起爆技术数值模拟研究

摘要

无论是脉冲爆轰发动机还是旋转爆轰发动机，如何产生爆轰波都是研究的基础。起爆管作为爆轰发动机点火系统的主要部件，成为了研究的重点。本文通过数值模拟的手段，系统深入的研究了起爆管结构、点火能量和点火方式对起爆的影响。
　　以总长为200mm、直径10mm的起爆管为研究对象，应用k-epsilon湍流模型和单步化学反应模型，数值模拟研究了在充入初始压力1atm、初始温度300K的化学当量比H2-Air预混气的条件下，起爆管中的燃烧过程。首先从扰动波的反射叠加和Lewis数的角度出发，分阶段的分析了起爆管中的燃烧过程，探讨了障碍物在起爆管燃烧过程的作用。然后，针对于爆轰波面三波点的运动情况展开研究，详细总结了爆轰波面存在的速度突增-衰减-再突增的周期性变化情况，描述了爆轰波面在时间和空间上存在的变化规律。
　　为探究点火源对起爆管内火焰发展情况的影响，提出了改变点火能量的研究思路，分别考察了定压力变温度点火方案和定温度变压力点火方案的效果，从点火能量的角度，得到了点火温度、点火压力与起爆管中火焰发展情况的关系。并且通过对比，得到了起爆管中燃烧过程对点火压力的改变更为敏感的结论。
　　在对常规点火方案的分析中，发现了前导压力场会使障碍物后侧形成回流区的现象，进而提出了在障碍物后侧进行二次点火的研究思路。通过对比分析数值模拟结果，从压力扰动、化学反应速率和火焰位置几方面探讨了一次点火方案和不同位置二次点火方案的优劣。发现在初始阶段进行二次点火的效果优于之后的方案，这一结论也为起爆管内特殊点火方式提供了依据。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外的研究进展

1.3 本文主要研究内容

第2章 数学模型与计算方法

2.1 爆轰燃烧理论基础

2.2数学模型

2.3湍流模型

2.4燃烧模型

2.5计算方法

2.6 几何结构与边界条件

2.7 模型验证

2.8 本章小结

第3章 起爆管内障碍物作用及爆轰波传播状态分析

3.1计算模型介绍

3.2障碍物对燃烧过程的影响分析

3.3起爆管中燃烧过程分析

3.4爆轰波传播特性分析

3.5爆轰胞格的模拟

3.6本章小结

第4章 点火能量对燃烧过程的影响

4.1点火能量的确定

4.2不同温度对应的点火能量对燃烧过程的影响

4.3不同压力对应的点火能量对燃烧过程的影响

4.4本章小结

第5章 起爆管二次点火分析

5.1二次点火可行性及位置分析

5.2二次点火方案设置

5.3计算结果分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