史浩宁1,王可2,肖强1,曹力文2,范玮2
摘要: 针对旋转爆震盘式和空筒燃烧室可能存在的新鲜混气填充不均匀影响爆震波传播的问题,开展了新鲜混气填充不均匀对爆震波传播特性的影响研究。在二维径向膨胀通道内,固定虚拟内壁面半径rin为65 mm、径向高度hr为15 mm,改变填充不完全距离(i)、初始压力(p0)、稀释比(β)和残留燃烧产物温度(Tp)开展研究。考虑轴向膨胀与径向膨胀的耦合影响,在三维计算域内,改变新鲜混合物轴向填充高度(ha)开展研究。结果表明,对于二维通道内仅发生径向膨胀的爆震波,依据速度亏损程度和爆震波是否退化为缓燃波,将爆震波传播模态划分为稳定、弱不稳定、强不稳定和缓燃模态。随残留燃烧产物的温度增加,其相对于新鲜混合物的声阻抗比下降,燃烧产物区内的斜激波沿传播方向领先于爆震波。一方面,领先的斜激波后方压力升高,直接抑制了径向膨胀作用对爆震波造成的亏损;另一方面,当斜激波与爆震波波面满足马赫反射条件时,发生马赫反射,形成马赫干,构成稳定的波系结构,进一步促进了爆震波的稳定自持传播。基于填充不完全距离和平均胞格尺寸(λa)揭示了爆震波传播模态转变的临界条件:当i<hr-3.5λa时,为稳定模态;当hr-3.5λa<i<hr-2.5λa时,为弱不稳定模态;当hr-2.5λa<i<hr-1.6λa时,为强不稳定模态;当i>hr-1.6λa时,为缓燃模态。当爆震波同时发生径向膨胀和轴向膨胀时,定义了最大压力线性衰减系数κ0.7衡量爆震波在轴向对压力亏损的敏感度,随轴向填充高度的增加或径向位置越靠近外壁面,κ0.7呈下降趋势,表明压力亏损向爆震波内发展的阻力增加,爆震波抵御侧向膨胀的能力增强。
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