激波聚焦点燃高速可燃混合气流的实验研究

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激波聚焦点火是近十几年来出现的一种新型的、用于可燃混合气体引燃的点火方式.不过从现有文献所报道的研究工作来看,各种类型的激波聚焦点火,都是对静止、可燃预混气体的点火,并采用激波聚焦以及激波反射方式来实现的.该文的主要目标是实现激波聚焦对高速、可燃预混气流的点火,为实现此目标,该文开展了如下的工作:1.对新型的激波聚焦方式,即平面激波在对称双楔内腔多次反射导致的激波聚焦,在前人的基础上,进行了理论分析,得出结论:当激波在对称双楔内腔表面发生规则反射时,不会发生激波聚焦,而只有在马赫反射时,才会发生激波聚焦现象;在激波聚焦情况下,对称双楔内腔顶部区域的温度和压力可以得到大幅度的提升.2.对于对称双楔内腔中预混气体为汽油/空气的情况,成功地完成了激波聚焦点火的实验研究.为了实现激波聚焦对高速、可燃预混气流的点火,现有的普通激波管必须具有两种功能.第一、把原来激波管内的预混气体加速到我们所需要的速度,即形成高速、可燃预混气流;第二、不仅在对称双楔内腔能够形成激波聚焦,而且在其顶端能射出高温火焰,用以点燃激波管中由入射激波诱导的高速、可燃预混气流.为达到上述目标,该文完成了下述工作:3.把普通激波管的试验段分成上下两个通道,上通道用于激波加速可燃预混气流,下通道用于激波聚焦.我们称这种激波管为分部式(或分解式)激波管,该文成功地实现了这种分部式激波管的运行.4.成功地实现了对称双楔激波聚焦前向小孔火焰射流喷射,并以此"线"状火焰射流点燃了高速、可燃预混气流,实验中可以明显地观察到三维火焰的传播现象.5.成功地实现了单楔和平板之间内腔中激波聚焦前向狭缝射流火焰喷射,并以此"面"状火焰射流点燃了高速、可燃预混气流.实验中可以明显地观察到火焰波面在高速、可燃预混气流中的传播现象.实验结果也显示,这种狭缝火焰射流的"面点火"方式优于小孔火焰射流的"线点火"方式.6.开展了相关的数值模拟工作.不同角度对称双楔内腔中运动激波的数值模拟结果,较好地验证了对称双楔内腔激波聚焦的理论分析结果.对激波进入突扩通道时的无粘空气流场数值模拟结果显示,在激波波后气流高亚声速情况下,由于非定常稀疏波和定常膨胀波的加速作用,可以在通道中形成超声速气流,并产生较为稳定的流场波系结构,部分地验证了实验的结果.此外,该文采用有限速率化学反应模型,开展了对称双楔内腔激波聚焦点燃氢气/空气混合气体化学反应流场的数值模拟工作.
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