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碳氢燃料爆轰特性的研究

作　者: 徐晓峰
导　师: 彭金华；解立峰
学　校: 南京理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 激波管液滴碳氢燃料爆轰参数胞格结构数值计算
分类号: O381
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本文详细研究了几种碳氢燃料空气混合物(工业燃料C₅H_8.68和环氧丙烷)的爆轰反应特性。主要内容如下：在不同型号的激波管中进行了激波与水滴相互作用的研究并分析了激波对燃料的作用。研究发现水滴在激波作用下经历一个变形、破碎和雾化过程，只有水雾密度达到一定值，激波在水雾中的衰减才明显。在立式激波管中测试了工业燃料C₅H_8.68的临界起爆能、爆速、爆压、爆轰极限，得到了爆轰参数与当量比之间的关系；从爆轰反应是一个链反应机理出发，分析碳氢燃料的反应动力学过程。在常压和负压两种条件下测试了环氧丙烷（PO）在激波管中的胞格尺寸，分别测得了规则和不规则的胞格结构烟迹，得出了胞格宽度与当量比是“U”型曲线关系的结论；并分析了云雾爆轰的反应机理。对已有模型进行了改进，计算和分析了PO云雾爆轰的反应区和CJ面上的爆轰参数。

全文目录

1 绪论  9-17
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 爆轰管设计概况  10-12
    1.2.1 爆轰管的设计  10-11
    1.2.2 有关喷雾系统设计  11-12
  1.3 爆轰管中碳氢燃料的实验研究概况  12-15
    1.3.1 有关临界起爆能的研究  12-13
    1.3.2 有关临界直径的研究  13
    1.3.3 有关胞格尺寸的研究  13-14
    1.3.4 关于有效起爆能的研究  14
    1.3.5 进行化学动力学的研究  14-15
    1.3.6 在爆轰管内进行的其它研究  15
  1.4 有关云雾爆轰的数值模拟  15-16
  1.5 本文主要工作  16-17
2 激波与液滴的相互作用  17-31
  2.1 激波对液滴的作用  17-19
    2.1.1 液滴的变形  17
    2.1.2 液滴破碎和雾化  17-19
  2.2 实验装置  19-21
    2.2.1 激波在水雾中衰减实验装置  19
    2.2.2 立式激波管中的激波在水雾中衰减实验装置  19-20
    2.2.3 激波在主动水幕中衰减实验装置  20-21
    2.2.4 激波在被动水幕中衰减实验装置  21
  2.3 实验结果分析与讨论  21-29
    2.3.1 水平激波管中激波在水雾中衰减规律的实验结果  21-24
    2.3.2 立式激波管中激波与水雾作用的实验结果  24-28
      2.3.2.1 同一马赫数激波在不同初始条件下与水雾相互作用  25-27
      2.3.2.2 不同马赫数激波在相同初始条件下与水雾相互作用  27-28
    2.3.3 水幕对激波衰减实验  28-29
    2.3.4 激波与可燃液体液滴的相互作用  29
  2.4 本章小结  29-31
3 可燃云雾中的激波爆轰特性  31-44
  3.1 实验装置与实验条件  31-33
    3.1.1 实验装置  31-32
    3.1.2 测试系统工作原理  32-33
    3.1.3 实验条件  33
  3.2 试验结果  33-42
    3.2.1 爆轰极限  33
    3.2.2 爆轰压力  33-34
    3.2.3 爆速  34-35
    3.2.4 临界起爆能  35-41
      3.2.4.1 同一种燃料在不同当量比下的临界起爆能  35-38
      3.2.4.2 不同燃料云雾爆轰临界起爆能  38-39
      3.2.4.3 有效起爆能  39
      3.2.4.4 无约束实验条件下的临界起爆能  39-41
    3.2.5 爆轰引发的机理  41-42
  3.3 本章小结  42-44
4 云雾爆轰胞格尺寸的研究  44-57
  4.1 实验装置  45-48
    4.1.1 气相爆轰胞格结构研究装置  45
    4.1.2 气相爆轰实验步骤  45
    4.1.3 云雾爆轰胞格结构研究的实验装置  45-47
      4.1.3.1 初始温度对胞格结构的影响  45-47
    4.1.4 气密性实验  47-48
    4.1.5 实验步骤  48
  4.2 实验结果与讨论  48-55
    4.2.1 胞格结构的形成  48-49
    4.2.2 分析与讨论  49-55
      4.2.2.1 初始压力对胞格结构的影响  50-51
      4.2.2.2 起爆能对爆轰胞格结构的影响  51-53
      4.2.2.3 爆轰机理初探  53-55
  4.3 本章小结  55-57
5 数值计算  57-66
  5.1 模型建立  57
  5.2 理论推导  57-62
  5.3 计算步骤和结果  62
  5.4 计算结果与讨论  62-65
    5.4.1 反应区参数  62-64
    5.4.2 CJ面上参数  64-65
  5.5 本章小结  65-66
6 结束语  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-74

碳氢燃料爆轰特性的研究

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