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  • 【期刊】 液态燃料对连续旋转爆轰发动机爆轰特性的影响

    刊名:爆炸与冲击 作者:李宝星 ; 翁春生 关键词:填充条件 ; 连续旋转爆轰发动机 ; CE/SE方法 ; 比冲 机构:南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 ; 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 年份:2018
    摘要:为了研究液态燃料对连续旋转爆轰发动机爆轰特性的影响,采用CE/SE方法对以汽油/富氧空气为燃料的CRDE进行数值模拟,分析了不同液滴半径、当量比对爆轰性能参数的影响。计算结果表明:随着液滴半径增大,爆轰压力峰值、温度峰值以及爆轰波速度均降低,且压力峰值与温度峰值在爆轰波传播过程中出现不稳定现象;当增大到70μm时,爆轰波将无法成功起爆。随着当量比的增大,CRDE爆轰波速度及平均推力增大,爆轰压力、温度以及气相周向速度的峰值均先增大后减小。在当量比1.1附近,爆轰压力与温度的峰值出现极大值;而气相周向速度峰值的极大值出现在当量比0.9附近。基于燃料的比冲随着当量比增大而减小。
  • 【期刊】 爆轰产物组成和爆轰参数计算方法的理论研究

    刊名:爆炸与冲击 作者:杜明燃 ; 汪旭光 ; 郭子如 ; 颜事龙 关键词:爆炸力学 ; 爆轰参数 ; 热力学性质 ; 状态方程 ; 吉布斯自由能 机构:安徽理工大学土木建筑学院 ; 安徽理工大学土木建筑学院 ; 北京矿冶研究总院 ; 安徽理工大学化学工程学院 年份:2015
    摘要:为实现爆轰产物组成和爆轰参数的计算,采用拉格朗日乘数法和牛顿迭代的方法预测爆轰产物组成,利用BKW状态方程预测爆轰参数,在0~600GPa和300~15 000K压力温度范围内选取金刚石作为碳的生成相;对爆轰产物系统采用最小自由能原理,结合牛顿迭代法求解爆轰产物的化学平衡方程组;对BKW状态方程参数提出修订,取α=0.5,β=0.298,θ=6 620,κ=9.50;采用自编程序实现计算过程。使用此方法和Hugoniot关系计算密度为1.77g/cm3的PETN爆轰CJ点爆轰参数验证计算精度,结果显示计算与实验结果的误差均小于1%。利用此方法结合Hugoniot关系预测出爆轰CJ点的产物密度为2.43g/cm3。
  • 【期刊】 凝胶汽油在脉冲爆轰发动机中的爆轰特性实验

    刊名:固体火箭技术 作者:胡洪波 ; 翁春生 ; 白桥栋 ; 杨建鲁 关键词:爆轰 ; 脉冲爆轰发动机 ; 凝胶汽油 ; 热态实验 机构:南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 ; 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 年份:2014
    摘要:为探索凝胶燃料在脉冲爆轰发动机中应用的可行性,设计了凝胶汽油脉冲爆轰火箭发动机实验系统。对不同氧含量和凝胶汽油供给工况下的多循环脉冲爆轰发动机进行了热态实验,分析了氧含量和燃料供给工况对爆轰爆轰压力和波传播速度的影响。实验结果表明,使用凝胶汽油的脉冲爆轰火箭发动机能稳定工作;在氧气质量百分比为42%、凝胶汽油/雾化空气喷射压力系数为2.5/1工况下,距离发动机点火位置770 mm处的爆轰压力均值为2.02 MPa,爆轰波速度均值为1 124 m/s。在相同凝胶汽油供给条件下,增加氧含量能够获得更大的爆轰压力和爆轰波速度。研究结果对凝胶燃料和脉冲爆轰发动机应用研究具有参考意义。
  • 【期刊】 爆轰管脉冲爆轰发动机近场噪声特性的试验研究

