基于小尺寸模型分析氢氧旋转爆轰波传播的不稳定性机制

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作者 徐鸿飞 王放 +1 位作者 武郁文 翁春生 《爆炸与冲击》 EI CAS 北大核心 2025年第1期28-40,共13页

氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战,为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性,通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究,揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性,并分析了典型流场结构,探讨... 氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战,为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性,通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究,揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性,并分析了典型流场结构,探讨了传播模态的不稳定性以及爆轰波湮灭和再起爆机制。结果表明:随着当量比的提高,流场内分别呈现熄爆、单波、单双波混合3种传播模态,且爆轰波的传播速度随当量比的增大几乎呈线性提高,速度亏损为5%~8%。激波的扰动使得爆燃面失稳产生明显的扭曲和褶皱,氢氧的高反应活性让爆燃面明显分层且在2个分界面上呈现不同的不稳定性,上分界面为Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性,下分界面为Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性。单双波混合模态下爆轰波极不稳定,保持湮灭、单波、双波对撞3种状态之间循环。爆轰波有2种湮灭方式:一是双波对撞导致爆轰波湮灭,二是爆燃面燃烧加剧使得爆燃面下移导致爆轰波湮灭。再起爆的主要原因是:R-T不稳定性诱导爆轰产物与新鲜预混气在爆燃面上相互挤压产生尖峰和气泡结构,增强爆燃面上的反应放热,产生了局部热点并逐渐增强为爆轰波,实现爆燃转爆轰。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 传播特性 当量比 不稳定性 湮灭再起爆

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颗粒注射速度对铝粉/空气两相旋转爆轰波的影响

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作者 李世全 祝文超 +2 位作者 孙方平 王宇辉 王健平 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1148-1157,共10页

为研究颗粒注射速度对非预混铝粉/空气旋转爆轰波传播特性的影响,通过采用离散相模型、具有有限速率动力学/扩散表面燃烧模型的一步表面反应、多步可逆气相分解反应以及考虑未完全燃烧颗粒的挥发,对注射温度为300 K的铝颗粒和来流总温为... 为研究颗粒注射速度对非预混铝粉/空气旋转爆轰波传播特性的影响,通过采用离散相模型、具有有限速率动力学/扩散表面燃烧模型的一步表面反应、多步可逆气相分解反应以及考虑未完全燃烧颗粒的挥发,对注射温度为300 K的铝颗粒和来流总温为900 K的高温空气进行二维数值模拟研究。研究结果表明:由于入口附近颗粒注射速度低于空气的注射速度,空气三角区和颗粒三角区无法完全重合;当颗粒注射速度从1 m/s增加到100 m/s时,爆轰波的速度和温度先减小后增加;颗粒和空气在注入燃烧室时存在较大的温度差异,导致爆轰波不稳定传播;颗粒注射速度为70 m/s时,爆轰波的稳定性最好。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 颗粒注射速度 气固两相流 铝粉 传播特性

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扰动进口影响多重旋转爆轰波演化及振荡特性的数值研究

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作者 陈煌威 吴宇 +2 位作者 李润泽 胡洪波 朱跃进 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期119-129,共11页

基于OpenFOAM开源平台,研究了周期性扰动进口对旋转爆轰发动机(RDE)多重爆轰波的演化及振荡特性的影响。结果表明:对于进口扰动的旋转爆轰波(RDW)传播过程先后分为三个阶段,分别是混乱阶段、自调整阶段和振荡传播阶段。通过改变扰动振幅... 基于OpenFOAM开源平台,研究了周期性扰动进口对旋转爆轰发动机(RDE)多重爆轰波的演化及振荡特性的影响。结果表明:对于进口扰动的旋转爆轰波(RDW)传播过程先后分为三个阶段,分别是混乱阶段、自调整阶段和振荡传播阶段。通过改变扰动振幅,RDW的波数改变,传播方向并未改变;而改变扰动频率,RDW的波数和传播方向均发生变化。多重爆轰波起源于RDW的混乱传播,主要通过双波对撞进行RDW的波数和方向的调整。同时通过改变扰动振幅和频率讨论RDW传播特性,发现进口扰动将作用于旋转爆轰波的压力、传播速度和热释放速率,并且在本文研究中,改变扰动振幅对RDW传播特性的影响更显著。另外,对出口的推力进行分析,发现质量流量和推力的振荡形式和进口扰动形式高度一致,且增大扰动振幅,平均比冲相应增大。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 周期性扰动 多重爆轰波 振荡传播 振荡特性

