火焰在激波誘導(dǎo)下穩(wěn)定性問題的實驗和理論研究.pdf

1、該文屬于工程力學(xué)研究領(lǐng)域,課題源于自然科學(xué)基金《收斂激波與火焰作用對燃燒轉(zhuǎn)爆轟的強化機制》中的一部分,分別從實驗、理論和數(shù)值模擬三個方面對激波誘導(dǎo)下火焰的穩(wěn)定性問題進行了系統(tǒng)深入的研究.在長9.4米,內(nèi)徑32毫米的臥式激波管上,進行了激波與火焰相互作用界面穩(wěn)定性的實驗研究.利用YA-16多閃光高速照相機拍攝該過程的清晰照片,詳細(xì)討論了火焰在激波和波后流場作用下失穩(wěn)、變形和破碎的全過程.通過建立數(shù)學(xué)模型定性地討論了兩種不相混的流體之間交界

2、面上小擾動引起的Rayleigh-Taylor和Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定是否發(fā)展的問題,討論了流體的物理性質(zhì)對兩種不穩(wěn)定的影響.介紹了界面不穩(wěn)定性的五個發(fā)展階段,著重討論了界面不穩(wěn)定的非線性發(fā)展階段.基于帶化學(xué)反應(yīng)的Navier-Stokes方程和有關(guān)的熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù),利用改進的VLS格式,對該過程進行了數(shù)值模擬,討論了火焰不穩(wěn)定性和漩渦生成機理.計算結(jié)果表明,激波掠過火團時,分叉形成λ波;前引激波在火團內(nèi)透射并在

3、軸線處碰撞形成Mach桿,進而逐漸發(fā)展為球形激波;火焰在激波作用下先后出現(xiàn)Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定和Helmholtz不穩(wěn)定,火焰逐漸變形以致破碎;燃燒速率因此劇增.不同激波馬赫數(shù)和不同初始組分對激波導(dǎo)致火焰失穩(wěn)的影響方式不同,結(jié)果表明激波馬赫數(shù)的增加會促進火焰的變形、膨脹,而隨著初始混合氣中CH<,4>和O<,2>的增加火焰燃燒加劇乃至有向爆轟狀態(tài)發(fā)展的趨勢.計算結(jié)果與實驗現(xiàn)象相吻合表明:該文采用的數(shù)值模擬方法是可行的