氣相爆轟動(dòng)力學(xué)

內(nèi)容概要

　　《氣相爆轟動(dòng)力學(xué)》較為系統(tǒng)地論述了氣相爆轟動(dòng)力學(xué)的主要理論方法與基本成果，內(nèi)容涉及氣相爆轟研究基礎(chǔ)及現(xiàn)象、爆轟狀態(tài)與爆轟波結(jié)構(gòu)和直接起爆引起爆轟等基本問(wèn)題。全書(shū)共分：篇十章：第一篇概述氣相爆轟理論基礎(chǔ)、爆轟測(cè)試技術(shù)和可燃混合氣體中爆轟現(xiàn)象；第二篇介紹爆轟接近極限時(shí)的傳播機(jī)理與結(jié)構(gòu)、爆轟胞格尺寸的測(cè)試技術(shù)與規(guī)律分析及爆轟臨界直徑；第三篇為高電壓點(diǎn)火有效能量的測(cè)量及其特性、可燃混合氣體直接起爆臨界能量的規(guī)律和直接起爆臨界能量的預(yù)測(cè)，本書(shū)著力闡述氣相爆轟動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論研究的新方法、新認(rèn)識(shí)和新進(jìn)展。　　《氣相爆轟動(dòng)力學(xué)》可供安全科學(xué)與工程、礦業(yè)工程、兵器科學(xué)與技術(shù)以及空氣動(dòng)力學(xué)、工程熱物理等學(xué)科的研究人員、工程技術(shù)人員、高校教師閱讀，也可作為有關(guān)專業(yè)本科生和研究生的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

序前言第1章 緒論參考文獻(xiàn)第一篇 氣相爆轟研究基礎(chǔ)及現(xiàn)象第2章 氣相爆轟理論基礎(chǔ)2.1 爆轟波基本方程2.1.1 守恒方程2.1.2 爆轟反應(yīng)方程2.1.3 爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程2.2 爆轟基本模型2.2.1 CJ理論2.2.2 ZND模型2.3 爆轟波、爆燃波基本關(guān)系2.3.1 瑞利線和雨果尼奧曲線2.3.2 CJ解的性質(zhì)討論2.3.3 雨果尼奧關(guān)系討論2.3.4 沿著雨果尼奧曲線熵的變化規(guī)律2.3.5 爆燃波的基本方程和關(guān)系2.4 強(qiáng)點(diǎn)源爆炸引起爆轟問(wèn)題2.4.1 強(qiáng)點(diǎn)源爆炸波2.4.2 強(qiáng)點(diǎn)爆炸波衰減規(guī)律討論2.4.3 爆炸波能量方程2.4.4 爆轟內(nèi)核尺寸及臨界起爆能量參考文獻(xiàn)第3章 爆轟測(cè)試技術(shù)3.1 爆轟波壓力信號(hào)采集3.1.1 壓阻式傳感器3.1.2 壓電式傳感器3.2 爆轟波到達(dá)時(shí)間測(cè)量3.2.1 離子探針3.2.2 光學(xué)探針3.2.3 光纖傳感器3.2.4 沖擊波探針3.3 爆轟反應(yīng)圖像捕捉3.3.1 煙熏技術(shù)3.3.2 紋影技術(shù)3.3.3 激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)3.3.4 高速掃描成像技術(shù)參考文獻(xiàn)第4章 可燃混合氣體中爆轟現(xiàn)象4.1 爆轟波傳播現(xiàn)象4.1.1 實(shí)驗(yàn)觀察4.1.2 爆轟形成機(jī)理4.1.3 邊界條件對(duì)爆轟的影響4.1.4 爆轟動(dòng)態(tài)參數(shù)4.2 直接起爆引起爆轟現(xiàn)象4.2.1 直接起爆的方法4.2.2 臨界起爆能量4.2.3 研究直接起爆面臨的問(wèn)題參考文獻(xiàn)第二篇 爆轟狀態(tài)與爆轟波結(jié)構(gòu)第5章 爆轟接近極限時(shí)的傳播機(jī)理與結(jié)構(gòu)5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法5.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置5.1.2 點(diǎn)火系統(tǒng)5.1.3 混合氣體的選擇5.1.4 實(shí)驗(yàn)步驟5.1.5 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與現(xiàn)象判斷5.2 爆轟速度分析5.2.1 圓管內(nèi)爆轟波速度5.2.2 環(huán)形管內(nèi)爆轟波速度5.2.3 ZND誘導(dǎo)區(qū)長(zhǎng)度分析5.3 爆轟結(jié)構(gòu)分析5.3.1 爆轟極限內(nèi)的胞格結(jié)構(gòu)5.3.2 接近爆轟極限時(shí)的胞格結(jié)構(gòu)5.3.3 接近爆轟極限時(shí)的螺旋爆轟結(jié)構(gòu)5.4 超壓分析5.4.1 爆轟極限內(nèi)的爆轟波超壓5.4.2 接近爆轟極限時(shí)的爆轟波超壓5.4.3 爆轟極限之外的爆燃波超壓參考文獻(xiàn)第6章 爆轟胞格尺寸的測(cè)量與分析6.