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液态燃料喷注压力对旋转爆轰波影响的实验研究 被引量：6

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作者 郑权 魏万里 +2 位作者 翁春生 武郁文 孟豪龙 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2790-2797,共8页

为了深入研究液态燃料旋转爆轰波传播特性,以汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,开展了液态燃料喷注压力对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究。使用马尔文粒度仪对不同喷注压力下的雾化流场进行测量,结果表明:在喷嘴出口各平面上的液滴粒径... 为了深入研究液态燃料旋转爆轰波传播特性,以汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,开展了液态燃料喷注压力对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究。使用马尔文粒度仪对不同喷注压力下的雾化流场进行测量,结果表明:在喷嘴出口各平面上的液滴粒径均满足正态分布;且随着喷注压力的增大,液滴雾化细度不断改善,在距离喷嘴出口60mm处二次雾化基本完成。在汽油质量流率为96g/s,当量比为1.3工况下,旋转爆轰波以单波模态传播,传播频率为2494Hz,平均传播速度为1198m/s。液态燃料的喷注压力对旋转爆轰波的传播特性具有较大的影响,当喷注压力为0.6MPa时,由于液滴的雾化粒径较大,无法形成旋转爆轰波。随着喷注压力的增大,液滴雾化细度得到改善,旋转爆轰波可以成功起爆并稳定自持传播,传播速度和平均压力均逐渐增大,传播稳定性也得到改善。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 液态燃料 雾化 喷注压力 传播特性

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煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究 被引量：16

5

作者 李宝星 王中 +2 位作者 许桂阳 翁春生 赵凤起 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1339-1346,共8页

为研究煤油燃料旋转爆轰波的起爆与传播特性,开展气体-液体两相旋转爆轰发动机实验研究。旋转爆轰发动机环形燃烧室内径120 mm、外径153 mm、长240 mm,煤油为燃料、富氧空气为氧化剂,通过氢气/氧气微小型脉冲爆轰发动机进行点火;基于燃... 为研究煤油燃料旋转爆轰波的起爆与传播特性,开展气体-液体两相旋转爆轰发动机实验研究。旋转爆轰发动机环形燃烧室内径120 mm、外径153 mm、长240 mm,煤油为燃料、富氧空气为氧化剂,通过氢气/氧气微小型脉冲爆轰发动机进行点火;基于燃烧室内的高频压力,分析气体-液体两相旋转爆轰波的起爆过程、传播特性以及发动机的工作特性。实验结果表明:混合物的反应活性至关重要,当氧化剂中氧含量偏低时,混合物反应活性低,旋转爆轰波将无法起爆,直至氧含量增加到39.2%,才能形成自持传播的爆轰波;爆轰波成功起爆后均以双波对撞模态传播,波速为815~920 m/s;在贫油条件下,爆轰波传播速度随着当量比提高呈增加趋势;当空气质量流量大于822 g/s时,发动机基本以缓燃形式工作。 展开更多

关键词 旋转爆轰发动机 气体-液体两相 旋转爆轰波 煤油燃料 起爆与传播特性

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旋转爆轰波中多波流动模式的数值研究 被引量：10

6

作者 杨鹏飞 牟乾辉 +2 位作者 滕宏辉 胡宗民 姜宗林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期398-406,共9页