    刊名:推进技术 作者:黄孝龙 ; 翁春生 ; 李宁 ; 许桂阳 关键词:脉冲爆轰发动机 ; 爆轰噪声 ; 填充系数 ; 指向性 ; 管间距 ; 声压级 机构:南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 ; 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 年份:2017
    摘要:为研究双管脉冲爆轰发动机近场爆轰噪声特性,设计了双管脉冲爆轰发动机爆轰噪声试验测试系统,对不同填充率、不同管间距下的爆轰噪声进行了测量。试验结果表明:随着传播距离的增加,爆轰噪声峰值声压逐渐减小。PDE管口附近,爆轰噪声峰值声压衰减速度最快;距离管口较远位置处,衰减速度逐渐减小。随着填充系数的增加,爆轰噪声逐渐增大,指向性逐渐变缓;距离管口400mm处,60%,100%和140%填充系数下峰值声压级依次为197.95,201.93和204.51d B。不同传播距离处,爆轰噪声指向性不同。当距离管口较近时,爆轰噪声最大值出现在0°方向;距离管口大于2m的区域内,最大值出现在30°方向。不同管间距情况下,爆轰噪声呈现出相同的指向性。管间距越小,爆轰噪声的指向性越明显。
  • 【期刊】 喷管对脉冲爆轰发动机爆轰噪声影响的实验研究

    刊名:兵工学报 作者:许桂阳 ; 翁春生 ; 李宁 关键词:兵器科学与技术 ; 脉冲爆轰发动机 ; 噪声辐射 ; 指向性 ; 喷管 机构:南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 ; 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 年份:2014
    摘要:喷管不但可以增加脉冲爆轰发动机推力,而且对脉冲爆轰发动机噪声的形成与传播也具有重要作用。为探索脉冲爆轰发动机爆轰噪声形成机理及控制技术,搭建了脉冲爆轰发动机噪声测试实验系统,在不同位置不同角度对3种不同类型喷管的脉冲爆轰发动机爆轰噪声特性进行了研究。研究结果表明,收敛扩张喷管对于减小脉冲爆轰发动机爆轰噪声幅值作用最为明显,在0°方向3 000 mm处可以达到77.13%的降幅;对于收敛喷管,收敛角度越大指向性越明显,而扩张和收敛扩张喷管的喷管出口面积越大指向性越不明显;喉部直径48 mm的收敛扩张喷管与管口直径280 mm和320 mm的扩张喷管对参考半径影响最为显著,参考半径由1 600 mm减小至800 mm.研究结果对于爆轰噪声机理研究以及脉冲爆轰发动机工程化应用具有重要参考意义。
  • 【期刊】 脉冲爆轰发动机爆轰噪声场区域划分及其数值模拟

    刊名:兵工学报 作者:黄孝龙 ; 许桂阳 ; 翁春生 ; 李宁 关键词:兵器科学与技术 ; 脉冲爆轰发动机 ; 爆轰噪声 ; 衰减规律 ; 数值模拟 机构:南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 ; 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室 年份:2015
    摘要:为了探究脉冲爆轰发动机(PDE)爆轰噪声的传播机理,根据爆轰噪声不同的非线性强度,将PDE爆轰噪声传播区域划分成强非线性区、弱非线性区和线性区3个部分,并分别采用不同的方法对各部分所对应的3种不同控制方程进行求解。数值模拟结果表明:爆轰噪声峰值声压级在出口处迅速衰减,随着轴向距离的增加,衰减速度逐渐放缓;在强非线性区,衰减速度最大值可达33 d B/m;在弱非线性区,最小衰减速度为1.02 d B/m.模拟结果对PDE爆轰噪声的传播特性研究具有参考价值。
  • 【论文】 爆轰波在多层弯管中传播特性的研究

