火焰在激波誘導(dǎo)下穩(wěn)定性問題的實(shí)驗(yàn)和理論研究.pdf

1、該文屬于工程力學(xué)研究領(lǐng)域,課題源于自然科學(xué)基金《收斂激波與火焰作用對(duì)燃燒轉(zhuǎn)爆轟的強(qiáng)化機(jī)制》中的一部分,分別從實(shí)驗(yàn)、理論和數(shù)值模擬三個(gè)方面對(duì)激波誘導(dǎo)下火焰的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究.在長(zhǎng)9.4米,內(nèi)徑32毫米的臥式激波管上,進(jìn)行了激波與火焰相互作用界面穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究.利用YA-16多閃光高速照相機(jī)拍攝該過程的清晰照片,詳細(xì)討論了火焰在激波和波后流場(chǎng)作用下失穩(wěn)、變形和破碎的全過程.通過建立數(shù)學(xué)模型定性地討論了兩種不相混的流體之間交界

2、面上小擾動(dòng)引起的Rayleigh-Taylor和Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定是否發(fā)展的問題,討論了流體的物理性質(zhì)對(duì)兩種不穩(wěn)定的影響.介紹了界面不穩(wěn)定性的五個(gè)發(fā)展階段,著重討論了界面不穩(wěn)定的非線性發(fā)展階段.基于帶化學(xué)反應(yīng)的Navier-Stokes方程和有關(guān)的熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),利用改進(jìn)的VLS格式,對(duì)該過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,討論了火焰不穩(wěn)定性和漩渦生成機(jī)理.計(jì)算結(jié)果表明,激波掠過火團(tuán)時(shí),分叉形成λ波;前引激波在火團(tuán)內(nèi)透射并在

3、軸線處碰撞形成Mach桿,進(jìn)而逐漸發(fā)展為球形激波;火焰在激波作用下先后出現(xiàn)Richtmyer-Meshkov不穩(wěn)定和Helmholtz不穩(wěn)定,火焰逐漸變形以致破碎;燃燒速率因此劇增.不同激波馬赫數(shù)和不同初始組分對(duì)激波導(dǎo)致火焰失穩(wěn)的影響方式不同,結(jié)果表明激波馬赫數(shù)的增加會(huì)促進(jìn)火焰的變形、膨脹,而隨著初始混合氣中CH<,4>和O<,2>的增加火焰燃燒加劇乃至有向爆轟狀態(tài)發(fā)展的趨勢(shì).計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相吻合表明:該文采用的數(shù)值模擬方法是可行的