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管道直径对爆燃转爆轰及传播行为的影响研究

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:大多研究表明,随着管道直径改变,爆燃转爆轰及爆轰传播行为表现出很大的差异。另外,爆燃转爆轰数值模拟表明,气动直径不仅影响爆燃到爆轰的转变机理和距离,而且对爆轰传播模态有影响。Bychkov和Valiev 等通过直接数值模拟和等效理论分析研究黏性热在爆燃转爆轰中的作用,结果表明黏性热对壁面温度的影响变得非常明显。微尺度与宏观尺度爆燃转爆轰的差别也需要确认。

管道直径对爆燃转爆轰及传播行为的影响研究

大多研究表明,随着管道直径改变,爆燃转爆轰及爆轰传播行为表现出很大的差异。Zeldovich 观测到在相对较大直径的管道中,初始层流火焰加速,并发展为湍流火焰,最终在火焰刷中局部爆炸或反应梯度机理触发爆轰。研究表明,在火焰加速过程中,层流火焰失稳和湍流火焰发挥关键作用,而在爆燃到爆轰的转变中,激波与湍流火焰以及未反应气体形成的热点相互作用是触发局部爆炸的主要因素,最终在爆燃转爆轰后,发展为规则或不规则胞格。Gamezo 和Khokhlov 通过数值模拟研究了边界层效应对反射激波后乙烯-空气预混气体中点火的影响。Oppenheim 和Meyer 等对宏观尺度管道中氢-氧预混气体爆燃转爆轰进行了一系列试验研究,试验观测到不同管道横向尺度下四种爆燃到爆轰的转变模态。另外,爆燃转爆轰数值模拟表明,气动直径不仅影响爆燃到爆轰的转变机理和距离,而且对爆轰传播模态有影响。对于不同管道直径下爆轰传播,研究表明在临界管道尺度下爆轰传播呈现不同阶段,经历了由胞格爆轰到单头螺旋爆轰模转变,且在传播方向具有“gal⁃loping”行为。然而,当管道尺度减小到微观尺度时,壁面黏性效应和热传导变得十分重要,黏性阻力与爆轰传播直接相关,而且黏性引起的动量损失是爆轰速度亏损的主要因素。Gamezo 和Oran 等通过数值模拟研究了绝热、恒温、冷热边界和极限热损耗系数等对火焰传播的影响,发现朝着管道开口端传播的层流火焰能够加速,其传播速度表现出波动行为且强烈地依赖于管道的宽度,而且火焰加速率比绝热边界条件时的小。Bychkov和Valiev 等通过直接数值模拟和等效理论分析研究黏性热在爆燃转爆轰中的作用,结果表明黏性热对壁面温度的影响变得非常明显。最近,Brailovsky 和Kagan 等研究了微尺度下层流火焰加速及边界层中热爆炸引起爆轰的转变过程。对于微尺度爆轰的速度亏损,弱弯曲爆轰与黏性阻力理论分析已在文献中论述了。最近,Wu 和Burke 等试验研究了乙烯-氧气在毛细管中爆燃转爆轰过程,观测到微尺度管中波动火焰和爆燃波,以及“galloping”爆轰特征,进一步给出壁面热交换和黏性效应对火焰加速以及爆速亏损的影响规律。然而,目前黏性效应对爆燃转爆轰的模式以及爆轰传播模态的影响机理仍不清楚。微尺度与宏观尺度爆燃转爆轰的差别也需要确认。(www.xing528.com)

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