旋轉(zhuǎn)爆轟的三維結(jié)構(gòu)和側(cè)向稀疏波的影響

《旋轉(zhuǎn)爆轟的三維結(jié)構(gòu)和側(cè)向稀疏波的影響》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、第3O卷第4期爆炸與沖擊Vo1．30，No．42010年7月EXPL0SIONANDSHOCKWAVESJu1．，2010文章編號(hào)：1001—1455(2010)04—0337—05旋轉(zhuǎn)爆轟的三維結(jié)構(gòu)和側(cè)向稀疏波的影響張旭東，范寶春，歸明月，潘振華(南京理工大學(xué)瞬態(tài)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210094)摘要：基于帶化學(xué)反應(yīng)的三維Euler方程，采用氫氣一空氣的9組分l9步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，對(duì)圓環(huán)形燃燒室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)爆轟進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了旋轉(zhuǎn)爆轟波的三維結(jié)構(gòu)及側(cè)向稀疏波對(duì)旋轉(zhuǎn)爆轟波陣面的影響。數(shù)值結(jié)果表明，爆轟波能夠以旋轉(zhuǎn)方式沿預(yù)混氣層穩(wěn)定傳播。在側(cè)向稀疏波作用下，爆轟波陣面發(fā)生

2、變形。與理想的c—J爆轟相比，爆轟波強(qiáng)度和爆轟參數(shù)都有所下降。關(guān)鍵詞：爆炸力學(xué)；三維結(jié)構(gòu)；三維Euler方程；旋轉(zhuǎn)爆轟；側(cè)向稀疏波中圖分類號(hào)：0381國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼：130·3510文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Al引言與普通燃燒不同，爆轟是一種激波誘導(dǎo)的高溫高壓下進(jìn)行的燃燒，具有數(shù)千米每秒的傳播速度，因而具有更高的燃燒效率、更少的污染和更寬廣的飛行馬赫數(shù)適用范圍。由于現(xiàn)代飛行特別是近空間飛行的需要，以爆轟為能量釋放方式的爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)引起了人們的關(guān)注。’由于爆轟具有稍縱即逝的特點(diǎn)，所以爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的首要問(wèn)題是如何使爆轟波長(zhǎng)期停留在燃燒室中。目前，有3種方式可以達(dá)到這一目的。第1種是讓爆轟以脈沖的方式和極高

3、的頻率，在燃燒室中重復(fù)出現(xiàn)，即在燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)周期性的充氣、點(diǎn)火、爆轟、排氣和再充氣再點(diǎn)火的循環(huán)過(guò)程，稱為脈沖爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)(pulsedetonationengine，PDE)】]。第2種是讓爆轟駐定在燃燒室內(nèi)，使爆轟相對(duì)于燃燒室處于靜止?fàn)顟B(tài)，稱為駐定爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)(obliquedetonationwaveen—gine，ODWE)。第3種是利用爆轟波在燃燒室供氣端連續(xù)旋轉(zhuǎn)，爆轟產(chǎn)物從另Expansion一開(kāi)口端被高速甩出，從而產(chǎn)生推力，稱為旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)(rotatingdetonationdetonationengine，RDE)。旋轉(zhuǎn)爆轟的產(chǎn)生原理是：當(dāng)壁面壓力低于供氣系統(tǒng)壓力時(shí)，

4、可燃?xì)庥缮系酌尜N著內(nèi)壁注入燃燒室，形成可燃層。爆轟波傳播時(shí)，波前壓力總圖1連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室簡(jiǎn)圖小于供氣系統(tǒng)的壓力，總有預(yù)混氣注入，形成提供爆轟波繞軸旋轉(zhuǎn)燃料層，而爆F(xiàn)ig．1Simplifieddiagramof轟波后，高溫高壓的爆轟產(chǎn)物則由下底面的出氣端泄出(見(jiàn)圖1)，除產(chǎn)生推力aRDEcombustionchamber外，還因此形成供可燃?xì)庾⑷氲目臻g。對(duì)旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的研究大多集中在實(shí)驗(yàn)方面]，而對(duì)旋轉(zhuǎn)爆轟流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的研究較少，在數(shù)值模擬方面則大多采用的是二維模型。。。但旋轉(zhuǎn)爆轟流場(chǎng)在本質(zhì)上是三維的，采用二維模型完全不夠。本文中，采用帶化學(xué)反應(yīng)的三維Euler方程，以氫氣一空氣

5、預(yù)混氣為研究對(duì)象，對(duì)爆轟波在圓環(huán)燃燒室中的傳播過(guò)程進(jìn)行數(shù)值研究。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析旋轉(zhuǎn)爆轟的波系結(jié)構(gòu)，以及側(cè)向稀疏波對(duì)爆轟波陣面的影響，為進(jìn)一步開(kāi)展旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究提供參考。2物理模型和計(jì)算方法2．1基本方程在貼體坐標(biāo)系中，采用考慮基元化學(xué)反應(yīng)的三維Euler方程at+O3E∈,OF+3dG一(1‘)}dⅥd*收稿日期：2009—05—07；修回日期：2009—11—17基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(10872096)；北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(KFJJ09—13)作者簡(jiǎn)介：張旭東(1983)，男，博士研究生。338爆炸與沖擊第3O卷p1UJD

6、1JD1w10：●pKpKUpKU=．E：oUu+徙．FpVu+戶．G—pWu+戶pu，S,pvpUv+pVv+PTIpWv+pwcUw+pVw+PTIpWw+}：EU(聲+E)V(p+E)W(p+E)式中：lD是混合物的密度，JD一∑，一ID，Yk是組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；u“￡+口￡+畦，V一“++，w一“，．++，分別表示計(jì)算坐標(biāo)系、叩和方向的速度；“、和W分別是物理坐標(biāo)系z(mì)、Y和z方向的分速度；為體系的K1K壓力，戶一．尺T，為組分的分子量；E為體系的體積總能量，E—JDfCvdT+專JD(“++)+萋2(o)，cv—K∑Xc，C為組分女的等容比熱，X、h2(O)分別為組分的摩爾分

7、數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)生成焓；T為體系的溫度。組分的凈生成速率為fKK一∑(y一)，)kⅡc膈一Ⅱcf1(2)i一1一1一I式中：、分別表示第i個(gè)基元反應(yīng)中第k種物質(zhì)的正、逆反應(yīng)計(jì)量系數(shù)為組分k的濃度；kf—kb，分別表示第i個(gè)基元反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，遵循Arrhenius定律f一AfT^“exp(-Ef，／RT)(3)．式中：Af，表示第i個(gè)正反應(yīng)的指前因子；島，表示第i個(gè)正反應(yīng)的溫度指數(shù)；E“表示第i個(gè)正反應(yīng)的活化能。對(duì)于氫氣一空氣的預(yù)混系統(tǒng)，采用9種組分和19個(gè)化學(xué)反應(yīng)