氣相爆轟動力學

內容概要

　　《氣相爆轟動力學》較為系統(tǒng)地論述了氣相爆轟動力學的主要理論方法與基本成果，內容涉及氣相爆轟研究基礎及現象、爆轟狀態(tài)與爆轟波結構和直接起爆引起爆轟等基本問題。全書共分：篇十章：第一篇概述氣相爆轟理論基礎、爆轟測試技術和可燃混合氣體中爆轟現象；第二篇介紹爆轟接近極限時的傳播機理與結構、爆轟胞格尺寸的測試技術與規(guī)律分析及爆轟臨界直徑；第三篇為高電壓點火有效能量的測量及其特性、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測，本書著力闡述氣相爆轟動力學實驗和理論研究的新方法、新認識和新進展?！　　稓庀啾Z動力學》可供安全科學與工程、礦業(yè)工程、兵器科學與技術以及空氣動力學、工程熱物理等學科的研究人員、工程技術人員、高校教師閱讀，也可作為有關專業(yè)本科生和研究生的參考用書。

書籍目錄

序前言第1章 緒論參考文獻第一篇 氣相爆轟研究基礎及現象第2章 氣相爆轟理論基礎2.1 爆轟波基本方程2.1.1 守恒方程2.1.2 爆轟反應方程2.1.3 爆轟產物狀態(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、爆燃波基本關系2.3.1 瑞利線和雨果尼奧曲線2.3.2 CJ解的性質討論2.3.3 雨果尼奧關系討論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系2.4 強點源爆炸引起爆轟問題2.4.1 強點源爆炸波2.4.2 強點爆炸波衰減規(guī)律討論2.4.3 爆炸波能量方程2.4.4 爆轟內核尺寸及臨界起爆能量參考文獻第3章 爆轟測試技術3.1 爆轟波壓力信號采集3.1.1 壓阻式傳感器3.1.2 壓電式傳感器3.2 爆轟波到達時間測量3.2.1 離子探針3.2.2 光學探針3.2.3 光纖傳感器3.2.4 沖擊波探針3.3 爆轟反應圖像捕捉3.3.1 煙熏技術3.3.2 紋影技術3.3.3 激光誘導熒光技術3.3.4 高速掃描成像技術參考文獻第4章 可燃混合氣體中爆轟現象4.1 爆轟波傳播現象4.1.1 實驗觀察4.1.2 爆轟形成機理4.1.3 邊界條件對爆轟的影響4.1.4 爆轟動態(tài)參數4.2 直接起爆引起爆轟現象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題參考文獻第二篇 爆轟狀態(tài)與爆轟波結構第5章 爆轟接近極限時的傳播機理與結構5.1 實驗系統(tǒng)和方法5.1.1 實驗裝置5.1.2 點火系統(tǒng)5.1.3 混合氣體的選擇5.1.4 實驗步驟5.1.5 實驗技術與現象判斷5.2 爆轟速度分析5.2.1 圓管內爆轟波速度5.2.2 環(huán)形管內爆轟波速度5.2.3 ZND誘導區(qū)長度分析5.3 爆轟結構分析5.3.1 爆轟極限內的胞格結構5.3.2 接近爆轟極限時的胞格結構5.3.3 接近爆轟極限時的螺旋爆轟結構5.4 超壓分析5.4.1 爆轟極限內的爆轟波超壓5.4.2 接近爆轟極限時的爆轟波超壓5.4.3 爆轟極限之外的爆燃波超壓參考文獻第6章 爆轟胞格尺寸的測量與分析6.1 實驗系統(tǒng)和方法6.1.1 混合氣體的預混方法6.1.2 測試裝置6.1.3 測試方法6.1.4 實驗條件6.1.5 爆轟速度測量6.1.6 爆轟胞格尺寸的測量方法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 初始壓力的影響6.3.2 當量比的影響6.3.3 惰性氣體稀釋的影響6.4 胞格結構中的化學反應過程分析6.4.1 穩(wěn)定胞格結構6.4.2 中度不穩(wěn)定胞格結構6.4.3 極不穩(wěn)定胞格結構6.5 爆轟胞格的預測6.5.1 擬合曲線法6.5.2 Ng模型6.5.3 特征參數法參考文獻第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 實驗系統(tǒng)和方法7.2.1 實驗系統(tǒng)7.2.2 實驗方法7.3 可燃混合氣體的爆轟臨界管徑分析7.3.1 初始壓力和臨界管徑7.3.2 當量比與臨界管徑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 爆轟臨界管徑的預測7.5.1 擬合法7.5.2 特征參數法參考文獻第三篇 直接起爆引起爆轟第8章 高電壓點火有效能量的測量及其特性8.1 實驗裝置和測試方法8.1.1 高電壓點火系統(tǒng)8.1.2 電火花放電能量的計算8.1.3 爆炸波測量裝置8.2 高電壓點火產生的爆炸波特性討論8.2.1 Hopkinson-Sachs標度定律8.2.2 可變能量爆炸性質8.3 1/4周期放電能量與直接起爆有效能量8.3.1 問題的提出——初始1/4周期放電能量是否等價于引起直接起爆的有效能量8.3.2 證明方法8.3.3 證明結論8.3.4 1/4周期放電能量與臨界能量理論值和實驗值比較參考文獻第9章 可燃混合氣體直接起爆臨界能量的規(guī)律9.1 實驗原理和方法9.1.1 實驗系統(tǒng)9.1.2 點火能量確定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 可燃氣體與氧氣混合物直接起爆臨界能量9.2.1 測試氣體及初始條件9.2.2 初始條件對臨界起爆能量的影響9.2.3 高濃度氬氣稀釋對臨界能量的影響分析9.3 可燃氣體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 可燃氣體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第10章 直接起爆臨界能量的預測10.1 臨界起爆能量的預測方法和模型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 基于爆轟胞格預測臨界起爆能量10.2.1 臨界起爆能量與胞格尺寸的關系10.2.2 胞格擬合曲線法10.2.3 Ng模型法10.2.4 胞格特征參數法10.3 基于臨界管徑預測臨界起爆能量10.3.1 臨界起爆能量與臨界管徑的關系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

