正癸烷/空气旋转爆轰波形成与传播数值模拟

针对气液两相旋转爆轰波形成与传播问题,本文以液态正癸烷为燃料,采用欧拉-拉格朗日方法,通过三维数值模拟给出了两相旋转爆轰波的形成演变特点和自持传播机理。研究结果表明：在起爆阶段,通过调控初始燃料分布能够获得强度不同的爆轰波和压力波;在对撞阶段,爆轰波与压力波共发生4次对撞,由于缺乏燃料供给,压力波逐渐衰减并消失,爆轰波以单波模态传播;在稳定传播阶段,未燃燃料在三叉点处聚集形成未反应气流区并诱导产生局部爆炸。未反应气流区的周期性出现和局部爆炸是两相爆轰波自持传播的重要影响因素。     

预混气体爆轰波传播定性仿真建模研究

借助定性仿真,建立预混气体爆轰波的传播定性模型,推理分析不同初始压力下,预混气体爆轰波传播速度,研究预混气体爆轰波爆轰过程中传播速度与初始压力的关系,且采用定量的实验验证定性的建模推理分析结果.结果表明,定性推理分析的结果与实验结果是一致的,即随初始压力的逐渐增大,爆轰波的传播速度逐渐加大.爆轰波传播定性建模推理分析对安全传输可燃性气体和管道阻火器的安全使用具有重大意义.     

氢气/空气非预混旋转爆轰波形成与传播特性

针对非预混旋转爆轰波的形成与传播问题,本文通过三维数值模拟分析了氢气与空气的冷态掺混特性、爆轰波传播模态的演变规律和结构特点及其对进气过程的影响.计算结果表明:由于回流区的存在,燃料与氧化剂能够快速掺混均匀,在燃烧室进口附近,内壁面的当量比大于外壁面.透射激波多次对撞后最终形成一道压力较高的激波.爆轰波的传播方向与透射...     

无网格方法在爆轰数值模拟中的应用

以SPH算法为代表的无网格方法在爆轰波的数值模拟中具有明显的优势,采用SPH算法模拟高能炸药水下爆炸爆轰过程,得到了压力、速度等时历曲线.将数值模拟结果与理论和实验方法得到的结果进行了对比分析,表明SPH算法非常适宜处理高能炸药水下爆炸的极短瞬时具有大变形和高度非均匀的动力学极端情形,且求解结果已达到了较高的精度。     

用电阻应变传感器测定柱状药包爆轰压力的近似值

柱状药包置于一个盛满水的小薄壁圆柱筒的中央进行爆炸，药包中传播的爆轰波与水相互作用，在水中产生爆炸应力波，应力波从水中透射到圆筒，使得圆筒产生环向变形；用超动态应变测试系统测定圆筒外壁上的环向爆炸应变波，根据应变波的峰值与爆轰压力之间的关系，可以确定柱状中空药包爆轰压力的近似值，本文介绍了测试方法及测定结果。     

爆轰波进入不可燃突扩管道行为研究

对爆轰波进入不可燃突扩管道后的传播规律及压力分布进行实验研究、数值模拟和理论分析.实验结果显示,爆轰波进入突扩管道一定距离后管道内压力会突升,随后压力曲线趋于平缓,在靠近封闭端面附近的压力又再次升高.采用自适应有限体积程序结合基元化学反应模型对流场进行了数值模拟.结果表明,爆轰波进入不可燃突扩管道后,化学反应停止,爆轰波衰减为激波.由于管道横截面的突然增大,激波在扩张段入口处发生绕射,平面波阵面逐渐演变为球面波阵面.该球面波阵面在向前传播的过程中与空腔上壁面先后发生规则反射和马赫反射.在发生马赫反射的位置,激波波后压力急剧升高.随马赫杆渐增,球面波阵面逐渐被抹平,最终再次形成平面激波.该平面激波到达封闭端面后又将发生反射,造成靠近封闭端面处的压力上升.     