为了研究旋转爆轰燃烧室内复杂的波系结构,特别是爆轰波多波传播模式的影响因素,采用两步诱导-放热总包反应模型,对简化的二维旋转爆轰波进行数值模拟。在不考虑环形爆轰燃烧室曲率的情况下,研究了进口总温和周向尺寸对单波及多波流场... 为了研究旋转爆轰燃烧室内复杂的波系结构,特别是爆轰波多波传播模式的影响因素,采用两步诱导-放热总包反应模型,对简化的二维旋转爆轰波进行数值模拟。在不考虑环形爆轰燃烧室曲率的情况下,研究了进口总温和周向尺寸对单波及多波流场结构的影响。结果表明,一定范围内进口总温的增加会使得爆轰波的波头数目增加,且双波流场结构中存在双波对撞和双波同向两种传播形式,双波同向传播和三波同向传播之间则稳定存在着两组双波对撞流场,且有对应的温度范围;对于双波对撞模式,持续减小周向尺寸能够使得流场结构转变成单波模式;周向尺寸的增加则会使得双波对撞向双波同向传播模式转变。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 总温 双波对撞 双波同向

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氢气占比对氢气-煤油-空气旋转爆轰波传播特性的影响 被引量：11

7

作者 吴明亮 郑权 +2 位作者 续晗 翁春生 白桥栋 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期86-97,共12页

为研究燃料中氢气占比对旋转爆轰波传播特性的影响,以液态煤油和氢气作为燃料、空气为氧化剂,通过求解Navier-Stokes方程对旋转爆轰过程进行二维数值模拟。通过改变质量流量和燃料中氢气的占比对旋转爆轰波进行二维数值模拟,研究不同工... 为研究燃料中氢气占比对旋转爆轰波传播特性的影响,以液态煤油和氢气作为燃料、空气为氧化剂,通过求解Navier-Stokes方程对旋转爆轰过程进行二维数值模拟。通过改变质量流量和燃料中氢气的占比对旋转爆轰波进行二维数值模拟,研究不同工况对旋转爆轰波传播特性的影响,并对燃烧室内新爆轰波形成过程、模态转换过程和气液分布不均匀现象进行分析。结果表明:在成功起爆工况下,爆轰波有3种传播模态,即单波模态、双波对撞转单波模态和双波对撞转双波模态,提高质量流量或氢气占比有利于爆轰波由单波模态向双波模态转换,模态过度区内存在波速突降;在爆轰波第1个传播周期即将结束时,初始点火起爆形成的正向爆轰和反向激波对撞并透射,透射激波在缓燃区附近诱导产生局部热点并形成新的爆轰波,经过一系列对撞、透射湮灭和增强过程,最终形成稳定的单波或双波模态;当爆轰波稳定后,由于燃烧室内气液分布不均匀,旋转爆轰波稳定传播时内流场可以分为缓燃区、富燃区、富氧区和填充区共4个区域;缓燃区附近局部热点的产生是新爆轰波形成原因之一。 展开更多

关键词 氢气-煤油混合燃料 旋转爆轰波 气体-液体两相爆轰 传播特性 气液不均匀

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当量比对煤油-空气两相旋转爆轰波的影响 被引量：6

8

作者 冯文康 郑权 +4 位作者 汪小卫 董晓琳 翁春生 肖强 孟豪龙 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1304-1315,共12页

