兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 1148-1157.doi: 10.12382/bgxb.2022.0895
李世全1, 祝文超1, 孙方平1, 王宇辉1,*(), 王健平2
收稿日期:
2022-10-06
上线日期:
2024-04-30
通讯作者:
基金资助:
LI Shiquan1, ZHU Wenchao1, SUN Fangping1, WANG Yuhui1,*(), WANG Jianping2
Received:
2022-10-06
Online:
2024-04-30
摘要:
为研究颗粒注射速度对非预混铝粉/空气旋转爆轰波传播特性的影响,通过采用离散相模型、具有有限速率动力学/扩散表面燃烧模型的一步表面反应、多步可逆气相分解反应以及考虑未完全燃烧颗粒的挥发,对注射温度为300K的铝颗粒和来流总温为900K的高温空气进行二维数值模拟研究。研究结果表明:由于入口附近颗粒注射速度低于空气的注射速度,空气三角区和颗粒三角区无法完全重合;当颗粒注射速度从1m/s增加到100m/s时,爆轰波的速度和温度先减小后增加;颗粒和空气在注入燃烧室时存在较大的温度差异,导致爆轰波不稳定传播;颗粒注射速度为70m/s时,爆轰波的稳定性最好。
中图分类号:
李世全, 祝文超, 孙方平, 王宇辉, 王健平. 颗粒注射速度对铝粉/空气两相旋转爆轰波的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1148-1157.
LI Shiquan, ZHU Wenchao, SUN Fangping, WANG Yuhui, WANG Jianping. Effect of Particle Injection Velocity on Aluminum Powder/air Two-phase Rotating Detonation Waves[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(4): 1148-1157.
计算参数 | 数值 |
---|---|
ρp0/(kg·m-3) | 2719 |
Hreac/(J·kg-1) | 3.1×107 |
cp,p/(J·kg-1·K-1) | 871 |
Sb | 0.89 |
Ci/(kg·m-2·s-1·Pa-1) | 5.0×10-12 |
Cj/(kg·m-2·s -1) | 200 |
Ek/(J·kmol-1) | 9.55×107 |
表1 颗粒表面反应所需的计算参数[26]
Table 1 Calculation parameters of particle surface reaction[26]
计算参数 | 数值 |
---|---|
ρp0/(kg·m-3) | 2719 |
Hreac/(J·kg-1) | 3.1×107 |
cp,p/(J·kg-1·K-1) | 871 |
Sb | 0.89 |
Ci/(kg·m-2·s-1·Pa-1) | 5.0×10-12 |
Cj/(kg·m-2·s -1) | 200 |
Ek/(J·kmol-1) | 9.55×107 |
编号 | 分解反应 | Ar | β | Er/(J·kmol-1) |
---|---|---|---|---|
R2 | Al2O3⇔Al2O2+O+ | 3.0×1015 | 0 | 4.0875×108 |
R3 | Al2O2⇔2AlO | 1.0×1015 | 0 | 4.9352×108 |
R4 | Al2O2⇔Al2O+O+ | 1.0×1015 | 0 | 4.3638×108 |
R5 | Al2O⇔AlO+Al | 1.0×1015 | 0 | 5.5766×108 |
R6 | O++O++M⇔O2+M | 6.17×1015 | -0.5 | 0 |
表2 多步可逆分解反应的计算参数[27-28]
Table 2 Calculation parameters of multi-step reverse decomposition reactions[27-28]
编号 | 分解反应 | Ar | β | Er/(J·kmol-1) |
---|---|---|---|---|
R2 | Al2O3⇔Al2O2+O+ | 3.0×1015 | 0 | 4.0875×108 |
R3 | Al2O2⇔2AlO | 1.0×1015 | 0 | 4.9352×108 |
R4 | Al2O2⇔Al2O+O+ | 1.0×1015 | 0 | 4.3638×108 |
R5 | Al2O⇔AlO+Al | 1.0×1015 | 0 | 5.5766×108 |
R6 | O++O++M⇔O2+M | 6.17×1015 | -0.5 | 0 |
网格尺寸/mm | vD/(m·s-1) | ||
---|---|---|---|
计算值 | 实验值[ | 相对误差/% | |
0.40 | 1590 | 1480 | 7.43 |
0.30 | 1600 | 8.10 | |
0.25 | 1610 | 8.78 | |
0.20 | 1520 | 2.70 |
表3 颗粒注射速度为10m/s时不同网格尺寸下的爆轰波参数
Table 3 Parameters of RDWs with different cell sizes for vp=10m/s
网格尺寸/mm | vD/(m·s-1) | ||
---|---|---|---|
计算值 | 实验值[ | 相对误差/% | |
0.40 | 1590 | 1480 | 7.43 |
0.30 | 1600 | 8.10 | |
0.25 | 1610 | 8.78 | |
0.20 | 1520 | 2.70 |
vp/(m·s-1) | vD/(m·s-1) | 平均压力/MPa | 平均温度/K | |
---|---|---|---|---|
1 | 1.426 | 1530 | 2.54 | 4076 |
10 | 1.405 | 1520 | 2.58 | 4063 |
40 | 1.394 | 1490 | 2.61 | 4042 |
70 | 1.369 | 1460 | 2.54 | 4036 |
100 | 1.328 | 1480 | 2.51 | 4048 |
表4 不同颗粒注射速度下的爆轰波参数
Table 4 Parameters of RDW at different particle injection velocities
vp/(m·s-1) | vD/(m·s-1) | 平均压力/MPa | 平均温度/K | |
---|---|---|---|---|
1 | 1.426 | 1530 | 2.54 | 4076 |
10 | 1.405 | 1520 | 2.58 | 4063 |
40 | 1.394 | 1490 | 2.61 | 4042 |
70 | 1.369 | 1460 | 2.54 | 4036 |
100 | 1.328 | 1480 | 2.51 | 4048 |
[1] |
魏万里, 郑权, 鲁江涛, 等. 中心锥对液态燃料旋转爆轰发动机工作过程与性能的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1185-1194.
