气相爆轰波马赫反射转捩机理研究

发布时间：2017-11-12 08:05

  本文关键词：气相爆轰波马赫反射转捩机理研究

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【摘要】：马赫反射现象研究是爆轰研究领域内基础而又重要的部分。在工程实践方面,爆轰波经过推进器的收敛喷口或者收敛的截面管道时,适当条件下会发生马赫反射现象。本文以气相爆轰波在CJ自持状态下的传播为切入点,在设定的初始条件下利用纹影和烟膜实验系统对爆轰波发生马赫反射现象进行了细致的实验研究,分析了爆轰波马赫反射机理和转捩过程,修正了之前对爆轰波马赫反射的认知。本文的主要研究内容包括以下方面:(1)研究了 CJ爆轰和过驱爆轰状态下的熵、波后质点速度和过驱度的特征,以及四种实验用预混气在三激波结构下polar曲线的性质。无反应激波跨过入射波的压力变化是从p/p0=1(θ=0°)发出,而对于反应激波,入射波和反射波的特征曲线都是从所满足的平衡CJ点发出;后者的波前、波后压力比值p/p0随偏转角θ的变化范围比对应的无反应激波要小,且反应激波跨过间断的偏转角范围相比于无反应激波进一步减小。(2)研究了马赫反射的转捩机理以及初始条件对马赫反射的影响。马赫反射三波点轨迹线在初始位置时遵循无反应激波理论计算,之后逐渐平行且高于反应激波理论,无反应和反应激波理论计算值分别对应爆轰波马赫反射三波点轨迹线变化范围的上下极限,存在三个特征阶段。在楔角θw=30°时,初压p0在5kPa、10kPa和20kPa下,对于稳态气体C2H2+2.5O2+8.17Ar,其马赫反射三波点轨迹线向反应激波理论转变所对应的马赫杆临界高度分别约为1.25cm、1.05cm和0.5cm;非稳态气体C2H2+5N2O,保持相同楔角,在初压p0为3kPa、5kPa和10kPa时,其马赫反射三波点轨迹线向反应激波理论计算转变所对应的马赫杆临界高度分别约为1.1cm、0.8cm和0.45cm。轨迹角对马赫反射三波点轨迹线的影响是随着轨迹角的增大,轨迹线长度尺寸呈现线性下降趋势,但在减小的过程中存在差异,即随着α减小的幅度要大于随φ减小的幅度。(3)研究了θw+χ值和轨迹角半角的关系、爆轰波经过楔角前后横波模态变化及其所匹配的胞格结构。楔角θw较小时,θw+χ值处于胞格轨迹角半角范围内,随着楔角增大,θw+χ值逐渐高于轨迹角半角值,说明较小楔角下的马赫反射不明显。在角度较大的楔角下,使得θw+χ值逐渐高于胞格入射角或出射角的一半,马赫反射三波点及其轨迹更加明显分辨。在楔角表面初始位置的胞格结构、尺寸保持与楔角前面的基本相同,说明在马赫反射开始的阶段保留了之前的横波模态,之后突然向小胞格进行转变,大胞格向小胞格转变时不具有一致性和同步性,楔面上小尺寸胞格比较规则并逐渐增大,归结于过驱马赫杆的衰减,说明横波强度减弱并缓慢接近于弱声波。最后分析了爆轰波马赫反射转捩过程中每个阶段所对应的胞格结构,统一了楔角侧面和表面的胞格结构转变过程。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231

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本文编号：1175027