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氢气/空气非预混旋转爆轰波形成与传播特性

哈尔滨工程大学学报 2021年第3期42卷 361-367页

作者：金杉孟庆洋赵宁波郑洪涛李智明哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

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... 详细信息

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激波对撞后的切向速度和反应速率有关。爆轰波稳定传播时沿外壁面传播,内壁面为激波,气体受激波压缩,温度高于爆轰波后气体的温度。爆轰波使氧化剂与燃料喷注存在时间差,从而影响气体掺混特性。

关键词：旋转爆轰掺混非预混喷注当量比流场特性自持传播数值模拟

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正癸烷/空气旋转爆轰波形成与传播数值模拟

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 730-738页

作者：邵晓峰赵宁波刘世铮孟庆洋李雅军郑洪涛哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所黑龙江哈尔滨150078

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... 详细信息

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。

关键词：正癸烷气液两相非预混旋转爆轰掺混流场特性自持传播未反应气流区

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环形方管道中爆轰胞格的三维研究

爆炸与冲击 2016年第5期36卷 577-582页

作者：归明月范宝春张辉南京理工大学瞬态物理重点实验室江苏南京210094 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

通过实验和三维数值模拟研究了爆轰波在环形管道内的传播。实验采用烟迹板记录了爆轰波的胞格结构。数值模拟基于带化学反应的三维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行... 详细信息

通过实验和三维数值模拟研究了爆轰波在环形管道内的传播。实验采用烟迹板记录了爆轰波的胞格结构。数值模拟基于带化学反应的三维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对爆轰波的传播进行了数值研究。结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀。而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大,且呈周期性变化。同时,不同壁面的胞格结构均出现了拍波(slapping wave),其形状呈弯曲的折线。

关键词：爆炸力学自持传播三维数值模拟爆轰胞格环形管道

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非均匀超声速气流中的爆震自持机理研究

非均匀超声速气流中的爆震自持机理研究

作者：许菲中南大学

学位级别：硕士

相比传统超燃冲压发动机,基于等容燃烧的爆震冲压发动机具有更高的热循环效率和推力性能,在未来空天动力系统具有广阔的应用前景。爆震波对燃烧室的流场条件极为敏感,合理控制爆震波的自持稳定过程是实现爆震发动机高效燃烧的核心技术... 详细信息

相比传统超燃冲压发动机,基于等容燃烧的爆震冲压发动机具有更高的热循环效率和推力性能,在未来空天动力系统具有广阔的应用前景。爆震波对燃烧室的流场条件极为敏感,合理控制爆震波的自持稳定过程是实现爆震发动机高效燃烧的核心技术之一。燃烧室入口的非均匀超声速来流将导致爆震波面波动,诱发Kelvin–Helmholtz(KH)、Richtmyer–Meshkov(RM)不稳定性等问题,形成爆震波后的大尺度涡结构,影响爆震波的波面结构、传播速度以及传播模式,可能导致爆震波的自持、稳定传播、衰减甚至熄爆。本文在深入研究非均匀超声速来流燃烧室内部流动机理的条件下,揭示不同速度剪切、速度梯度及边界层效应下的爆震传播和稳定机制,为爆震冲压发动机型号研制中高性能燃烧室设计提供必要的技术储备。主要研究内容如下:首先,开展速度剪切层作用下扩张燃烧室爆震的自持传播机理研究,深入了解燃烧室内爆震波后流场的湍流特性,分析流场速度非均匀特性影响下扩张燃烧室爆震的传播特性和演化规律,明晰膨胀波和速度剪切层诱导的未燃射流的产生和消耗机制。揭示KH、RM等流体动力不稳定性湍流特征的作用,以及它们与不稳定剪切层和未燃射流在非均匀来流的扩张燃烧室中的相互作用。通过监测爆震波后未燃射流的发展过程,探明未燃射流产生和消耗机制与爆震波自持传播之间的内在联系。进一步的,开展速度梯度作用下的爆震稳定机制和爆震波控制研究。分析连续的速度分层与爆震波相互作用产生的湍流特征,探明横波在速度梯度作用下不稳定爆震波自持稳定中产生的促进作用,获得速度梯度作用下扩张燃烧室爆震的动态稳定结构。最后,考虑发动机真实工况下的边界层效应,分别开展单边界层和双边界层影响下的爆震波起爆和传播机理研究,揭示爆震波与边界层的相互作用机制和瞬态流动机理。这对于解决爆震冲压发动机的爆震波稳定和控制问题具有重要的理论和实践意义。图50幅,表11个,参考文献96篇

关键词：爆震发动机爆震燃烧非均匀超声速气流自持传播

旋转爆轰流场的三维结构及其径向变化的数值研究

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高压物理学报 2015年第1期29卷 29-34页

作者：张旭东范宝春归明月南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094

基于带化学反应的三维Euler方程,采用8组元和24个可逆化学反应的基元反应模型,对等当量比的气相氢气/氧气系统在圆环形燃烧室内的旋转爆轰进行了数值模拟。结果表明,子爆轰波、斜激波和滑移线组成了旋转爆轰波的基本三维结构。由于旋转... 详细信息

基于带化学反应的三维Euler方程,采用8组元和24个可逆化学反应的基元反应模型,对等当量比的气相氢气/氧气系统在圆环形燃烧室内的旋转爆轰进行了数值模拟。结果表明,子爆轰波、斜激波和滑移线组成了旋转爆轰波的基本三维结构。由于旋转爆轰燃烧室特殊的几何构型,即内壁的发散和外壁的收敛,使内壁面附近的爆轰强度要小于外壁面附近的爆轰强度,最终实现旋转爆轰波在燃烧室内的自持传播。