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   爆轟波理論方面的研究也伴隨著爆轟的發(fā)現應運而生，Chapman和Jouguet提出定量預測可燃混合氣體特性的理論。1899年，Chapman首先提出可計算爆轟波速的理論，它將爆轟波面視為一道間斷，波前氣體跨越間斷立即轉化為高溫產物。1905年，Jouguet也獨立提出了聲速解理論，即爆轟波后的氣流相對波面以聲速運動。實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。關于該問題的討論以及此后逐步完善的相關理論就是Chapman-Jouguet理論（簡稱CJ理論）。CJ理論能夠很好地預測理想狀況下爆轟波的傳播現象，然而CJ理論完全忽視了爆轟的結構（也即爆轟波從反應物到產物的轉變過程），因此它不能用于解釋爆轟波的傳播機理。 真實的爆轟波并非如一維穩(wěn)定的CJ爆轟，約半個世紀前Fickett和Davis已經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構。20世紀40年代，由Zeldovich、von Neumann和Doring引入有限速率化學反應，將爆轟波面視為前導沖擊波與波后反應區(qū)的組合結構，其中前導沖擊波將波前氣體壓縮至較高的溫度和密度，直接引發(fā)一定距離后的化學反應，反應釋熱又反過來支持前導沖擊波前進。這種層流爆轟波面結構被稱為Zeldovich—Neumann—Doring模型，簡稱ZND模型。雖然ZND模型仍是簡單的層流結構，但是它已經包含了爆轟點火、傳播、熄滅等機制，很多真實爆轟波現象在此基礎之上能夠得到一定的解釋，如速度偏低（低于CJ速度）和臨界爆轟直徑問題。爆轟波面結構受管壁黏性和熱傳導作用，熱量和動量發(fā)生損失，因此自點火引發(fā)的爆轟波速有所降低，管徑越小則壁面損失效應越為顯著，當這種損失達到某種程度，沖擊波減弱和反應速度降低形成惡性循環(huán)，爆轟波面將不可避免地發(fā)生前導沖擊波和反應區(qū)分離以致爆轟熄滅。 然而，經典的一維爆轟理論并沒有因此失去它們的價值，不管是一維還是多維的不穩(wěn)定爆轟現象，它們在平均意義上仍然具有一維理論預測的相關特性。經典CJ理論本質上并不否定波面的厚度，波面特征在平均意義上不隨時間而改變，這可能正是CJ理論能夠預測真實爆轟波速的原因所在。但ZND模型單純反應動力學控制下的層流波面結構顯然已經不能描述多維爆轟波面的平均效果（如波面厚度和反應進度等），從而也難以正確給出多維爆轟現象的一些特征參數。

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