爆轰学第1章绪论55页PPT
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爆轰1、爆燃与爆轰爆燃以亚音速传播。
爆燃速率受反应区(火焰阵面)向未燃物的热量和反应组分扩散控制。
爆燃的实际速度取决于外部约束程度以及可燃混合物的尺寸和形状。
假定未燃气体处于静止,火焰则以特征层流燃烧速度传播进入未燃气体。
层流燃烧速度是未燃气体的基本参数,其值的大小反应了混合物的反应性。
如果未燃气体处于湍流,燃烧速度升高,称为湍流燃烧速度。
如果未燃气体处于运动状态,一个静止的观察者测得的火焰速度是未燃气体速度与燃烧速度的和,该火焰速度称为爆燃速度。
典型地,无约束混合气体的爆燃速度在几m/s,管道和其它含有重复设臵的障碍物的容积中,爆燃速度在几百m/s范围。
典型地,在含有燃料/空气混合物的密闭容器内,爆燃压力可以达到初始压力的7倍左右。
对低速爆燃,火焰阵面处的压力增加可以近似地用1.2M2来给出,这里M是马赫数(即爆燃速度除以未燃气体的音速)。
一旦爆燃速度达到音速,将会形成激波。
爆轰的主要特征见表附表1爆轰以超声速传播,典型地,对燃料/空气混合物其速度为1850m/s量级,对燃料/氧气混合物,爆轰速度为3000m/s量级。
当燃料为氢气时,相应的爆轰速度可能更高。
图1对比给出了爆燃波和爆轰波的结构。
对爆轰波,在反应区前方1-10mm处,有一个高压激波阵面,反应区为“火焰”(在快速爆燃中,反应区远远落在激波阵面之后)。
因为化学反应速率与温度呈指数关系,因而燃烧非常快。
由于较高的激波强度(或激波速度),因而产生高压。
图1 爆燃波与爆轰波的比较稳态的爆轰过程具有相应的特征压力/时间曲线,图2给出了典型的稳态爆轰波的压力/时间曲线。
爆轰波通过之后,压力突然增加,其后是一个光滑的变化区,逐渐过渡到恒定压力值。
在有些情况下,可以测得气体混合物发生点火之前被激波压缩的形成的高压区,这种所谓的“先导激波”区域被称为冯.纽曼尖峰,冯.纽曼尖峰处具有比爆轰压力更高的值。
稳态爆轰下,在化学计量比浓度附近,其初始压力上升值达到最大值,当混合物浓度向爆轰极限变化时,初始压力上升值逐渐降低。