气相爆轰波马赫反射的实验和数值研究

<span style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">爆燃和爆轰是自然界中普遍存在的两种自然现象。在一定条件下爆燃完成向爆轰的转变，爆轰形成以后会出现典型的胞格结构，在爆轰波传播过程中遇到障碍物时会发生马赫反射。对这些现象的理论和实验研究在工程和科学上都有着重大的意义。在本文的实验研究中，采用爆轰激波管和烟熏膜技术对可燃气体DDT过程及爆轰波马赫反射问题进行了研究。在不同初压和楔角的情况下进行了系统的实验，得到了清晰的胞格结构图象和三波点轨迹图象。在本文的数值模拟中采用了简化的二阶段化学反应模型，整个化学反应过程被分为两个阶段：诱导反应阶段和放热反应阶段。该模型采用两个无量纲参数α和β来表示化学反应的进程。初始时刻两个参数值都为1，诱导反应开始时α的值由1逐渐减小到0，进入放热反应阶段β的值逐渐减小直到化学反应达到平衡。本文采用了全新的数值方法CE／SE对可燃气体的DDT过程和爆轰波马赫反射问题进行了数值模拟。CE／SE方法是一种在概念和方法上都和以往不同的数值方法。该方法具有构造简单、分辨率高等优点，同时格式保证了在局部和全局均满足时空意义上的守恒律。本文的研究结果表明：爆轰波遇到楔面会发生类似冲击波的正规反射和马赫反射现象。在不同楔角和初压条件下，反射前后爆轰波的胞格尺寸、形状等性质都会有明显的差别。同时三波点迹线与楔面的夹角也会有相应的变化。这些结果对于深入理解可燃气体的DDT过程和爆轰波的马赫反应射机理有重要价值。最后需要提出的是我们把全新的CE／SE方法推广到带有化学反应的流动计算中，计算结果表明这种推广是成功的。</span>