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激波与火焰相互作用的实验和理论研究

贾正望  
【摘要】:本文源于自然科学基金《收敛激波与火焰作用对燃烧转爆轰的强化机制》,分别从实验、理论和数值模拟三个方面对激波诱导下火焰的稳定性问题进行了系统深入的研究。 在长9.4米,内径32毫米的卧式激波管上,进行了反射激波与火焰相互作用界面稳定性的实验研究。利用YA—16多闪光高速照相机拍摄该过程的清晰照片,详细讨论了火焰在激波和波后流场作用下失稳、变形和破碎的全过程。 通过建立数学模型定性地讨论了两种不相混的流体之间交界面上初始小扰动导致形成的Rayleigh-Taylor、Richtmye-Meshkov和Kelvin-Helmholtz不稳定是否发展的问题进行了研究。介绍了界面不稳定性的五个发展阶段,着重讨论了界面不稳定的非线性发展阶段。 基于带化学反应的Navier-Stokes方程和有关的热力学和反应动力学数据,利用改进的VLS格式,对该过程进行了数值模拟,讨论了火焰不稳定性。火焰在激波作用下先后出现Richtmyer-Meshkov不稳定和Helmholtz不稳定,火焰逐渐变形以致破碎;燃烧速率因此剧增。不同激波马赫数导致火焰失稳的影响不同,结果表明激波马赫数的增加会促进火焰的变形、膨胀。 计算结果与实验现象相吻合表明:本文采用的数值模拟方法是可行的。


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