Measurement and Calculation of Vibrational Temperature behind Strong Shock Waves

In the present paper the measured values of vibrational temperature behind strong shock waves are compared with theoretical ones. The histories of vibrational temperature behind strong shock waves in a shock tube were measured using two monochromators. The test gas was pure nitrogen at 100-300Pa, and the speeds of shock waves were 5.0-6.0km/s. The electronic temperature of N-2(+) was also approximately determined from experiment and compared with the experimental vibrational temperature. The results show that the presented calculational method is effective, and the electronic energy of N2+ is excited much faster than its vibrational energy. One Langmuir probe was used to determine the effective time of region 2. The influence of viscosity in the shock tube is also analyzed.

Research progress on high-enthalpy and hypersonic flows

The research progress on high-enthalpy and hypersorlic flows having been achieved in the Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences, is reported in this paper. The paper consists of three main parts: The first part is on the techniques to develop advanced hypersonic test facilities, in which the detonation-driven shock-reflected tunnel and the detonation-driven shock-expanded tube are introduced. The shock tunnel can be used for generating hypersonic flows of a Mach number ranging from 10 to 20, and the expansion tube is applicable to simulate the flows with a speed of 7 similar to 10km/s. The second part is dedicated to the shock tunnel nozzle flow diagnosis to examine properties of the hypersonic flows thus created. The third part is on experiments and numerical simulations. The experiments include measuring the aerodynamic pitching moment and heat transfer in hypersonic flows, and the numerical work reports nozzle flow simulations and flow non-equilibrium effects on the possible experiments that may be carried out on the above-mentioned hypersonic test facilities.

高频感应等离子体风洞的流场研究

高频感应等离子体风洞适合于基础研究特别是用于防热材料的催化特性的研究，本文用实验测量和数值模拟了该风洞的温度场和速度场。温度场是用OSA （Optical Spectrum Analyzer）进行光谱分析得到的，同时用水冷总压和静压探针对风洞的流场进行测量得到了速度场的空间分布。数值模拟采用完全二维的高频感应等离子模型，我们通过求解相关的能量方程、流体动力学方程和电磁场方程得到了相应的温度场和流场。比较了数值模拟结果与实现测量结果，并给出了不同运行参数下的典型数值结果。

障碍物扰动对半开口管道中火焰传播特性的影响

自从1926年Chanman和Wheeler率先开创有障碍物管道中的火焰传播研究工作以来，管道中障碍物扰动引起的火焰加速现象引起了广泛的关注。由于这类现象在燃烧科学上的学术意义及其在生产中诸如安全问题等方面的实际意义，人们相继进行了一系列的研究工作。归纳起来，可以分为两大类：1）封闭管道的火焰传播。人们在不同形状的管道或容器中研究了障碍物对火焰加速的影响，在理论分析和数值计算方面也作了一些有益的工作；2）开口管道的火焰传播。相对于闭口管道，开口管道中的火焰传播研究则逊色得多。这方面尚缺乏系统的实验数据，理论方面的分析也欠缺得多。但当前在实际中，并不乏开口体系的应用，如，现已广泛应用于电力系统的一种燃气除灰装置，是一燃烧气体燃料的半开口系统。因此，研究半开口管道中非稳态燃烧的加速机制具有重要意义。在本论文工作中，通过大量的实验研究，比较系统地研究了障碍物的扰动对预混火焰传播特性的影响。实验在一长L=5m、内径D＝80mm的一端封闭、一端开口的火焰传播管内进行，管内均匀布置障碍物，通过改变障碍物的形状、间距、阻塞比大小，同时选用五种不同的可燃气体，探索了障碍物结构对预混湍流火焰加速和管内压力上升的影响。实验表明，对于敏感气体如氢气和乙炔，由于障碍物扰动产生的影响，火焰不断加速，并最终达到一准稳定状态；在适当的条件下，火焰传播状态可由爆燃向爆轰转变，此时火焰速度发生跃变；而对干不敏感气体如甲烷，则爆燃转爆轰现象不容易发生。在不同的火焰传播状态，障碍物结构特性对火焰速度和压力产生的影响各不相同。在缓燃态，随着阻塞比的变化，最大火焰速度先上升后下降，在BR=0.3～0.4之间存在一最大值；在銮塞态，最大火焰速度受阻塞比变化的影响不明显，略低于燃烧产物的声速；在阻塞比BR＝0.5附近，压力达到最大值。而在爆轰态，随着阻塞比的增加，最大火焰速度和压力逐渐降低，爆燃转爆轰的浓度范围变小。由于在有障碍物的管道中，火焰速度很容易达到声速（变塞态）或超声速（爆轰态），必须考虑流体的马赫数效应。本文在前人研究成果的基础上，给出了湍流马赫数修正的可压缩性两方程湍流模型，模拟了半开口狭长管道中重复布置的障碍物引起的湍流火焰加速现象。最大火焰速度和管内压力的计算结果与实验测量值吻合良好，这表明用修正后的湍流模型能够比较真实地模拟障碍物管内预混火焰的发展过程。通过对管道内障碍物扰动引起的燃烧波加速的机理和技术研究，对流场扰动对燃烧波产生和发展的影响规律有了比较全面的了解，研究结果对气脉冲除灰技术的完善具有直接的指导意义。