弯曲爆震管中爆震传播特性及弯曲管道射流起爆机理研究

摘要

弯曲管道具有较好的灵活性及较高的空间利用率，应用在爆震燃烧研究中能够有效地解决空间制约问题。本文通过实验观测、数值仿真和理论分析相结合的方法，对弯曲爆震管中爆震传播特性及弯曲管道射流起爆机理进行了系统研究，主要内容如下：
　　通过激光阴影和烟膜等实验技术，观测到了爆震波在弯曲爆震管中传播时会形成马赫反射，靠近内壁面处激波与燃烧面会发生解耦而导致熄爆；另外还发现爆震波在弯曲爆震管中传播会呈现出不稳定传播、过渡传播和稳定传播三种传播形式，且随着初始压力和曲率半径的增大，爆震波的传播形式会逐渐趋于稳定，并得到了 C2H4+3O2预混气爆震三种传播形式转变的临界条件为r0/λ=12.8及r0/λ=27.5。
　　使用块结构自适应网格加密技术详细研究了弯曲爆震管中的爆震传播特性，发现了不稳定传播形式下爆震波熄灭后再次起爆并稳定传播的现象，并定义了横波生成角φ和过渡距离 L作为衡量爆震波恢复稳定传播快慢的标准。研究了曲率半径对爆震波恢复稳定传播的影响，发现爆震波恢复稳定传播的快慢由横波结构生成速度及马赫反射三波点与管壁的碰撞位置共同决定，并得到了2H2+O2+7Ar预混气爆震三种传播形式转变的临界条件为r0/λ=12.1及r0/λ=27.6。另外还分析了弯曲角度及管道直径等因素对弯曲爆震管中爆震传播特性的影响。
　　采用数值仿真的方法，并与直管射流起爆过程进行对比，详细研究了弯曲管道射流起爆机理，发现在部分初始压力低于直管射流起爆临界压力的工况条件下，使用曲率半径较小的弯曲管道仍能够实现起爆，经研究得出弯曲管道对于射流起爆具有促进作用，其影响机理为爆震波在弯曲管道内传播形成了马赫反射，并在靠近外壁处产生高温高压区，维持激波和燃烧面处于耦合状态而不发生熄爆，最终导致整个半球面自持爆震波的形成，而较大的曲率半径反而会降低高温高压区域的能量，导致无法实现起爆。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 气相爆震理论研究综述

1.3 弯曲管道内爆震起爆与传播研究综述

1.4 自适应网格加密技术在爆震仿真中的应用研究

1.5 本文研究内容

第二章 实验系统与数值方法

2.1 弯曲爆震管实验系统介绍

2.2 数值仿真方法介绍

2.3 本章小结

第三章 弯曲爆震管中爆震传播特性实验研究

3.1 实验操作流程及实验工况

3.2 弯曲爆震管中的爆震波结构

3.3 弯曲爆震管中爆震传播特性的变化规律

3.4 弯曲爆震管中爆震波稳定传播的临界条件

3.5 本章小结

第四章 弯曲爆震管中爆震传播特性数值研究

4.1 计算域及边界条件设置

4.2 弯曲爆震管中爆震传播数值仿真算例验证

4.3 弯曲爆震管中爆震传播过程分析

4.4 曲率半径对爆震传播特性的影响分析

4.5 弯曲角度及管道直径对爆震传播特性的影响分析

4.6 本章小结

第五章 弯曲管道射流起爆机理数值研究

5.1 计算域及边界条件设置

5.2 弯曲管道射流起爆过程分析

5.3 弯曲管道对射流起爆的影响分析

5.4 弯曲管道对射流起爆的影响机理

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

主要研究成果

论文创新点

未来工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A

附录B