射流起爆多循环气液两相爆震波的特性与机理研究

Aimed at the international research front of pulse detonation, based on many years' research accumulation of the research group, the characteristics and mechanism of jet initiation of multi-cycle gas-liquid two-phase detonation is extracted as the key scientific problem and investigated by numerical simulation and experiments. （1）The low speed turbulent flame jet, supersonic turbulent flame jet and detonation jet formation conditions and methods in low sensitive liquid fuel (gasoline or kerosene) / air mixture will be found out; （2）the optimization method of jet predetonator and the transition mode and configuration to the main detonation tube will be established, meanwhile, the jet tube geometry parameters, physical parameters of reactant and hot jet structure effect on the multi-cycle detonation initiation performance will be summarized;（3）the method and mechanism of the successful transition of a detonation from a pre-detonator into the main detonation tube will be concluded, the multi-cycle detonation initiation mechanism in gas-liquid two-phase mixture of various jet will also be analyzed; （4）the computation model of jet initiation of two-phase detonation will be established, which will develop and enrich the jet initiation theory;（5）systematic and effective jet detonation-initiation method will be established, with shortening the deflagration to detonation transition time and distance and solving the gas-liquid two-phase (mainly gasoline / air ) high frequency detonation-initiation problems in case of high-speed flow condition. Thus, the theory of jet initiation will be expanded and enriched and provide the theory and technology support for the PDE application and detonation jet application in other propulsion and power devices, which has great innovation and scientific significance and application value.

瞄准脉冲爆震研究国际前沿，以课题组多年研究积累为基础，提炼出射流起爆多循环气液两相爆震波的特性与机理研究这一关键科学问题进行数值与试验研究。利用试验和数值模拟研究低敏感液态燃油（汽油）/空气混合物中低速、超音速和爆震射流形成的条件和方法，建立射流管及其与主爆震室联接过渡方式和结构优化设计方法，掌握射流管和过渡段几何参数、反应物物理参数和射流结构等因素对主爆震室多循环起爆特性的作用机制和影响规律，归纳爆震射流成功传递到主爆震室、直接起爆主爆震室的方法和机制，分析各种射流起爆气液两相多循环爆震波的机理，建立射流起爆两相爆震波的数学模型，拓展和丰富射流起爆理论，建立系统而有效的射流起爆方法，解决高速来流条件下的气液两相爆震波高频起爆问题，为PDE应用和爆震射流在其它动力装置中的应用提供理论和技术支持，具有较大的创新和较强的科学意义与应用价值。

为了加速以脉冲爆震燃烧作为能量转换方式的动力系统的应用研究步伐，需要进行两相脉冲爆震发动机（PDE）点火起爆技术研究。本文主要开展应用潜力较大的射流点火起爆技术研究，研究多循环爆震波的射流起爆方法、条件和特性。.利用数值方法研究了射流参数（温度、速度、压力）对射流起爆的影响，并模拟了预爆管不同布置方式下主爆震管中的起爆过程。结果显示，压力9atm以上的射流可以起爆爆震波；射流的温度、压力和速度均与可爆性能呈正相关。对不同预爆管布置方式的模拟结果表明，不同爆震管布置方式按照对称正交布置、水平反向布置、有距离或无距离的单侧正交布置的排列次序起爆性能依次降低。水平正向布置不能起爆。.对不同长度的预爆管引起的不同射流强度和类型对起爆性能的影响进行了数值研究。结果表明，亚音速射流无法起爆爆震波，同时射流强度随着射流管的长度的增加而增加，射流达到超音速时可成功起爆并显著缩短DDT过程；当射流状态从超音速变为爆震射流时，起爆距离和爆震形成时间大幅减小。.通过高速阴影系统，观察和分析了弱火花点火和射流点火条件下汽油/空气混和物中火花形成、火焰加速、激波形成和起爆过程等。.采用火花塞、热射流和预爆管三种点火方式对煤油/空气两相脉冲爆震发动机的起爆特性进行了试验研究。结果显示，预爆管性能最佳，其DDT时间约为2-3ms，距离约为700mm；并找到了利于起爆的过渡段结构。热射流点火相较于火花塞点火DDT距离缩短约150mm。.基于低速射流点火，射流管长度和个数对起爆影响的对比试验表明，射流管长度缩短有利于提高稳定爆震频率；射流管的个数增加会使DDT过程缩短，起爆时间减少。.基于内径11mm的吸气式PDE模型机，以射流点火的方式对不同的强化爆震转变结构进行了对比试验研究。结果显示，各种爆震转变结构均能保证PDE快速起爆并稳定工作。.本研究初步掌握了低敏感混合物中不同射流起爆过程的机理和方法，加深和拓展了两相爆震的点火起爆技术，对PDE的应用具有重要意义。