【摘 要】
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气相爆轰波是一种超声速燃烧波,它通过激波压缩诱导化学反应放热实现自持,并具有广泛的应用背景。而目前对于爆轰波的一些基本现象与物理规律还缺乏深入的研究。本文利用数值
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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气相爆轰波是一种超声速燃烧波,它通过激波压缩诱导化学反应放热实现自持,并具有广泛的应用背景。而目前对于爆轰波的一些基本现象与物理规律还缺乏深入的研究。本文利用数值模拟手段,主要研究了规则与不规则胞格爆轰中的传播机制。
首先本文对当量比氢氧混合气体中规则胞格爆轰波与激波的正面对撞过程进行了二维数值研究。采用了二阶精度NND差分格式与改进的两阶段化学反应模型,并以数值x-t纹影图以及烟迹图记录了对撞过程,探讨了二维爆轰波相撞后重新稳定的演化机制。数值研究表明,透射爆轰波受到膨胀影响首先会衰减,甚至产生局部解耦现象;然后由于三波点的碰撞又能再次重新耦合。在爆轰波对撞过程中,由于燃烧不均匀性而产生的弱横波,它对爆轰胞格的形成起着重要作用。
其次本文通过模拟不规则胞格爆轰波传播过程,采用自适应加密网格的有限体积法与单步化学反应模型,结合胞格图与波阵面演化图,研究了高活化能下不同起爆能量形成的不规则胞格爆轰以及其非定常发展过程,并探讨了横波对于点火的作用。结果表明在起爆能量不足时爆轰波后出现了大量未反应气团;在一种临界条件下,爆轰波达到动平衡状态,此时部分气体反应放热正好支持爆轰波的低速传播,当低于此条件时,爆轰波熄爆无法自持。分析两种爆轰的波阵面与反应区结构,发现横波虽能缩短化学反应区的诱导时间,但爆轰波的主要燃烧区仍依赖于马赫杆的绝热压缩。在临界传播的爆轰波中,爆轰波的自持仅仅依赖于马赫杆后反应气体的放热。
最后通过比较规则与不规则胞格爆轰结果发现,在激波压缩主导的爆轰传播中,其内在横波发展机理大致类似,弱横波与强横波或弱横波碰撞均会由弱变强,发展出新的横波结构;在未反应气体总量固定时,同向横波会发生相互作用,或相互合并或互相平衡达到稳定。
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