斜爆轰波的波角和法向速度-曲率关系初探

发布时间：2021-02-06 17:10

　　为研究斜劈诱导斜爆轰波的波阵面弯曲效应,以期为斜爆轰的不稳定性及其演化规律提供新的见解,基于加权本质无振荡（WENO）格式空间离散和附加Runge-Kutta方法时间离散的求解器,针对不同的化学反应参数（释热量、放热速率和化学反应区参考长度）条件,开展斜爆轰波的数值计算研究。结果表明斜爆轰波沿波阵面的波角变化可分为3个区域:区域Ⅰ,波角平滑减小;区域Ⅱ,波角跃升后衰减;区域Ⅲ,波角有规律振荡。波阵面法向速度-曲率关系在区域Ⅰ呈现准垂直直线变化趋势,并伴随着爆轰波强度的不断衰减;在区域Ⅲ则呈现出"D"形曲线,即由极曲线段、光滑水平变化段和拟线性变化段组成,为类胞格结构的周期性演变;区域Ⅱ可认为是以上两个区域特征的耦合。不同的化学反应参数对斜爆轰波波阵面的弯曲效应影响存在较大差别。 

【文章来源】：航空学报. 2020,41(11)北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

图２不同放热量下的β－θ极曲线图Ｆｉｇ．２Ｐｏｌａｒｄｉａｇｒａｍｏｆβ－θｆｏｒｖａｒｉｏｕｓａｍｏｕｎｔｓｏｆｈｅａｔ

炸反应系统的爆轰波传播特性提供新的认识［１８－１９］。目前对ＯＤＷ波阵面的非稳定性已开展了较为充分的数值计算研究，发现了ＯＤＷ的两种类胞格结构，但对整个波阵面的几何特性以及波阵面的Ｕｎ－κ关系较少关注。本文在不同化学反应参数（释热量、释热速率和化学反应区参考长度）条件下，开展斜劈诱导斜爆轰波的高精度数值计算。分析沿波阵面的波角变化趋势和Ｕｎ－κ关系，以期对斜爆轰波阵面的类胞格结构和其不稳定性的演化机制加深理解。图１延迟斜爆轰波的数值计算物理模型和流场结构示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｎｕｍｅｒｉ－ｃａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｄｅ－ｌａｙｅｄｏｂｌｉｑｕｅｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｗａｖｅ１数值方法与物理模型１．１控制方程和计算方法本文计算用求解器为自主编写，可开展多块计算域的高精度数值计算，控制方程是带两步化学反应的二维欧拉方程，未考虑黏性效应，其在贴体坐标系下形式为?珡Ｗ?ｔ＋?珚Ｆ?ξ＋?珚Ｇ?η＝珔Ｓ（１）式中：珡Ｗ＝Ｊ－１Ｗ，珚Ｆ＝Ｊ－１ξｘ（Ｆ＋ξｙＧ）珚Ｇ＝Ｊ－１ηｘ（Ｆ＋ηｙＧ），珔Ｓ＝Ｊ－１烅烄烆Ｓ（２）直角坐标系（ｘ，ｙ）到贴体坐标系（ξ，η）的转换关系为Ｊ－１＝ｘξｘηｙξｙη，ξｘ＝Ｊ·ｙη，ξｙ＝－Ｊ·ｘηηｘ＝－Ｊ·ｙξ，ηｙ

航空学报１２３７０１－８阵面上的相应点Ａ１～Ａ６，Ａ１～Ａ３间的Ｕｎ－κ关系近似为极曲线，与Ｙａｏ和Ｓｔｅｗａｒｔ［１６］的理论分析类似，存在一个极大曲率点Ａ２，位于左行横波与ＯＤＷ波阵面作用点附近，此处温度压力由于左行横波的作用而急剧变化，使得前导激波与化学反应面高度耦合。可认为Ａ１～Ａ３段连接着不完全解耦ＯＤＷ和强耦合ＯＤＷ，为一过渡结构。而对于Ａ２～Ａ４段的Ａ３附近（强耦合ＯＤＷ），κ存在较大跨度但Ｕｎ值变化较小，Ｕｎ－κ关系呈现为平滑水平线，与经典ＤＳＤ理论里理想爆轰的Ｕｎ－κ关系类似。对于Ａ４～Ａ６段，特别是Ａ５～Ａ６段，Ｕｎ－κ关系与区域Ｉ的趋势类似，但Ｕｎ和κ值变化范围增大，Ｕｎ－κ拟线性关系的倾斜程度更大，主要是由于前导激波与释热面解耦程度越来越大，使得ＯＤＷ强度减弱相较于区域Ｉ更为显著。图６不同化学反应参数下的Ｕｎ－κ变化关系Ｆｉｇ．６Ｕｎ－κｒｅｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｋｉｎｅｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

【参考文献】：
期刊论文
[1]采用改进的CE/SE方法模拟方管中氢氧爆轰波的稳定传播结构[J]. 沈洋,刘凯欣,陈璞,张德良.  航空学报. 2019(05)
[2]圆盘结构下旋转爆震波的不稳定传播特性[J]. 夏镇娟,马虎,卓长飞,周长省.  航空学报. 2018(02)
[3]旋转爆震发动机火焰与压力波传播特性[J]. 徐灿,马虎,李健,邓利,余陵.  航空学报. 2017(10)



本文编号：3020804