本文在定容燃燒彈上開展了甲烷/氧氣/氮?dú)饧す庹T導(dǎo)等離子體點(diǎn)火實(shí)驗(yàn),研究了壓力、氧含量、當(dāng)量比、激光能量對激波發(fā)展過程特性和火核形態(tài)的影響。研究表明,激波半徑隨時間幾乎呈線性增長,速度先減小后趨于穩(wěn)定。改變初始壓力、氧含量和激光能量可以改變火核形態(tài),隨著初始壓力的升高、氧含量的增大、激光能量的提高,典型的三瓣式和環(huán)狀結(jié)構(gòu)火核消失,形成"尾部"結(jié)構(gòu)并逐漸發(fā)展成橢球狀�；谔├毡Ｐ偷玫降慕�(jīng)驗(yàn)關(guān)系式能夠與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較好地?cái)M合。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖１實(shí)驗(yàn)裝置圖??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｅｔｕｐ??

２８６４??工程熱物理學(xué)報(bào)??４１卷??點(diǎn)火每次形成的等離子體區(qū)域的體積和位置不是固??定不變的，相互之間有一定偏差。而激波是等離子??體的快速熱釋放形成的［６１，其形狀和幾何中心也隨??等離子體變化而變化。所以為方便計(jì)算激波的速度，??每次實(shí)驗(yàn)得到的激波圖片，其幾何中心都需要單獨(dú)??計(jì)算．先確定每次實(shí)驗(yàn)拍攝的第１張激波圖片的幾??何中心，其余激波圖片幾何中心點(diǎn)則與第１張一樣，??即每次實(shí)驗(yàn)所拍攝的一組激波圖片的幾何中心是固??定的。如圖２所示，作出水平和豎直方向的激波切??垂線的交點(diǎn)，即圖中和方向交點(diǎn)，將其確??定為激波的幾何中心點(diǎn)。??圖２?ＣＨ４／０２激光點(diǎn)火形成的激波??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｓｈｏｃｋ?ｗａｖｅ?ｐｒｏｄｕｃｅｄ?ｂｙ?ｌａｓｅｒ?ｉｇｎｉｔｉｏｎ?ｏｆ??ＣＨ４?／?Ｏ２?ｍｉｘｔｕｒｅ??由于高速攝像機(jī)畫幅限制，所得和方??向的激波圖片張數(shù)較少．通過比較甲烷／氧氣在初始??壓力０．２５?ＭＰａ下激波四個方向的半徑和速度，發(fā)現(xiàn)??Ｘ－、Ｘ＋、和方向激波的半徑和速度基本相??同，故這里主要研究方向激波的半徑和速??度變化。激波半徑可通過測量激波邊界到中心點(diǎn)的??距離得到，激波速度可根據(jù)激波半徑和幀速通過式??⑴計(jì)算得到。??ｖｘ－?＝?ｄＸ￣／ｄｔ?⑴??Ｖｘ＋?＝?ｄｘ＋／ｄｔ??１．３數(shù)值模擬??泰勒經(jīng)典爆炸波理論假設(shè)能童瞬間轉(zhuǎn)移到一個??無窮小的體積［力。當(dāng)能量開始向外傳遞時，爆炸波??半徑與時間的依賴關(guān)系為＃＋４?［５１。隨著爆炸波峰前??的壓力比（波峰的壓力與初始壓力的比）下降到一??定值，初始壓力對爆炸波傳播的影響不可忽略，此??時認(rèn)為泰勒模型不再適用。利

ｔＯＡ??式中，￡為等離子體中沉積的激光能量；屄為激光脈??沖入射能量；％為當(dāng)?shù)芈曀伲唬�？為普適氣體常數(shù)；７??為介質(zhì)比熱比；％為初始溫度；Ｐｏ為介質(zhì)密度；ｒｘ??為激波半徑。??２實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析??激波作為強(qiáng)擾動波，其傳播速度超過當(dāng)?shù)芈曀伲??激波前后介質(zhì)的壓力、溫度和密度會發(fā)生突變。激??光聚焦點(diǎn)處的能量密度極高，經(jīng)過多光子電離、逆??韌致輻射和雪崩電離等過程誘導(dǎo)產(chǎn)生高溫等離子體，??高溫等離子體的快速熱釋放產(chǎn)生了激波，同時等離??子體的體積會減校激波隨時間的發(fā)展變化如圖３??所示，相機(jī)觸發(fā)經(jīng)過７．４叫后拍攝到第一張激波??圖片。??圖３?ＣＨ４／０２激光點(diǎn)火的激波隨時間發(fā)展變化圖像??（初始溫度２９８?Ｋ，初始壓力０．２５?ＭＰａ，當(dāng)Ｍ比１）??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｈｏｃｋ?ｗａｖｅ?ｐｒｏｄｕｃｅｄ?ｂｙ?ｌａｓｅｒ?ｉｇｎｉｔｉｏｎ?ｏｖｅｒ?ｔｉｍｅ?ｏｆ??ＣＨ４／Ｏ２?（ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?２９８?Ｋ，?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ??０．２５?ＭＰａ，?ｔｈｅ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｒａｔｉｏ?１）??２．１初始壓力的影響??圖４給出了當(dāng)量比為１時ＣＨ４／０２激光點(diǎn)火的??激波半徑和速度隨初始壓力的變化。在Ｘ－和??方向，激波半徑均隨時間線性增長，激波速度則逐??漸減小，最后趨于穩(wěn)定。在Ｘ－方向，當(dāng)初始壓力??為０．０８?ＭＰａ?Ｂｆ，激波有最大速度為４６０?ｍ／ｓ。在Ｘ＋??方向，當(dāng)初始壓力為０．０４?ＭＰａ時，激波有最大速度??為５００?ｍ／ｓ。在；Ｃ＋和Ｘ－方向，激波速度均呈現(xiàn)較??大的波動性，特別是當(dāng)初始壓力為０．０４?ＭＰａ和０．０

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]小推力液氧氣甲烷火箭發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火特性與燃燒性能（英文）[J]. 張家奇,李清廉,沈赤兵.  Journal of Central South University. 2018(03)
[2]固體火箭發(fā)動機(jī)點(diǎn)火沖擊載荷試驗(yàn)[J]. 袁濤,夏靜,陸旭峰.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào). 2015(04)



本文編號：3057035