圓柱形匯聚激波誘導(dǎo)點(diǎn)火特性研究.pdf

1、激波誘導(dǎo)點(diǎn)火由于能夠充分利用激波獨(dú)特的動力學(xué)特性，對于研究預(yù)混可燃?xì)怏w點(diǎn)火及燃燒波傳播過程具有顯著優(yōu)勢。在激波誘導(dǎo)點(diǎn)火研究中，平面激波誘導(dǎo)點(diǎn)火由于實(shí)驗(yàn)上較為容易通過激波管實(shí)現(xiàn)而受到廣泛應(yīng)用。通過開展平面激波誘導(dǎo)點(diǎn)火相關(guān)研究，可以對預(yù)混可燃?xì)怏w的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程，特別是點(diǎn)火延時特性等機(jī)理認(rèn)識提供可靠依據(jù)。截至目前，平面激波誘導(dǎo)點(diǎn)火的研究相對較為成熟，本文關(guān)注的是激波誘導(dǎo)點(diǎn)火的另一形式——匯聚激波誘導(dǎo)點(diǎn)火。與平面激波不同，匯聚激波在匯聚過

2、程中，隨著波面面積的減小，激波強(qiáng)度不斷增加，激波波后可構(gòu)建氣體狀態(tài)參數(shù)連續(xù)變化的流場，利用這種熱力環(huán)境連續(xù)變化的特點(diǎn)，可望為參數(shù)變化劇烈的點(diǎn)火與火焰?zhèn)鞑サ臋C(jī)理揭示提供一種新的途徑?；谝陨峡紤]，本文開展了以下幾方面的工作:
　　首先，本文提出一種實(shí)現(xiàn)匯聚激波誘導(dǎo)點(diǎn)火的新方案。該方案依據(jù)激波動力學(xué)理論設(shè)計管道構(gòu)型以求最大程度減弱激波匯聚過程中產(chǎn)生的擾動，從而構(gòu)建理想的點(diǎn)火環(huán)境，并且通過改變相應(yīng)參數(shù)可以對該點(diǎn)火環(huán)境進(jìn)行有的放矢的控制。

3、對于該研究方案，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其可行性，而實(shí)驗(yàn)與準(zhǔn)一維歐拉數(shù)值計算結(jié)果吻合較好則進(jìn)一步說明點(diǎn)火及火焰?zhèn)鞑ミ^程具有良好的一維特征，表明該方案既有利于對化學(xué)反應(yīng)過程中參數(shù)變化進(jìn)行分析，同時也方便對氣體狀態(tài)連續(xù)變化點(diǎn)火環(huán)境中的燃燒波傳播過程進(jìn)行考察。
　　在成功實(shí)現(xiàn)圓柱型匯聚激波的基礎(chǔ)上，對匯聚激波誘導(dǎo)點(diǎn)火基本現(xiàn)象進(jìn)行了考察。就點(diǎn)火過程而言，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)火起始于匯聚激波波后一定距離處。通過理論分析和數(shù)值模擬可知，點(diǎn)火時間包含兩部分，一部

4、分由匯聚激波運(yùn)動歷程決定，另一部分由化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)特性決定，兩部分的綜合效果是沿空間存在點(diǎn)火時間極小值點(diǎn)。另一方面，就燃燒波傳播過程而言，實(shí)驗(yàn)觀察到點(diǎn)火發(fā)生后，經(jīng)歷一段時間激波-火焰復(fù)合結(jié)構(gòu)在初始點(diǎn)火位置上游一定距離處形成，并在經(jīng)歷一個發(fā)展過程后轉(zhuǎn)變?yōu)樽猿謧鞑サ腃J爆轟波。這一爆轟形成過程既不同于直接起爆，也不同于傳統(tǒng)的平面激波誘導(dǎo)爆轟形成過程或者DDT過程，該過程沒有出現(xiàn)明顯的過驅(qū)現(xiàn)象。
　　進(jìn)一步，考察入射平面激波強(qiáng)度、氣體組

5、分和初始壓力等對點(diǎn)火及燃燒波傳播過程的影響。首先，就激波強(qiáng)度影響而言，隨著入射激波強(qiáng)度增加，初始點(diǎn)火位置往上游移動，同時匯聚激波經(jīng)過初始點(diǎn)火位置時的激波強(qiáng)度以及初始點(diǎn)火位置流體質(zhì)點(diǎn)波后溫度減小;在此過程中，空間溫度梯度演變的不均勻可能會造成燃燒波的超CJ加速現(xiàn)象。另一方面，匯聚管道端部的泄壓出口起到控制激波匯聚增強(qiáng)程度的作用，隨著入射平面激波馬赫數(shù)的減弱，爆轟形成存在某一臨界值，當(dāng)入射平面激波馬赫數(shù)高于臨界值時，激波-火焰復(fù)合結(jié)構(gòu)在出口

6、下游形成后能夠向上游傳播進(jìn)入楔形管道發(fā)展為爆轟波，由于出口邊界復(fù)雜反射等擾動的影響，爆轟波形成過程中出現(xiàn)過驅(qū)現(xiàn)象;而當(dāng)入射平面激波馬赫數(shù)低于臨界值時，激波-火焰復(fù)合結(jié)構(gòu)在出口下游形成后受稀疏波消弱最終消散掉。其次，就氣體組分影響而言，隨著惰性氣體對預(yù)混可燃?xì)怏w稀釋程度增加，氣體初始點(diǎn)火位置往下游移動，同時匯聚激波經(jīng)過初始點(diǎn)火位置時的激波強(qiáng)度以及初始點(diǎn)火位置流體質(zhì)點(diǎn)波后溫度增加，而在點(diǎn)火發(fā)生后，激波-火焰復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成將經(jīng)歷更長時間，相應(yīng)