    作者:齐骏 关键词:多层弯管 ; 爆轰失效 ; 胞格结构 ; 周期性震荡 机构:江苏大学 ; 江苏大学 年份:2018
    摘要:爆轰现象的研究在工程上具有重要的实际意义,一方面基于爆轰的发动机具有大推重比、高热效率、低污染等优点,因此在航空航天领域具有广阔的应用背景;另一方面,工业生产中可燃气体爆轰往往会产生巨大的灾难,严重影响人民生命财产安全。本文采用自行设计的多层弯管装置,利用烟膜片和高速摄像机对爆轰波的传播模式及爆轰极限进行了实验研究,获得了爆轰火焰阵面图像、速度演变和胞格结构。通过求解带基元反应的二维欧拉方程对爆轰波在弯管中传播的流场结构进行数值模拟,其中使用5阶精度的WENO格式离散对流项,通过附加半隐的龙格库塔法(ASIRK-2B)对化学反应源产生的刚性问题进行处理。主要结论如下:1.对爆轰波在弯管中三种传播模式对应的初始压力区间进行了实验研究。当管道内径R_i减小时,稳定传播模式的初始压力下限增大。2.对爆轰极限进行了实验研究。引入R_i/λ作为表征爆轰极限的敏感性参数,则C_2H_4+3O_2,CH_4+2O_2以及2H_2+O_2+3Ar三种预混气的爆轰极限的区间范围是2.6≤R_i/λ≤4.8。3.对爆轰波在弯管中稳定传播模式进行研究。爆轰波阵面保持固定曲面形状传播。从直管传播至弯管区域,爆轰线速度发生分化,但角速度ω基本保持不变。胞格尺寸在径向上由内至外逐渐减小,而在周向上基本保持不变。外壁面附近流场的压力、温度、OH及H_2的质量分数均高于内壁面附近。4.对爆轰波在弯管中临界传播模式进行实验研究。爆轰波火焰阵面出现褶皱,爆轰周向速度震荡加剧。5.对爆轰波在弯管中不稳定传播模式进行实验研究。在不稳定传播模式中获得三种周期性爆轰传播现象:(1)内壁面爆轰波局部熄灭现象,此时内壁面附近的胞格结构出现重新生成、衰减、和局部消失的周期性变化特征,并且其周期角度θ_i随着初始压力p_0的增大而减小;(2)全局息爆后又重新起爆的驰振爆轰现象;(3)类似“花瓣”形状的单头爆轰现象,其周期角θ_i随着内壁面半径的增大而减小,并且与预混气初始压力无关。
  • 【论文】 超细雾化和爆轰配气组织研究

    作者:包东冉 关键词:旋转爆轰 ; 超细雾化 ; 柴油 ; 冷态掺混 ; 数值模拟 机构:哈尔滨工程大学 ; 哈尔滨工程大学 年份:2018
    摘要:经过近百年的发展基于等压燃烧方式的燃气涡轮涡扇发动机等的技术已经十分成熟完善,要大幅地提高这些机械的推进热效率已经变得十分困难。爆轰燃烧克服现行等压燃烧带来的工质做功能力下降的固有缺陷,提高其工质在燃烧加热过程中的做功能力,因此爆轰发动机从各种先进推进方式中脱颖而出,受到极大的关注。爆轰推进装置以爆轰方式组织燃烧,燃烧过程近似为等容燃烧。爆轰波是一种激波与燃烧波相互耦合并以超声速传播的燃烧形式,能量释放速率快,其产物具有更高的压力和温度,热力循环效率高,比传统等压燃烧提高近20%。本文基于爆轰燃烧技术,展开对旋转爆轰燃烧的研究,采用柴油作为燃料,依次进行柴油超细雾化、冷态掺混及爆轰流场特性的分析,具体工作如下:1.经过模型验证,采用KH-RT模型对laval雾化喷嘴进行数值模拟研究,在laval喉部喷油基本可以实现柴油的超细雾化(SMD≤10μm),同时发现,增大laval喷管的尺寸可以增强雾化特性,但雾化所需的空气量增加,同时还容易引起回火,燃料垂直喷入到laval喷管中雾化情况最好,适当调小角度可以增加燃料蒸发量。2.采用轴对称非反应计算方法对旋转爆震发动机的不同喷射设计进行定性分析。化学当量比的C_(10)H_(22)和空气被通入到RDE的二维简化模型中,数值模拟发现不带空气进气槽结构最好掺混效果预测点火位置≥60mm,带空气进气槽结构具有更好的的掺混效果,预测点火位置≥20mm。3.对已获得掺混流场进行起爆研究,在掺混边界内或附近均能起爆成功,得到持续的爆轰波结构,爆轰波震面的压力到达2MPa,温度达到3000K。4.采用数值模拟的方法,系统的分析了不同入流总压、入流总温、轴向尺寸及周向尺寸对C_(10)H_(22)-Air爆轰燃烧特性。入流压力对质量流量、峰值压力及出口压力均有很大影响,每增加1atm,质量流量增加近30%。流温度增加会降低爆轰燃烧室的增压特性,温度每增加50K,增压特性降低5%左右。周向尺寸影响爆轰波高度,轴向尺寸选取依赖爆轰波高度。
  • 【期刊】 铝粉-空气混合物爆燃转爆轰过程及爆轰波结构