关键词：旋转爆轰三维结构壁面几何构型自持传播

Al/Ni多层膜中反应波传播速度的理论研究

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含能材料 2009年第2期17卷 233-235页

作者：王亮何碧蒋小华付秋菠王丽玲中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621900

为了研究Al/Ni反应多层膜在微纳米点火器件中的应用,采用扩展Mann模型,计算了反应多层膜中反应波的传播速度。定义单层厚度比为δ(2b-1)δ,将现有模型扩展至可计算任意多层膜中反应波的传播速度;计算了Al/Ni多层膜中反应波的传播速度,... 详细信息

为了研究Al/Ni反应多层膜在微纳米点火器件中的应用,采用扩展Mann模型,计算了反应多层膜中反应波的传播速度。定义单层厚度比为δ(2b-1)δ,将现有模型扩展至可计算任意多层膜中反应波的传播速度;计算了Al/Ni多层膜中反应波的传播速度,与试验结果吻合较好,验证了扩展模型。计算结果表明存在一个临界厚度δcr。当对层厚度δbiδcr时,速度与δbi成反比。

关键词：复合材料纳米反应多层膜自持传播数学模型 Al/Ni

Al/Ti反应多层膜中反应区传播速度的理论计算

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火工品 2009年第2期 1-4页

作者：王亮何碧蒋小华蒋道建付秋菠王丽玲中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621900

Al/Ti反应多层膜中反应区的传播速度是表征其特性的特征参数之一。通过定义初始单层厚度比为δ:(2b-1)δ,将Mann模型扩展为可计算任意厚度比的多层膜中反应区的传播速度。采用扩展模型计算了1Al/1Ti和3Al/1Ti反应多层膜中反应区的传播速... 详细信息

Al/Ti反应多层膜中反应区的传播速度是表征其特性的特征参数之一。通过定义初始单层厚度比为δ:(2b-1)δ,将Mann模型扩展为可计算任意厚度比的多层膜中反应区的传播速度。采用扩展模型计算了1Al/1Ti和3Al/1Ti反应多层膜中反应区的传播速度,计算结果与文献中的实验结果吻合。此外,讨论了预混厚度对反应传播速度的影响,得到了预混厚度与临界厚度的关系式。

关键词：反应多层膜自持传播传播速度 SHS Al/Ti

Fabrication of Al/Ti Reactive Multilayer Films and Their Reaction Characteristics

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Fabrication of Al/Ti Reactive Multilayer Films and Their Rea...

作者：王亮中国工程物理研究院

学位级别：硕士

反应多层膜系一种新型纳米含能材料。一般地,反应多层膜由两种或多种可相互发生放热反应的材料通过物理沉积法交替沉积在基底上形成。纳米反应多层膜在较低的能量刺激下可以发生放热反应,产生的热可以使反应区以特定的速度自持传播。目... 详细信息

反应多层膜系一种新型纳米含能材料。一般地,反应多层膜由两种或多种可相互发生放热反应的材料通过物理沉积法交替沉积在基底上形成。纳米反应多层膜在较低的能量刺激下可以发生放热反应,产生的热可以使反应区以特定的速度自持传播。目前,反应多层膜已经被用于焊接和高温自蔓延合成等领域。同时,这种材料还可用于激发次级反应,在火工品等行业有潜在的应用价值。本研究采用磁控溅射法制备了Al/Ti反应多层膜。多层膜中铝和钛的每一单层厚度控制为10 nm到240 nm不等,多层膜的总厚度在7μm到17μm之间。扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析表明多层膜具有层状结构,且主要成分为铝和钛。通过差热分析和X射线衍射研究了磁控溅射制备的Al/Ti多层膜的反应机理。结果表明反应包含两个阶段,第一阶段反应发生在440℃～550℃之间,对应于TiAl相的形成;第二阶段反应发生在650℃～700℃之间,对应于生成AlTi相。此外,在第一个阶段的反应,钛原子扩散到铝中形成TiAl相直至铝完全反应。多层膜中反应区的传播速度是表征多层膜性能的一个主要特征参数。试验和理论研究表明传播速度主要与多层膜的每一单层厚度有关。现有的理论模型假设多层膜的各组分单层厚度相等,而实际上,多数多层膜系统不满足此条件。因此,本论文将其扩展至可以计算单层厚度不等的多层膜中反应区的传播速度。采用扩展模型计算了Al/Ni,Al/Ti多层膜中反应区的传播速度,计算结果与试验结果较之现有的模型吻合更好。采用高速摄影法测得了磁控溅射法制备的Al/Ti多层膜中反应区的传播速度,采用扩展模型进行了理论计算。结果表明存在一个临界厚度,临界厚度约为25 nm。当单层厚度小于临界厚度时,传播速度随单层厚度增大而增大,在此区域,燃烧过程为反应控制。当单层厚度达与临界厚度时,传播速度随单层厚度增大而减小,在此区域,燃烧过程可以认为是扩散控制。设计了一种基于Al/Ti反应多层膜的新型点火元件。此点火元件主要由以下几部分组成:陶瓷或玻璃电极塞,一个加热层,一个绝缘层以及含能层。发火试验表明这种新型点火元件的点火性能相当于甚至优于基于Ti/B反应多层膜的点火元件。此外,加热层的电阻应该在2Ω左右。要获得2Ω的电阻,钛电阻膜的沉积时间约为8小时。

关键词：反应多层膜自持传播磁控溅射微点火元件 Al/Ti