|
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.008 |
|
[2] |
张树杰, 张立锋, 姚松柏, 等. 当量比对连续旋转爆轰发动机的影响研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(增刊1): 1-7.
|
|
|
[3] |
郑权, 李宝星, 翁春生, 等. 双波对撞模态下的液态燃料旋转爆轰发动机推力测试研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(4): 679-689.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.04.008 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.04.008 |
|
[4] |
祝文超, 王健平, 王宇辉, 等. 空气流量对煤粉-空气两相旋转爆轰波的影响[J]. 煤炭学报, 2022, 47(10): 3715-3728.
|
|
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1016/j.actaastro.2019.05.035 |
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
续晗, 罗永晨, 倪晓冬, 等. 铝粉燃料连续旋转爆轰发动机工作特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1046-1053.
doi: 10.12382/bgxb.2022.0002 |
doi: 10.12382/bgxb.2022.0002 |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
徐高, 翁春生, 康楠, 等. 考虑燃料雾化的气液两相连续旋转爆轰数值模拟[J]. 推进技术, 2022, 43(1): 181-189.
|
|
|
[20] |
王宇辉, 乐嘉陵, 杨样, 等. 旋转爆轰发动机燃烧室的燃烧与流动特性研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(1): 32-38.
|
|
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
|
[1] | 郗雪辰, 杨鹏飞, 王宽亮. 非均匀氢气/空气混合物中一维爆轰波的振荡特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 982-993. |
[2] | 韩若愚, 袁伟, 李琛, 曹雨晨, 白洁. 电爆炸引燃铝粉悬浮液物理特性和冲击波行为研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3743-3754. |
[3] | 任冠龙, 孙海俊, 徐义华. 活塞式供粉装置中进气流量对粉末流化输送特性的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2906-2919. |
[4] | 冯文康,郑权,汪小卫,董晓琳,翁春生,肖强,孟豪龙. 当量比对煤油-空气两相旋转爆轰波的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1304-1315. |
[5] | 孟豪龙, 翁春生, 武郁文, 郑权, 肖强, 王放, 白桥栋. 环形燃烧室中凹腔对C2H4/Air旋转爆轰流场影响的数值模拟[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1063-1074. |
[6] | 续晗, 罗永晨, 倪晓冬, 肖博文, 张锋, 苏晓杰, 郑权, 翁春生. 铝粉燃料连续旋转爆轰发动机工作特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1046-1053. |
[7] | 沈忱, 闫石, 姚杰, 焦清介, 廖明义, 常云飞. 液态氟橡胶改性端羟基嵌段共聚醚粘合剂及其对铝粉热氧化行为的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 780-787. |
[8] | 吴明亮, 郑权, 续晗, 翁春生, 白桥栋. 氢气占比对氢气-煤油-空气旋转爆轰波传播特性的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(1): 86-97. |
[9] | 冯晓军, 薛乐星, 冯博, 潘文. “外嵌内包”微结构的奥克托今/铝复合粒子制备及其应用性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1631-1637. |
[10] | 张江石, 刘建华. 分散度对铝粉爆炸敏感性的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(5): 979-986. |
[11] | 李宝星, 王中, 许桂阳, 翁春生, 赵凤起. 煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(7): 1339-1346. |
[12] | 李军宝, 李伟兵, 汪衡, 袁书强, 王晓鸣, 洪晓文, 徐赫阳. 爆炸载荷下铝粉与橡胶复合材料中的冲击波传播特性[J]. 兵工学报, 2020, 41(10): 2001-2007. |
[13] | 闫涛, 任慧, 马爱娥, 焦清介, 王慧心. 氟橡胶包覆层对纳米铝粉性能的影响研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(8): 1611-1617. |
[14] | 王慧心, 任慧, 闫涛, 李雅茹. 聚乙烯醇原位包覆铝粉结构表征及活性铝含量测定[J]. 兵工学报, 2019, 40(7): 1373-1380. |
[15] | 魏万里, 翁春生, 武郁文, 郑权, 李宝星. 氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性影响的实验研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(12): 2345-2353. |
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