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法6.1.1 混合氣體的預(yù)混方法6.1.2 測(cè)試裝置6.1.3 測(cè)試方法6.1.4 實(shí)驗(yàn)條件6.1.5 爆轟速度測(cè)量6.1.6 爆轟胞格尺寸的測(cè)量方法6.2 可燃混合氣體的爆轟胞格6.2.1 燃料與氧氣混合氣體6.2.2 燃料與空氣混合氣體6.2.3 惰性氣體稀釋的混合氣體6.3 爆轟胞格的規(guī)律分析6.3.1 初始?jí)毫Φ挠绊?.3.2 當(dāng)量比的影響6.3.3 惰性氣體稀釋的影響6.4 胞格結(jié)構(gòu)中的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程分析6.4.1 穩(wěn)定胞格結(jié)構(gòu)6.4.2 中度不穩(wěn)定胞格結(jié)構(gòu)6.4.3 極不穩(wěn)定胞格結(jié)構(gòu)6.5 爆轟胞格的預(yù)測(cè)6.5.1 擬合曲線法6.5.2 Ng模型6.5.3 特征參數(shù)法參考文獻(xiàn)第7章 爆轟臨界直徑7.1 爆轟臨界管徑的紋影分析7.1.1 低臨界和超臨界管徑爆轟時(shí)序圖7.1.2 非穩(wěn)定性和穩(wěn)定性混合氣體中爆轟臨界管徑7.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法7.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7.2.2 實(shí)驗(yàn)方法7.3 可燃混合氣體的爆轟臨界管徑分析7.3.1 初始?jí)毫团R界管徑7.3.2 當(dāng)量比與臨界管徑7.3.3 惰性氣體稀釋濃度與臨界管徑7.4 臨界管徑與胞格尺寸的聯(lián)系7.4.1 燃料與氧氣和空氣混合氣體7.4.2 氬氣稀釋的混合氣體7.5 爆轟臨界管徑的預(yù)測(cè)7.5.1 擬合法7.5.2 特征參數(shù)法參考文獻(xiàn)第三篇 直接起爆引起爆轟第8章 高電壓點(diǎn)火有效能量的測(cè)量及其特性8.1 實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試方法8.1.1 高電壓點(diǎn)火系統(tǒng)8.1.2 電火花放電能量的計(jì)算8.1.3 爆炸波測(cè)量裝置8.2 高電壓點(diǎn)火產(chǎn)生的爆炸波特性討論8.2.1 Hopkinson-Sachs標(biāo)度定律8.2.2 可變能量爆炸性質(zhì)8.3 1/4周期放電能量與直接起爆有效能量8.3.1 問(wèn)題的提出——初始1/4周期放電能量是否等價(jià)于引起直接起爆的有效能量8.3.2 證明方法8.3.3 證明結(jié)論8.3.4 1/4周期放電能量與臨界能量理論值和實(shí)驗(yàn)值比較參考文獻(xiàn)第9章 可燃混合氣體直接起爆臨界能量的規(guī)律9.1 實(shí)驗(yàn)原理和方法9.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)9.1.2 點(diǎn)火能量確定9.1.3 臨界起爆狀態(tài)判斷9.1.4 臨界起爆能量確定9.2 可燃?xì)怏w與氧氣混合物直接起爆臨界能量9.2.1 測(cè)試氣體及初始條件9.2.2 初始條件對(duì)臨界起爆能量的影響9.2.3 高濃度氬氣稀釋對(duì)臨界能量的影響分析9.3 可燃?xì)怏w與氧氣混合物臨界能量規(guī)律分析9.3.1 臨界起爆能量的比例分析9.3.2 爆轟敏感度分析9.4 可燃?xì)怏w和一氧化二氮混合物直接起爆臨界能量及規(guī)律分析9.4.1 H2-N2O/O2-Ar直接起爆臨界能量9.4.2 C2H2-N2O-Ar直接起爆臨界能量參考文獻(xiàn)第10章 直接起爆臨界能量的預(yù)測(cè)10.1 臨界起爆能量的預(yù)測(cè)方法和模型10.1.1 臨界起爆能量擬合曲線法10.1.2 表面積能量模型10.1.3 活塞做功模型10.2 