高能炸药爆轰过程的广义插值物质点法模拟

针对运用标准物质点法(MPM)对高能炸药爆轰过程进行数值模拟时,由于跨网格误差的存在,求解精度较低,计算稳定性较差等不足,将一种新算法——广义插值物质点法(GIMP)扩展到此类问题的数值模拟中.爆轰气体采用无粘性流体模型来描述,并假设整个爆轰过程是绝热的,建立了欧拉形式的控制方程.高能炸药选用TNT,并采用JWL状态方程进行描述.采用GIMP方法分别对一维板条TNT爆轰和二维聚能装药爆轰进行了数值计算,给出了TNT板条起爆后几个典型时刻的密度、内能和压力分布曲线以及聚能装药爆轰过程中速度矢量图和压力分布云图,成功捕获了聚能装药爆轰过程中的主要物理特征.数值计算结果表明,GIMP比标准MPM在计算精度以及稳定性上都有很大的提高,能够很好地模拟高能炸药的爆轰过程.     

用C-J声速估算气体爆轰波横波强度的方法

将气体爆轰波C-J平面附近的横向声波扰动,与前驱激波处的横向激波强度相联系,利用vonNeumann尖点的状态参数,由横向激波的速度推出其强度值,建立了以声学理论为基础的横波强度估算方法.通过比较理论预测的结果和Strehlow等人的实验结果,证实了理论模型的实用性.     

守恒律方程组的显式有限元格式及应用

为了模拟爆轰波在轴对称的变截面激波管中的运动,采用柱坐标系下多维双曲型守恒律方程组的显式有限元方法,得到好的数值效果.该格式保证了统一非线性稳定性,适合于对流占优的问题和多维非线性双曲型守恒律间断解计算.在爆轰波的数值模拟中,对变γ和状态方程的处理,具有创造性.     

内燃机工作过程三维两相反应流数值模拟

针对内燃机缸内工作过程三维两相反应流动问题开发了一套数值模拟程序.对气相流动采用Euler方法求解,用有限体积法离散控制方程组,采用SIMPLEC算法求解压力速度耦合.而对液滴相采用离散液滴模型(DDM),通过Lagrange方法求解.对液滴追踪采用了一种快速的颗粒追踪方法,考虑了液滴相与气相的完全双相耦合情况,采用Spalding模型描述液滴蒸发,同时采用涡破碎(EBU)模型计算化学反应速率.对TBD620发动机工作过程进行了数值模拟,数值计算结果分别与理论值和实验值吻合良好,压力峰值处误差在2％以内,验证了程序的可行性,并通过不同网格模型证明了程序的网格独立性.     

镁粉尘燃烧转变为爆轰的研究

本文利用我们研制的多种激波管技术成功地研究了镁粉尘燃烧转变为爆轰(俗称 DDT)过程。研究表明,镁粉尘颗粒大小对镁粉 DDT 过程影响不大。对于强冲击引爆,镁粉尘爆轰压力和速度随着氧含量的增加而急剧增加,它们的相对增加量可达4倍之多;在弱冲击引爆时,镁粉尘仅产生燃烧,其爆炸压力和速度都比较弱;在反射波引爆时,能产生较强的镁粉尖爆轰。本文利用烟膜技术和传感器技术直接证明了镁粉尘爆轰的存在。     

混合气体燃烧中压力对爆震波特性参数影响研究

采用平衡常数法对烃一空气混合气体燃烧中爆震燃烧产物的平衡温度、平衡压力及爆震波速进行了计算与分析。在此基础上研究了混合气压力对爆震波特性参数的影响。研究结果表明：在同一混气余气系数下，平衡温度和爆震波速随混气压力的增大而增大，而平衡压力则随混气压力呈线性增大。同时，对于不同燃料，分子量越大，其平衡温度、平衡压力就越高。     

Propagating Characteristic of Premixed Methane-Oxygen Deflagration in the Coal Mine Lane Including a Refuge Chamber

In order to investigate detonation propagation and distribution problems of premixed CH4+2O2 mixture around a concrete structure such as a refuge chamber,detonation experiments in one small size tube were conducted.A simulation method was developed to obtain the flow field load distribution in the coal mine lane and pressure load of each part for the refuge chamber.Firstly,a physical model of a full-size explosion-test lane was established,which included the refuge chamber.With the calculations of the exact initial detonation pressure,the propagation characteristics of CH4+2O2 premixed mixture detonation in the lane was simulated.Simulation results of various parts from AUTODYN are recorded,and the shock wave arrival time and the pressure peak can be observed from the detonation pressure-time curve over the changing propagation distance.So curve differences in different locations cannot be ignored.Then by detonation experiments in the small size tube,detonation pressure-time curves and velocity were obtained.Finally the simulation waveform of variation curve agreed well with the experimental results,which validated the detonation simulation method.The difference between shockwaves of the two sensors confirmed that detonation wave changed along with distance and time.These results should be taken into serious consideration for the detonation progration and distribution problem in future researches.     

