管束強化DDT過程重點火現象的實驗研究

《管束強化DDT過程重點火現象的實驗研究》是依託清華大學，由徐勝利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：管束強化DDT過程重點火現象的實驗研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：徐勝利
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目主要研究內容是：（1）管束出口DDT臨界轉變距離和尺度效應的研究。（2）采高速雷射紋影和PLIF研究管束出口重點火的機理性研究。（3）管束和主管幾何參數匹配研究。其中（2）和（3）為重點研究內容。 主要創新點是：（1）大時間差、多目標時間同步控制方法。（2）管束出口強化DDT過程的機理性研究。 本項目目標是：（1）認識管束出口重點火的機理。（2）掌握管束和主管幾何參數匹配。（3）採用先進光學診斷研究DDT過程，為氣相爆轟實驗研究提供新的途徑。 意義是：管束強化DDT現象拓展了傳統爆轟學的研究範圍，在脈衝爆轟發動機也有套用前景。

結題摘要

本項目開展管束和氣相爆轟波作用強化DDT實驗研究。實驗氣體為H2/O2/Ar預混氣和C3H8/O2預混氣。DDT和預混氣成份和管束參數有關。管束參數包括管徑、長度和管數等。採用紅寶石雷射陰影流場顯示、煙膜（煙跡片）、雷射光譜（OH-PLIF和TDLAS），以及壓力和火焰信號測量方法，探索管束強化DDT過程唯象規律和主要影響因素。項目總結如下：（1）DDT轉變唯象特徵。DDT湍流火焰在直管加速傳播過程中，存在拉斷或中空現象。DDT轉變邊界形狀是隨機的，不具重複性。對H2/O2/Ar預混氣，提高初壓、點火放電電壓和降低Ar稀釋度，會縮短DDT距離。增大爆轟管長度，DDT距離無明顯變化。（2）管束能明顯縮短DDT距離。採用煙跡片測量管束強化DDT胞格結構，在項目條件下，最佳管束幾何參數為D=8mm, L=50mm, Tn=5，Ds=50mm。採用該管束參數，DDT距離隨初壓變化很小。（3）管束強化DDT轉變機制。DDT轉變有三種機制。激波雙馬赫反射、激波單馬赫反射和湍流火焰加速。當給定管徑、管數、初壓、管束與點火位置的距離時，縮短管長，DDT轉變邊界趨於直線。（4）二次起爆是管束下游DDT轉變主控因素。受管束出口稀疏波影響，爆轟波衰減至熄滅，誘導激波和化學反應區分離。誘導激波在爆轟管內壁先規則反射後馬赫反射。對單管、管長為100mm、管徑為8mm的管束，當P0≤5.33kPa，爆轟波在管束下游完全熄滅。當P0＞5.33kPa，二次起爆管束下游能使爆轟波恢復，管束對爆轟波影響是局部的。管束下游二次起爆來自誘導激波在內壁反射和湍流火焰加速。增大預混氣初壓和管長、管數增加和縮小管徑，可縮短二次起爆距離。（5）OH-PLIF和自發光高速攝影表明：自點火火焰呈三維湍流結構。採用電控破膜可提高爆炸流場OH-PLIF測量成功率，難點是多目標時間同步控制。低溫是多處自點火火焰，高溫為近似垂直管道軸線的平面火焰。火焰形狀和燃料成分、當量比和壓力密切相關，不同條件火焰唯象特徵差別顯著。（6）點火延時是評價燃料化學反應特性較合理的數據，可給出不同壓力、溫度和當量比條件的燃料點火延時，為DDT燃料篩選提供依據。（7）直管中，當地爆炸產生的衝擊波及其在壁面反射與誘導激波融合，是促進DDT過程二次點火的重要因素。（8）發展了氣相和兩相爆轟的高精度三維並行計算軟體，為管束強化DDT機理性研究奠定基礎。