基于爆轟胞格預(yù)測(cè)臨界起爆能量10.2.1 臨界起爆能量與胞格尺寸的關(guān)系10.2.2 胞格擬合曲線法10.2.3 Ng模型法10.2.4 胞格特征參數(shù)法10.3 基于臨界管徑預(yù)測(cè)臨界起爆能量10.3.1 臨界起爆能量與臨界管徑的關(guān)系10.3.2 H2-O2/空氣混合氣體10.3.3 C2H2-N2O-Ar混合氣體參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   爆轟波理論方面的研究也伴隨著爆轟的發(fā)現(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生，Chapman和Jouguet提出定量預(yù)測(cè)可燃混合氣體特性的理論。1899年，Chapman首先提出可計(jì)算爆轟波速的理論，它將爆轟波面視為一道間斷，波前氣體跨越間斷立即轉(zhuǎn)化為高溫產(chǎn)物。1905年，Jouguet也獨(dú)立提出了聲速解理論，即爆轟波后的氣流相對(duì)波面以聲速運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上他們描述的都是跨波陣面守恒方程的解，但Jouguet從理論上解釋了該解的物理必然性。關(guān)于該問(wèn)題的討論以及此后逐步完善的相關(guān)理論就是Chapman-Jouguet理論（簡(jiǎn)稱CJ理論）。CJ理論能夠很好地預(yù)測(cè)理想狀況下爆轟波的傳播現(xiàn)象，然而CJ理論完全忽視了爆轟的結(jié)構(gòu)（也即爆轟波從反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變過(guò)程），因此它不能用于解釋爆轟波的傳播機(jī)理。 真實(shí)的爆轟波并非如一維穩(wěn)定的CJ爆轟，約半個(gè)世紀(jì)前Fickett和Davis已經(jīng)證明在爆炸性混合氣體中的爆轟波具有自持性和不穩(wěn)定性，并且為三維非固定的胞狀結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)40年代，由Zeldovich、von Neumann和Doring引入有限速率化學(xué)反應(yīng)，將爆轟波面視為前導(dǎo)沖擊波與波后反應(yīng)區(qū)的組合結(jié)構(gòu)，其中前導(dǎo)沖擊波將波前氣體壓縮至較高的溫度和密度，直接引發(fā)一定距離后的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)釋熱又反過(guò)來(lái)支持前導(dǎo)沖擊波前進(jìn)。這種層流爆轟波面結(jié)構(gòu)被稱為Zeldovich—Neumann—Doring模型，簡(jiǎn)稱ZND模型。雖然ZND模型仍是簡(jiǎn)單的層流結(jié)構(gòu)，但是它已經(jīng)包含了爆轟點(diǎn)火、傳播、熄滅等機(jī)制，很多真實(shí)爆轟波現(xiàn)象在此基礎(chǔ)之上能夠得到一定的解釋，如速度偏低（低于CJ速度）和臨界爆轟直徑問(wèn)題。爆轟波面結(jié)構(gòu)受管壁黏性和熱傳導(dǎo)作用，熱量和動(dòng)量發(fā)生損失，因此自點(diǎn)火引發(fā)的爆轟波速有所降低，管徑越小則壁面損失效應(yīng)越為顯著，當(dāng)這種損失達(dá)到某種程度，沖擊波減弱和反應(yīng)速度降低形成惡性循環(huán)，爆轟波面將不可避免地發(fā)生前導(dǎo)沖擊波和反應(yīng)區(qū)分離以致爆轟熄滅。 然而，經(jīng)典的一維爆轟理論并沒(méi)有因此失去它們的價(jià)值，不管是一維還是多維的不穩(wěn)定爆轟現(xiàn)象，它們?cè)谄骄饬x上仍然具有一維理論預(yù)測(cè)的相關(guān)特性。經(jīng)典CJ理論本質(zhì)上并不否定波面的厚度，波面特征在平均意義上不隨時(shí)間而改變，這可能正是CJ理論能夠預(yù)測(cè)真實(shí)爆轟波速的原因所在。但ZND模型單純反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制下的層流波面結(jié)構(gòu)顯然已經(jīng)不能描述多維爆轟波面的平均效果（如波面厚度和反應(yīng)進(jìn)度等），從而也難以正確給出多維爆轟現(xiàn)象的一些特征參數(shù)。

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