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2020年  第5卷  第1期

目录
气体物理 第5卷 第1期 封面+目录
2020, 5(1): .
31 3
摘要:
序言
燃烧过程测量、模拟及爆震燃烧技术应用专题序言
2020, 5(1): 00-0.
62 1
摘要:

爆震燃烧是基本的燃烧模态之一具有极高的强度和极快的燃烧速率以其构建热力循环并将其应用于先进动力装置具有区别于爆燃燃烧过程的显著优势是人们始终追求的梦幻动力.然而也恰恰由于爆震燃烧过程剧烈因此在受限空间内形成稳定、可控、高频率的爆震波成为挑战.在工程上发展稳定的爆震燃烧动力装置需要解决可靠点火起爆、燃料/氧化剂快速掺混、爆震波稳定传播等关键技术难题.近些年连续旋转爆震取得了长足的进展.连续旋转爆震仅需单次成功点火在环形或者圆柱形燃烧室内形成周向传播的爆震波从而使得不断充入燃烧室的未燃混合气快速起爆.基于连续旋转爆震的火箭发动机、冲压发动机甚至连续旋转爆震涡轮发动机都取得了创造性的成绩.尽管在工程化应用的征途上仍然需要解决诸多爆震物理基础问题和关键技术但人们孜孜以求的决心和动力从未泯灭也必将带来颠覆性技术的诞生.
本专题邀请2018年在西安召开的“国际爆震推进研讨会”的部分作者以及国内爆震燃烧相关的学者进行撰文.诚然专题的6篇论文尚无法充分展现该领域的全面进展但编者希望引起更多同仁们的关注借此推动爆震研究更高、更快、更强发展!

燃烧过程测量、模拟及爆震燃烧技术应用专题
基于连续旋转爆震的推进技术研究进展
谢峤峰, 王兵, 董琨
2020, 5(1): 1-23. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0744
71 11
摘要:

基于爆震燃烧的推进技术是未来空间技术的重要发展趋势,特别是可实现结构简单化设计和高热力学效率.针对火箭式连续旋转爆震发动机、吸气式爆震发动机的实验测试和数值仿真,文章综述了其国内外研究进展,分别总结了不同燃料、燃烧室结构、喷注方式以及工作方式等对连续旋转爆震波的传播规律和发动机的特性影响规律.虽然上述探索性研究得到了诸多有益的结论,但是由于连续旋转爆震燃烧技术涉及的流动、物理化学过程十分复杂,对旋转爆震燃烧的机理研究仍然有待进一步深入开展.

当量比对圆盘结构下旋转爆震波传播的影响
夏镇娟, 马虎, 葛高杨, 卓长飞, 周长省
2020, 5(1): 24-33. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0740
57 3
摘要:

为研究反应物当量比对旋转爆震波传播过程的影响,在圆盘形旋转爆震发动机上进行H2/air的旋转爆震实验研究,并统计分析了当量比对爆震波传播模态及参数的影响规律.实验结果表明,固定质量流率,同一种传播模态下,随着当量比的增大,爆震波的压力峰值及传播速度增大,且旋转爆震波的传播过程更加稳定.不同质量流率条件下,当量比对传播模态的影响规律不同.空气质量流率小于100 g/s时,旋转爆震波皆以单波模态传播.空气质量流率大于150 g/s时,随着当量比的增大,旋转爆震波的传播模态由单波模态向双波模态转变,再转变为不对称双波模态,最后又回到单波模态.并且在不对称双波模态中发现了低频振荡现象,振荡频率约为300 Hz.质量流率继续增大,燃烧室中发现了同向三波传播模态.随着质量流率的增加,双波模态的当量比下限降低,不对称双波模态的当量比上限增大,而双波与不对称双波模态的分界线受质量流率的影响较小.

冷等离子体放电区长度对爆震特性影响的实验研究
郑殿峰, 王兵
2020, 5(1): 34-41. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0790
86 3
摘要:

快速高效的起爆对脉冲爆震发动机工作特性的作用十分关键.文章以乙炔为燃料、空气为氧化剂,使用双爆震管研究冷等离子体和火花塞两种点火方式对起爆特性的影响规律.冷等离子体发生器采用自主设计产品,研究中通过改变冷等离子体放电区长度,测试爆震波的传播过程,给出了放电区体积大小对爆震特性的影响.实验结果表明:冷等离子体点火起爆特性明显优于火花塞;在基本保证放电功率不变时,放电区长度的变化对火焰传播时间、火焰传播速度、爆震波峰值压力影响不大.因此,在工程实践中,采用小区域放电能够减少冷等离子的体积且不影响起爆性能.

基于激光的燃烧场温度诊断方法综述
王海青, 林伟, 仝毅恒, 朱杨柱, 苏凌宇, 聂万胜
2020, 5(1): 42-55. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0752
232 12
摘要:

在燃烧相关的研究中,温度场、速度场、组分场、压力场的时空分布特性非常重要.为了计算热传导、热对流和热辐射或捕捉火焰区域,最直接的方法是获取燃烧场的温度.近年来,基于激光的非接触诊断技术快速发展,Rayleigh散射温度测量、激光诱导荧光、激光诱导磷光、Raman散射测温法、相干反Stokes Raman散射、简并四波混频、可调谐二极管激光吸收光谱等技术已经被成功地应用在温度诊断研究中.文章综述了上述激光测温技术的基本工作原理和应用条件,为从事相关领域工作的研究人员提供一定的参考.

激波诱导火焰界面失稳的并行化学加速计算
苏月涵, 沈小东, 傅嘉琛, 董刚
2020, 5(1): 56-65. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0756
123 4
摘要:

在带有详细化学反应机理的可压缩反应流数值模拟中,化学反应源项的计算会极大增加计算时间,基于建表技术的化学加速算法可以通过查找数据表中的数据来替代化学反应计算,从而有效提高计算效率,但数据表尺寸的过度增长会导致计算的中断.文章提出了基于两种数据表容量控制策略的并行动态存储/删除算法,并在激波诱导火焰界面失稳的数值模拟中进行了应用,以考察算法的性能.两种数据表容量控制策略分别为单表容量(Msin)控制和总表容量(Mtot)控制,当单个数据表尺寸达到Msin或总数据表尺寸达到Mtot时,对数据表进行节点删除,以保证计算的正常进行.计算结果表明,文章提出的基于表容量控制的并行加速算法,其计算准确度和计算效率之间存在关联,具有较好计算准确度算例显示了较高的计算效率.在不同的MsinMtot条件下,计算的化学加速比在2.73~3.93之间.两种表控策略的组合影响了数据表删除的频率和删除之间的同步性,当数据表删除频率小、删除同步性强时,化学加速比要更高.