为研究当量比对煤油-空气两相旋转爆轰波的影响,基于欧拉-拉格朗日方法,以常温液态煤油为燃料、高总温空气为氧化剂开展二维数值模拟。通过控制进油量计算不同当量比下的两相旋转爆轰流场,分析当量比对流场结构、传播特性和推力性能的... 为研究当量比对煤油-空气两相旋转爆轰波的影响,基于欧拉-拉格朗日方法,以常温液态煤油为燃料、高总温空气为氧化剂开展二维数值模拟。通过控制进油量计算不同当量比下的两相旋转爆轰流场,分析当量比对流场结构、传播特性和推力性能的影响。分析结果表明:在一定的当量比范围内,爆轰波波头高度随着当量比的增大而减小;当量比大于0.6时,速度亏损随着当量比的增大总体呈现增加的趋势,变化范围为7.1%~17.2%;当量比大于0.8时产生燃料损失,燃料损失随当量比的增大呈近似线性增加,当量比为2.0时最大为51%;随着当量比的增大,比冲减小,比推力先增大后减小并在当量比为1.5时达到最大值,比冲和比推力的变化范围分别为1154.3~3912.4 s和1226.8~1521.8 N·s/kg。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 煤油-空气两相 当量比 欧拉-拉格朗日方法

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连续旋转爆轰波传播过程试验研究 被引量：2

9

作者 王放 翁春生 +2 位作者 李宝星 武郁文 郑权 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期688-693,共6页

为研究连续旋转爆轰波的传播过程,采用充填H2/O2混气的切向预爆轰管起爆,开展了H2/Air连续旋转爆轰发动机试验研究。在当量比为0.76的工况下,试验成功起爆并实现了旋转爆轰波的自持传播,获得的连续旋转爆轰波传播主频为5211.25 Hz,传播... 为研究连续旋转爆轰波的传播过程,采用充填H2/O2混气的切向预爆轰管起爆,开展了H2/Air连续旋转爆轰发动机试验研究。在当量比为0.76的工况下,试验成功起爆并实现了旋转爆轰波的自持传播,获得的连续旋转爆轰波传播主频为5211.25 Hz,传播波速为1439.97 m/s。分析了连续旋转爆轰波的起爆、传播和熄爆过程,发现在连续旋转爆轰波的起爆过程中,预爆轰管产生的初始爆轰波进入连续旋转爆轰发动机后,并未直接转变为连续旋转爆轰波,而是经历了一个爆燃转爆轰的过程。在此过程中,激波压力峰值的分布由疏到密,激波强度不断增大,说明连续旋转爆轰发动机内压缩波系逐渐汇合增强,形成前导激波,不断诱导引爆可燃混气,最终形成爆轰波。在旋转爆轰波的熄爆过程中,切断燃料供给之后,爆轰波并没有立即解耦,而是在旋转数周之后,才完全解耦为爆轰产物。 展开更多

关键词 连续旋转爆轰波 起爆 H2/Air 传播过程

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环缝宽度对两相旋转爆轰波压力与频率特性影响实验研究 被引量：2

10

作者 葛高杨 马虎 +4 位作者 夏镇娟 马元 侯世卓 邓利 周长省 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期195-205,共11页

为了研究空气喷注环缝宽度对两相旋转爆轰波压力与频率特性的影响,通过改变环缝宽度与当量比开展了大量实验研究。旋转爆轰发动机环形燃烧室外径、内径以及长度分别为204mm,166mm和155mm。汽油和高温空气采用高压雾化喷嘴与环缝对撞喷... 为了研究空气喷注环缝宽度对两相旋转爆轰波压力与频率特性的影响,通过改变环缝宽度与当量比开展了大量实验研究。旋转爆轰发动机环形燃烧室外径、内径以及长度分别为204mm,166mm和155mm。汽油和高温空气采用高压雾化喷嘴与环缝对撞喷注的方式进行混合,以此提高推进剂的掺混效果与活性,发动机采用预爆轰管作为点火装置。实验通过燃烧室内测得的高频动态压力信号,对两相旋转爆轰波的传播稳定性、压力特性以及频率特性进行了详细分析。实验结果表明:在不同环缝宽度下均实现了高总温空气与汽油的两相旋转爆轰。当环缝宽度为3mm和4mm时,旋转爆轰波平均峰值压力与传播频率均随着当量比增大而增大;增加环缝宽度至6mm,爆轰波传播稳定性变差,平均峰值压力与传播频率随当量比先增大后减小。当环缝宽度为4mm时,获得的旋转爆轰波平均峰值压力最高,压力脉动强度最小,爆轰波传播稳定性最强。在一定工况范围内,增加当量比可有效降低爆轰波峰值压力脉动强度。此外,随着空气环缝宽度的增加,爆轰波传播频率整体降低。当环缝宽度为3mm,当量比为1.19时,爆轰波以单波模态在环形燃烧室内连续旋转传播,平均传播速度约为1176.6m/s,爆轰波传播速度存在严重亏损。 展开更多

