冲击压缩下甲烷一空气混合气体.PDF

第23卷第4期 高 压 物 理学 报 V01．23。No．4 OFHIGH 2009年8月 CHINESEJOURNAL PRESSUREPHYSICS Aug．，2009 文章编号：1000—5773(2009)04—0315—06 冲击压缩下甲烷一空气混合气体 状态参数实验研究。 王晓燕，华劲松，温上捷，金 山，孙学林 (中m．I程物理研究院流体物理研究所，冲击波物理与爆轰物理 国防科技重点实验室，四川I绵阳 621900) 摘要：为研究强冲击状态下混入少量空气的甲烷气体的冲击状态参数，利用二级轻气炮加 载技术，使加速到5km／s的钨合金飞片撞击封装有常态下空气混入量依次为零(纯甲烷气 体)、1％、5％、10％的甲烷一空气混合气体铝靶。采用六通道瞬态光学高温计记录冲击压缩气 体的光辐射历程曲线，得到了相同初始条件下4种不同比例混合气体的冲击状态参数。结果 表明，在强冲击压缩下，混合气体的冲击温庹随着空气混入比例的增大而增高，冲击波后混合 气体存在非平衡辐射过程。采用Saha电离平衡方程，对空气混入量为10％的混合气体的电 离度进行了估算。结果表明，常态下空气含量C血≤10％的甲烷一空气混合气体具有电探针保 护能力。 关键词：甲烷-空气混合气体，冲击温度；电离 中图分类号：0354；0521．2文献标识码：A 1 引 言 电探针技术是目前流体动力学实验中用于测量飞片时间一位移曲线的常用手段。实验中电探针一 般置于飞片的前方空腔中，当飞片速度较大时，空腔中的气体介质(如空气或具有一定真空度的空气)可 能因强脱体冲击波加热而电离，从而导致电探针电路的提前导通，影响实验结果的分析。为防止这种情 况发生，相应的措施是采用难电离的气体介质代替空气作为电探针的保护气体。 止电探针提前接通。近年，唐敬友等人[2—3通过对纯甲烷气体的冲击状态参数进行研究，发现甲烷的冲 击温度很低，分析说明在如此强的冲击波压缩下，甲烷反应体系无电离的可能；同时数值模拟了飞片自 由面速度在3--9 km／s范围内甲烷的非平衡化学反应流，得到了与实验基本一致的结果，从定量计算上 进一步预测甲烷气体对电探针电路具有很强的保护作用。但在实际应用中，探针空腔气体的置换是先 将空腔抽成具有一定真空度的真空，然后再充人甲烷。然而，很高的真空度对实验装置和真空设备要求 太高，难以保证探针置于纯净的甲烷气体氛围，其中往往会混入一定量的空气。特别地，当实验装置的 密封性能并不太好时，空气的混入量更大。针对实际应用，有必要研究部分空气的混入对电探针保护气 体的保护能力会有多大程度的影响。此外，甲烷是一种可燃性气体，甲烷与空气在适当的混合配比下， 因冲击波的诱发，可能会发生燃烧甚至爆炸，这也是燃烧物理与冲击波物理中的一个基本问题。至今还 未见有关于混入少量空气的甲烷气体的冲击状态方程实验研究的报道。 本工作采用二级轻气炮加载手段和光辐射法测温技术，获得了同一飞片速度下、具有不同压力比的 -收稿日期：2008—08—06l修回日期：2008—11—19 作者简介：王晓燕(1978一)，女。硕士．助理研究员，主要从事爆轰冲击动力学研究．E-mail：wxy7846@yahoo．com．crI 万方数据 高 压 物 理 学 报 第23卷 甲烷一空气混合气体的冲击压缩参数，并初步分析了冲击压缩下混合气体的离解、电离特性，为流体动力 学实验应用提供了参考价值，同时为甲烷和空气的冲击反应动力学研究提供了实验数据。 2 实验方法 2．1实验装置设计 mm二级轻气炮作为加载手段，将平面钨(93W)飞片加 图1为实验装置及测试示意图。利用彩35 速到5km／s的速度，撞击LYl2铝靶。撞击后在基板中形成的冲击波进入甲烷一空气混合气体