管束强化DDT过程重点火现象的实验研究

The main topics in this project include (1)to measure DDT transition distance downstream with and without the tube bundles and to study scale effects on such DDT enhancement device. (2) re-initiation physics tube bundles' exit by high-speed laser schilieren and PLIF. (3) correlation of reinitiation and data related to scales between tube bundles and the main detonation tube. Objectives are to get full physical understanding of reinitiation enhanced by tube bundles, to master the scale correlation between the bundles and main detonation tube and to provide new way for detonation optical diagnostics. The key step in experiements is to master synchronization among objects at different levels of characteristic time and to know how the reinitiation occurs at the boundle exit.This project extends the fields and topics of gas deflagration. Tube bundles can be used to agument the DDT transition in pulsed detonation engine.

本项目主要研究内容是：（1）管束出口DDT临界转变距离和尺度效应的研究。（2）采高速激光纹影和PLIF研究管束出口重点火的机理性研究。（3）管束和主管几何参数匹配研究。其中（2）和（3）为重点研究内容。 主要创新点是：（1）大时间差、多目标时间同步控制方法。（2）管束出口强化DDT过程的机理性研究。 本项目目标是：（1）认识管束出口重点火的机理。（2）掌握管束和主管几何参数匹配。（3）采用先进光学诊断研究DDT过程，为气相爆轰实验研究提供新的途径。 意义是：管束强化DDT现象拓展了传统爆轰学的研究范围，在脉冲爆轰发动机也有应用前景。

本项目开展管束和气相爆轰波作用强化DDT实验研究。实验气体为H2/O2/Ar预混气和C3H8/O2预混气。DDT和预混气成份和管束参数有关。管束参数包括管径、长度和管数等。采用红宝石激光阴影流场显示、烟膜（烟迹片）、激光光谱（OH-PLIF和TDLAS），以及压力和火焰信号测量方法，探索管束强化DDT过程唯象规律和主要影响因素。项目总结如下：（1）DDT转变唯象特征。DDT湍流火焰在直管加速传播过程中，存在拉断或中空现象。DDT转变边界形状是随机的，不具重复性。对H2/O2/Ar预混气，提高初压、点火放电电压和降低Ar稀释度，会缩短DDT距离。增大爆轰管长度，DDT距离无明显变化。（2）管束能明显缩短DDT距离。采用烟迹片测量管束强化DDT胞格结构，在项目条件下，最佳管束几何参数为D=8mm, L=50mm, Tn=5，Ds=50mm。采用该管束参数，DDT距离随初压变化很小。（3）管束强化DDT转变机制。DDT转变有三种机制。激波双马赫反射、激波单马赫反射和湍流火焰加速。当给定管径、管数、初压、管束与点火位置的距离时，缩短管长，DDT转变边界趋于直线。（4）二次起爆是管束下游DDT转变主控因素。受管束出口稀疏波影响，爆轰波衰减至熄灭，诱导激波和化学反应区分离。诱导激波在爆轰管内壁先规则反射后马赫反射。对单管、管长为100mm、管径为8mm的管束，当P0≤5.33kPa，爆轰波在管束下游完全熄灭。当P0>5.33kPa，二次起爆管束下游能使爆轰波恢复，管束对爆轰波影响是局部的。管束下游二次起爆来自诱导激波在内壁反射和湍流火焰加速。增大预混气初压和管长、管数增加和缩小管径，可缩短二次起爆距离。（5）OH-PLIF和自发光高速摄影表明：自点火火焰呈三维湍流结构。采用电控破膜可提高爆炸流场OH-PLIF测量成功率，难点是多目标时间同步控制。低温是多处自点火火焰，高温为近似垂直管道轴线的平面火焰。火焰形状和燃料成分、当量比和压力密切相关，不同条件火焰唯象特征差别显著。（6）点火延时是评价燃料化学反应特性较合理的数据，可给出不同压力、温度和当量比条件的燃料点火延时，为DDT燃料筛选提供依据。（7）直管中，当地爆炸产生的冲击波及其在壁面反射与诱导激波融合，是促进DDT过程二次点火的重要因素。（8）发展了气相和两相爆轰的高精度三维并行计算软件，为管束强化DDT机理性研究奠定基础。