关键词 环缝宽度 两相旋转爆轰波 当量比 压力特性 频率特性

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气体与液体两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性三维数值模拟研究 被引量：15

11

作者 李宝星 翁春生 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1358-1367,共10页

为了研究气体与液体两相连续旋转爆轰波的传播特性,基于三维守恒元和求解元方法,在圆柱坐标系下采用带化学反应的气体与液体两相爆轰模型,对连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟。通过计算获得了爆轰波起爆及其稳定传播时的流场结构,分... 为了研究气体与液体两相连续旋转爆轰波的传播特性,基于三维守恒元和求解元方法,在圆柱坐标系下采用带化学反应的气体与液体两相爆轰模型,对连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟。通过计算获得了爆轰波起爆及其稳定传播时的流场结构,分析了流场在燃烧室径向方向的变化以及发动机的推力性能,揭示了两相爆轰波的传播特性。研究结果表明:燃烧室内流场结构与文献[4]中的实验研究结果定性一致;由于环形燃烧室外壁面的收敛和内壁面的发散,爆轰强度沿着燃烧室的径向方向逐渐增强,实现了爆轰波的自持旋转传播;以汽油为燃料、富氧空气为氧化剂,在填充总压为0.2 MPa、总温为288.15 K、燃料液滴半径为25μm的条件下,连续旋转爆轰发动机所获得的平均推力约为880 N,爆轰波的传播频率约为4 390 Hz. 展开更多

关键词 兵器科学与技术 气体与液体两相 数值模拟 连续旋转爆轰波 流场结构 推力性能

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预混煤油/空气两相旋转爆轰传播特性数值研究 被引量：1

12

作者 刘秋月 王放 +1 位作者 翁春生 赵庆军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期113-123,共11页

为研究预混煤油/空气两相旋转爆轰波的传播特性,以煤油蒸气/液滴为燃料,空气为氧化剂,开展了二维旋转爆轰过程的数值模拟计算,研究了气态燃料当量比和液滴直径对气液两相旋转爆轰过程中流场结构、胞格形状和数目、爆轰分数以及传播速度... 为研究预混煤油/空气两相旋转爆轰波的传播特性,以煤油蒸气/液滴为燃料,空气为氧化剂,开展了二维旋转爆轰过程的数值模拟计算,研究了气态燃料当量比和液滴直径对气液两相旋转爆轰过程中流场结构、胞格形状和数目、爆轰分数以及传播速度等特征的影响。结果表明:较高的气态燃料当量比和较小的液滴直径有利于旋转爆轰波的成功传播。气态燃料当量比为0.83时,可起爆的液滴直径增大至40μm。研究发现,爆轰波成功起爆的前提下,提高气态燃料当量比或减小液滴直径均利于胞格数目的增多和平均尺寸的减小,胞格数目为5.0~6.7,低于5.0爆轰波将无法维持传播;燃料的爆轰分数与气态燃料当量比和液滴直径有关,提高气态燃料当量比或减小液滴直径均促进燃料的爆轰分数以及爆轰波传播速度的提高,爆轰分数最高可达94.9%,爆轰波的传播速度为1 638.34~1 777.62 m/s,速度亏损在13%以内。 展开更多

关键词 旋转爆轰波 气态燃料当量比 两相爆轰 传播特性 数值仿真

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