爆震频率对脉冲爆震发动机性能影响的试验研究

从影响脉冲爆震发动机爆震频率的因素出发,采用汽油为燃料,空气为氧化剂,研究了爆震频率对脉冲爆震发动机性能的影响。试验测取了各个爆震频率下稳定爆震的化学当量比范围,同时测试了不同工况下的爆震波压力、推力及爆震波速,发现当爆震频率较低时,发动机的工作范围较宽,爆震波压力、波速接近充分发展的理想爆震波,说明已产生了稳定、充分发展的爆震,脉冲爆震发动机的平均推力随着爆震频率的提高接近线性增大;但是随着爆震频率的提高,它的稳定工作范围变窄,爆震的强度降低。     

脉冲爆震火箭发动机模型实验研究

阐述了脉冲爆震火箭发动机的工作原理及其特点。设计并建立了整套脉冲爆震火箭发动机实验模型。以液体燃料航空煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体，在内径为25mm，长度为0．8m的爆震管内产生了充分发展的爆震波。测量了不同工作频率下的爆震波压力，并对其进行了分析。实验结果表明，在设计的实验模型中，采用低的点火能量（50mJ）能够在较短的距离内产生充分发展的爆震波。     

煤气浓度对其爆炸压力的影响研究

在理论分析及大量实验的基础上,探讨研究了煤气浓度与其爆炸压力的对应关系,结果表明,爆压沿煤气最佳浓度的两边递减,这对于深入认识多元爆炸性混合气体爆炸特性,预防这类爆炸事故的发生,具有一定的指导意义.     

炸药的输出钢凹值与爆压的关系研究

目的　对钢凹值与炸药爆压关系式的适用范围进行修正 .方法　采用钢凹法测定不同炸药试样和不同鉴定块材料时的钢凹值 ,并通过计算炸药的理论爆压 ,对关系式中的参数进行适当修正 ,从而进一步扩展其适用范围 .结果　通过得到冲击阻抗 A值与炸药密度的关系 ,重新计算的炸药试样的爆压与理论爆压误差在 5 %以内 .结论　给出炸药的钢凹值与爆压的关系式中参数修正关系及其适用范围 .通过钢凹法试验测定炸药的钢凹值 ,可利用钢凹值与爆压的函数关系计算出爆压来定量表征炸药能量输出的大小     

气动阀式脉冲爆震发动机推力因数

为了进一步研究脉冲爆震发动机(PDE)的有效推力,对影响有效推力的因数进行了研究.采用旋流式气动阀,在爆震管直径60 mm内成功实现了吸气式汽油/空气PDE的连续爆震燃烧.冷态状态下研究了PDE阻力和爆震管填充速度与冲压来流速度的关系,热态状态下研究了气动阀推力壁压力.对一个工作周期正反向推力和阻力的计算结果表明,PD...     

Confinement Effect and Diameter Effect on the Non-ideal Detonation Parameters of Small Charge

An expanding model of the confinement of non-ideal detonation of small charge is established on the basis of the nozzle theory. Making use of the expanding model, the analytic relationship of small charge detonation velocity and the semi-empirical relationship of detonation pressure that both change with charge diameter and confinement condition are established. The detonation velocity and pressure of small charges are calculated and experimentally verified, and the detonation velocity deviation is less than 7% while the detonation pressure deviation is less than 9%.     

低温等离子体点火乙炔／空气爆震特性试验

为研究交流驱动低温等离子体点火触发爆震特性,在长1.5 m、内径60 mm的爆震管上,以乙炔为燃料,空气为氧化剂,按分压法配气,通过循环,使爆震管内混气混合均匀,进行气相单次爆震实验.采用交流驱动低温等离子体点火,单次放电时间0.5 ms,放电能量约为0.2 J.在点火的同时,用压力传感器和离子探针同时采集爆震管内的压力波和火焰传播特性.实验表明:交流驱动低温等离子体实现了乙炔/空气点火起爆过程,余气系数0.6及1.0混气产生很强的爆震波,余气系数下降,混气压力下降,爆震波传播速度和峰值压力下降,DDT距离和时间增加;余气系数1.4混气不能产生爆震波.