預(yù)混火焰的穩(wěn)定性及其在脈沖爆轟發(fā)動機中的應(yīng)用.pdf

1、脈沖爆轟發(fā)動機是當(dāng)前研究的熱點，有效點火是其關(guān)鍵技術(shù)之一。由于直接起爆需要的能量特別大，因此利用小的點火能量，在較短的距離內(nèi)形成穩(wěn)定爆轟，即DDT，更具有應(yīng)用前景。 本文對共振腔內(nèi)的聚心燃燒形成爆轟的現(xiàn)象進行了實驗和數(shù)值研究。鑒于該現(xiàn)象比較復(fù)雜，涉及到激波與火焰的作用和射流火焰對撞兩個基本的物理現(xiàn)象，因而本文先對這兩個基本現(xiàn)象進行了實驗和數(shù)值研究。 在具有平面反射壁和拋物型反射壁的兩種燃燒室內(nèi)，利用高速分幅陰影攝像系統(tǒng)記

2、錄了激波與火焰作用過程的流場變化。數(shù)值計算基于詳細基元化學(xué)反應(yīng)的二維軸對稱的Navier-Stokes方程，采用考慮橫波修正的有限體積方法。結(jié)果表明：無論是平面反射壁還是拋物型反射壁，球型火焰在入射激波作用下，軸心附近被未燃氣體穿透，形成筒狀火焰，其內(nèi)外側(cè)皆為未燃氣體。而反射激波的作用使火焰局部區(qū)域的渦量方向發(fā)生改變，形成了將新鮮未燃氣體卷入火焰內(nèi)部的頭部渦環(huán)，這使得火焰燃燒速率和徑向傳播速度急劇增加，從而使火焰成為蘑菇云狀?；鹧鎯?nèi)的高

3、溫低密區(qū)域使入射激波分叉成λ波，當(dāng)反射激波穿越火焰時，產(chǎn)生的斜激波在軸線和火焰陣面上反復(fù)反射，形成復(fù)雜的激波列。與平面反射激波相比，聚焦反射激波與火焰作用的初始階段，反射形成的橫波將火焰向軸心壓縮，最終形成的蘑菇云的體積較大。 對射流火焰對撞的實驗和計算結(jié)果分析，可知，在射流火焰進入燃燒室時，由于Helmhotz不穩(wěn)定的作用，逐漸發(fā)展成帶有渦環(huán)的蘑菇云。對流傳熱在火焰隨后的傳播過程中，占據(jù)了主導(dǎo)地位。當(dāng)射流火焰在軸線碰撞后，背景

4、流場的作用使得形成的火焰桿直徑變化很小，而在碰撞平面上形成的火焰盤的厚度逐漸變薄。 結(jié)合前面兩種現(xiàn)象的討論結(jié)果，并采用先兩端敞開，再將～端封閉，隨后通過改變封閉端形狀的方式，從數(shù)值計算的角度逐步深入的探討了聚心燃燒誘導(dǎo)爆轟的機理。計算結(jié)果表明，聚心火焰誘導(dǎo)的激波在軸線、壁面和反射端面來回反射的過程中，頻繁穿越火焰，使其持續(xù)失穩(wěn)，最終實現(xiàn)爆轟。最后，根據(jù)此原理，成功設(shè)計和制作了爆轟發(fā)生器，實現(xiàn)了低能量點火、管內(nèi)無障礙物和短距離內(nèi)形