    刊名:高压物理学报 作者:陈默 ; 白春华 ; 刘庆明 关键词:燃烧转爆轰 ; 弱点火 ; 铝粉 ; 自持 ; 爆轰波 机构:中国石油安全环保技术研究院 ; 中国石油安全环保技术研究院 ; 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室 年份:2012
    摘要:在长为32.4m、内径为0.199m的大型长直水平管道中,对铝粉-空气两相流的燃烧转爆轰(DDT)过程及爆轰波结构进行了实验研究。对铝粉-空气混合物弱点火条件下DDT过程不同阶段的特征进行了分析,实验结果显示混合物经历了缓慢反应压缩阶段、压缩波加速冲击波形成阶段、冲击反应过渡阶段、冲击反应向过压爆轰过渡阶段和爆轰阶段,得到了混合物各阶段的DDT参数,由此进一步分析了DDT浓度的上、下限。在1.4m爆轰测试段的4个截面的环向上各均匀安装8个传感器,对爆轰波结果进行测试,并对铝粉-空气混合物爆轰波的单头结构进行了分析。
  • 【期刊】 多舱室内气云爆炸爆轰产物运动二维数值模拟

    刊名:中国舰船研究 作者:徐维铮 ; 吴卫国 关键词:多舱室内气云爆炸 ; 爆炸波 ; 五阶WENO格式 ; 数值计算 ; 爆轰产物 机构:武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室 ; 武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室 ; 武汉理工大学交通学院 年份:2018
    摘要:[目的]为了研究多舱室空间内气云爆炸后爆轰产物的运动规律,[方法]采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写多舱室内气云爆炸过程二维数值计算程序。利用平面激波绕射矩形台阶试验验证本文数值程序的可靠性与正确性。采用验证的程序开展不同爆炸工况气云爆炸过程数值计算,探讨多舱室内爆炸过程中泄压、后燃烧能量加入对爆轰产物运动过程的影响规律。[结果]结果表明:增大泄压口尺寸,可加剧爆轰产物泄出过程;增大反应速率常数,可加速爆轰产物向相邻舱室的扩张过程。[结论]研究成果可为进一步考虑多组分复杂燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。
  • 【会议】 一种偏心起爆爆轰波形扫描分析实验方法

    作者:王辉 ; 沈飞 关键词:偏心起爆 ; 平行多狭缝扫描 ; 汇聚爆轰波 ; 正交多狭缝扫描 机构:西安近代化学研究所 ; 西安近代化学研究所 年份:2017
    摘要:针对偏心起爆装药中的爆轰波在传播过程中会产生汇聚、绕射等复杂现象,采用两台高速扫描相机正交方向同时平行多狭缝扫描60度两点偏心起爆不同装药圆柱端面爆轰波形的传播过程,获得正交方向上多条一维连续传播轨迹,通过对实验测量结果进行分析,得到多狭缝交点处的爆轰波传播速度及方向,同时结合高速分幅相机获得的二维离散爆轰波传播图像,能够从宏观到细节深入分析研究爆轰波的传播特性。结果表明,采用正交多狭缝扫描技术能够定量化分析爆轰波传播过程及变化规律,可以满足偏心起爆装药中复杂爆轰波传播特性研究的需求。
  • 【论文】 气固两相混合爆轰的高精度数值计算

