部可燃云团后,湍流主要分布在平均动能梯度较大的区域,而不在火焰阵面上．涡量分布主要受斜压效应的影响,在压力和密度梯度斜交区域,其值较大．     

燃烧室中悬跨圆柱的火焰绕流

利用高速阴影照相系统,对方形管道内火焰流经悬吊圆柱时所产生的变化及其诱导的流场进行了实验研究,并利用高精度PPM格式对上述现象进行了数值模拟,其中,湍流采用大涡模拟(LES)方法,燃烧采用旋涡破碎(EBU)模型,圆柱边界采用沉浸边界法(IBM).实验结果与计算结果比较吻合,在一定程度上揭示了火焰阵面变形和加速的规律. 根据研究结果,对火焰与悬吊圆柱相互作用过程中火焰的三维形状、流场中涡量和湍流强度的分布、火焰与流场的相互影响以及火焰传播轨迹等进行了讨论.      

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。     

激波聚焦诱导点火和爆轰的数值研究

以二维轴对称多组分Euler方程为基础,采用非正交结构化网格和改进的波传播算法,模拟了激波在抛物形反射壁面聚焦反射诱导点火和爆轰的过程,描述了其流场形态。讨论了预混气组成、入射激波强度及反射壁面形状对点火和爆轰的影响。结果表明,激波在抛物形反射壁面顶点处聚焦反射可形成局部高温高压区域,该区域在一定条件下可点燃预混气甚至形成爆轰,其中低稀释剂浓度的预混气、较大的入射激波Mach数和较深的反射壁面有利于可燃预混气形成爆轰。     

泄爆外流场的可视化

通过实验和数值方法,对泄爆外流场进行了可视化研究。实验中采用YA-16高速阴影系统,拍摄了泄爆外流场的时序阴影照片。基于K-湍流模型和漩涡破碎（eddy dissipation）燃烧模型,利用同位网格SIMPLE算法,对泄爆过程进行了数值模拟。根据计算结果,由计算光学获得泄爆外流场的时序计算阴影图。实验阴影图与计算阴影图较一致,都形象地揭示了泄爆后湍流火焰的发展及二次爆炸的产生和变化过程。     

圆柱表面包覆电磁场消涡与增涡实验研究

利用电磁体积力改变流体边界层的结构，用作用于流体边界层上的电磁力进行消涡与增涡控制。交替分布的电极和磁极包覆在圆柱体的表面置于电介质溶液中，简单调整电磁力的时间与空间分布可以方便地控制圆柱绕流的形态。通过理论分析和数值模拟确定了实验控制的关键参数，实现了电磁力消涡和增涡的连续控制，电磁力作用下的圆柱绕流的分离点可以在前驻点和后驻点之间变动。     

泄爆外流场特性的试验研究

泄爆是工业部门常用的一种防爆安全技术手段。在某些条件下,泄爆外流场可能出现二次爆炸,故研究其外流场特别是二次爆炸的产生机制,具有重要的意义。文中对容积为0.00814m3带导管的柱形泄爆容器,在不同泄爆条件下一系列泄爆试验进行了详细的研究。试验获得的外流场时序阴影照片和压力历史,形象地描述了泄爆外流场的变化特征和二次爆炸的产生和发展过程。并对在不同泄爆压力、不同泄爆面积、不同当量比的甲烷-空气预混气和不同点火位置的试验条件下获得的结果进行了分析,讨论了二次爆炸强度的变化规律。