粉尘薄膜爆轰.pdfVIP

维普资讯 第 3卷第 1期 粉 体 技 术 V0I_3No．1 1997年 3月 PowderScienceandTechnology MBr．1997 0一l午 作者介甥 ：范宝誊．。。年半业于华东工肇簏化工系．分王四川虹光化工厂 砟．1978年于华东工荦院攻读爆炸力学项士研兜生．丰业后留校执教。期问孽 砟为访问学者和高蛾访问学者先后击美田密西根大学宇航系和康涅状克太学 市L械晕从事燃烧和爆炸方面的研兜。琨为南京理工太学动力工程荦簏教授．博 士生导师．从事燃烧学和爆盘肇的教荦和科研。 粉尘薄膜爆轰 ‘ 范宝春 陈启峰y，赵 祺 陆守香 · 摘耍 与普通爆毫不同．静尘薄腱爆盘或竹氧化剂与燃料处于分离状态．由 于教或作用下壁面燃料的注^才干壁面附近形成燃烧的粉尘云．端烧释放的热 使教或由持形成特尘薄虞爆矗。奉史在长2．8m．横藏面20ram×20ram的方型 水平教或管中对此奥爆盘进行了实验研兜．井报据作者建立的模型对其二堆蛄 构进行7敷值模批。 关-调 ． !曼堕苎耋；斐兰塑垡；苎!!苎．多 艟柏 激波掠过复盖于壁面的可燃沉积粉尘时，波后粉尘将被气流卷扬在壁面附近形成燃烧的 粉尘云。如果燃烧释放的热足以补充激波传播过程中的能量损失，激波将自持，形成所谓粉尘 薄膜爆轰。与普通爆轰波不同．薄膜爆轰波的波前气体氧化荆 与燃料处于分离状态．仅在激 波作用下才于壁面附近形成悬浮粉尘云，而普通爆轰波则是在燃料与氧化剂预混的介质中传 播的。 很多研究者从事激波卷扬粉尘的研究_1J，但极少涉及燃烧与激波之间的相互作用。 Walimki．‘由实验证实了褐煤粉尘形成薄膜爆轰的可能性．但未对该现象作进一步的研究。 薄膜爆轰的理论研究则仅限于液体薄膜 J。 本文对感度较大的RDX 黑索令 粉在管内形成的薄膜爆轰进行了实验研究．并基于该爆 轰波的二维模型．通过合适的计算格式对粉尘薄膜爆轰的弛豫结构进行了数值模拟。 1 实验研究 本文所用实验装置如图l所示。 横截面为20mm×20ram的水平方型激波管由用薄膜隔开的驱动段和被驱动段组成。驱 · 国素 自I 靠科学基盘和中硼工程钿理研究院基盘舅助 维普资讯 10 糟 体 技 术 第3卷 圈1 实验装置筒圈 1．驱动殷 2试验段 3．观察殷 4观察 窗 5．胶膜 6点业头 7．点火器 8．压力传感器 9放太器 l0导光管 n．光电二极臂 l2．A／D转换器 l3高速动态信号分析仅及绘图仪 14．时闻延迟器 15．高压电源 l6闪光点光源 17透镜 l8反光镜 1g照相机 动段长100mm，一端装有用推进剂制成的 点火头。点火头燃烧后产生的高压气体破 r 膜，由此产生的澈波在底壁铺有可燃粉尘 的被驱动段传播，激波的初始强度由推进 剂用量和薄膜厚度来调节。被驱动段长 2．5m，上壁面为 自由开启的盖，等距安装 了8个压力传感器，用以记录管内激波的 变化过程和确认其最终的稳定状态。压力 测试系统由CA—YD一203型压电传感器 固有频率50kHz，压力铡量上限10MPa ， YE5853型电荷放大器 12通道，频率响应 为0．03Hz-~20kI-Iz ，BY一8008型瞬态记 目 录仪 16通道，采样频率为30kHz 和计算 叠 口 D 脚 40。o 6。0D IK~oo 机组成，其余设备参见参考文献[1]。 1|雌 图2为该系统记录的典型的压力 曲 圈2 典型的压力测试曲线 线，它描述了因激波与壁面可燃粉尘相互 作用而导致的激波强度变化和趋于稳定的过程．即粉尘薄膜爆轰的生成过程。 2 理论研究 与底壁附近形成的两相反应边界层相 比，如果忽略其它壁面的边界层效应，爆轰波后的流 维普资讯 第 1期 范宝鲁等：糟尘薄膜爆轰 场则可分为主气流和两相反应边界层两个部分。 将主气流视为一维无粘流动，于是流场中任一参数A可写成 A x、、 A +△A 、 、z 其 中“Y、分别表示激波管长、宽、高3个方向，脚标P表示主气流，AA表示当地参数对主气 流的偏离。 将流场的质量、动量和能量守恒方程在管截面上积分，利用Gauss原理和壁面条件．当管 内为完全气体时，有 d B~pgx 1 ； A2 2 d,B ,1 + 3 。 其中马 j一譬． j一_+ 和岛：j一 表示边界层对守恒方程的影响．^ 为激渡管高， ，和 分别为边界层的排移厚度、动量损失厚度和总热焓损失厚度，有 ， ： 3f 卜也 dv 0 t j 卜U dy ． 急 为边界层厚度，H +等为气体总热焓。 A 、A2和A 表示两相间相互作用对守恒方程的影响，有 r^ A』 Ir Jr^ 一v． ay一 。 J +Sq dy一 枷 一‰ F、’、SQ分别表示两相间质量、动