    作者:董新庄 关键词:两相流 ; 爆轰波 ; 高精度数值格式 ; 数值模拟 ; 网格自适应细分 机构:北京理工大学 ; 北京理工大学 年份:2016
    摘要:工业生产过程中,若空气中同时存在可燃性气体和可燃性粉尘,当有足够强的点火源,则会发生两相混合爆炸。可燃性气体的存在导致两相混合爆炸相对于粉尘爆炸更易发生,危险性更高,而由于粉尘的存在两相混合爆炸比气体爆炸威力更强,危害性更大。开展两相混合爆炸研究,对保障工业安全生产具有重要意义。两相混合爆炸问题较为复杂,理论研究存在很多困难,由于存在颗粒大小和分布难以控制等诸多困难,目前实验研究主要集中在爆炸特性参数研究,爆炸过程中激波与化学反应的耦合机制、爆轰波的传播规律等方面的研究相对不足。本文对两相混合爆炸过程中的爆轰问题开展数值模拟研究。针对两相混合爆轰中存在的均相化学反应和两相化学反应耦合问题,建立了考虑多组分的两相化学反应流体动力学模型。针对爆轰流场存在强间断,传统高精度计算方法在求解间断问题时会出现数值振荡的难题,构造了基于WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式的两相混合爆轰问题高精度计算方法,实现了两相混合爆轰波传播过程的高精度数值模拟,对两相混合爆轰问题开展了数值模拟研究。论文的主要工作如下:(1)基于气相爆轰的具体特征,建立了不考虑粘性扩散和热传导等因素的气相爆轰控制方程组,通过对控制方程进行简化,推导得出了一维稳态ZND模型的解析解,针对气相爆轰的强间断特性,基于局部特征分解构造了高精度WENO格式的有限差分方法。(2)针对传统WENO格式在模拟具有多尺度流动特性的爆轰流场时计算效率较低的问题,构造了基于高精度WENO格式的网格自适应细分方法(Adaptive Mesh Refinement),该方法对传统的网格自适应细分方法进行了改进,建立了基于索引表的网格数据结构,提出了基于压力和反应进度的自适应细分判据,给出了高精度的数据延拓方法,利用Hilbert空间填充曲线算法实现了计算域的动态划分。(3)基于高精度网格自适应细分方法,开发了动态负载均衡的高精度网格自适应并行程序,实现了激波问题和爆轰问题的高效率高精度数值模拟。构造人为解对高精度网格自适应细分方法的计算精度进行了检验,模拟了经典的激波问题,检验了方法的效率和准确性,将该方法推广应用于气相爆轰数值模拟。(4)针对两相混合爆轰中存在均相化学反应和两相化学反应耦合问题,建立了能够描述化学反应耦合作用下各组分变化的两相多组分反应流体动力学模型。建立了多组分气相状态方程,基于压力平衡假设建立了固相颗粒状态方程,给出了两相之间质量、动量以及能量交换模型,实现了两相多组分反应流体动力学模型方程组封闭。构造了多组分控制方程组的局部特征分解方法,给出了基于高精度WENO格式的有限差分方法。(5)开发了两相混合爆轰问题的高精度并行计算程序,理论分析了铝粉两相反应模型。模拟了不同工况下铝粉/空气两相爆轰波的传播过程,研究了管道宽度和铝粉浓度对爆轰波传播特性的影响规律,分析了三维窄管道内爆轰波传播模式。模拟了铝粉/乙炔/空气两相混合爆轰波传播过程,研究了铝粉粒径对爆轰波传播特性的影响,分析了气相爆轰胞格结构以及两相混合爆轰胞格结构。模拟了煤尘/瓦斯/空气混合爆轰问题,考察了甲烷浓度和煤尘浓度对一维爆轰波传播特性的影响规律。
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