Detonation re-initiation mechanism following the Mach reflection of a quenched detonation
本文研究了激波-火焰复合体马赫反射后爆轰波的再起爆机理。圆柱体周围的爆震波绕射被用来再现产生感兴趣的激波-火焰复合体。实验在甲烷-氧气中进行。我们使用一种新的实验技术，耦合一个双帧相机的两个在线火花闪光系统，以获得微秒的时间分辨率，允许准确的纹影测速。第一系列的实验比较了在相同条件下的非反应序列的冲击反射与反射在粗糙的墙壁。结果表明，沿粗糙壁面产生的热反应产物被壁面射流卷入马赫数杆后的大涡结构。在更敏感的混合物中进行的第二系列实验解决了导致沿马赫波和横波建立爆震的事件顺序。在点火和喷流卷吸之后，爆震首先沿马赫数杆出现，而横波保持非反应性。然而，未燃烧的舌头的结构表明局部不稳定和热点形成，导致这种气体的快速反应。数值模拟也报告，确认实验获得的点火事件的序列。
2012-02-10 physics.flu-dyn
Detonation initiation by compressible turbulence thermodynamic fluctuations
理论和计算已经确定，由反应气体混合物中的热点产生的热力学梯度可以导致自发爆轰引发。然而，目前的层流理论的温度梯度起爆机制是有限的理想化的物理配置。因此，它只能预测在静止的气体，其中一个孤立的热点形成的时间尺度短于气体的化学和声学时标的爆震发作的条件。在这项工作中，我们将层流温度梯度机制扩展到一个统计模型，用于预测经历可压缩各向同性湍流波动的自燃气体的爆炸性。可压缩湍流形成具有紧密间隔的局部最小值和最大值的非单调温度场，其在一系列时间尺度上演变，包括那些比化学和声学时间尺度大得多的时间尺度。我们研究的实用性，通过直接数值模拟的可压缩各向同性湍流预混氢-空气反应物的一系列条件下，适应的统计模型。我们找到了强有力的，但不是决定性的，证据表明，该模型可以预测的程度，在一个autoigraphy气体由于重燃引起的热力学梯度的可爆性。
2019-11-22 physics.flu-dyn
Direct detonation initiation and propagation in methane/air mixtures containing coal particles
本文用 Eulerian-Lagrangian 方法和详细化学机制模拟含煤颗粒甲烷/空气混合物的直接爆震起爆，发现煤颗粒表面反应主导起爆能量，气相反应稳定传播，并确定了最佳颗粒浓度与当量比及三种 DDI 模式。
2025-02-22 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Carbon Detonation Initiation in Turbulent Electron-Degenerate Matter
Ia型超新星（SNe Ia）在天体物理学中起着关键作用，但它们的起源仍然是个谜。在任何Ia型超新星模型中，一个关键的物理机制是爆炸前沿的启动，它最终使白矮星的祖先脱离束缚，并导致Ia型超新星的形成。我们演示了，第一次，如何碳爆轰可能会出现在一个现实的三维湍流电子简并流，在一个新的机制，我们称之为被动驱动爆轰。使用分析估计和三维数值模拟，我们表明，强湍流在分布式燃烧制度引起间歇性湍流耗散，局部提高核燃烧率的数量级以上的平均值。这种对核燃烧速率的湍流增强又导致超音速燃烧和爆震波阵面。因此，湍流在预处理碳-氧燃料以便爆震中起关键作用。被动驱动的爆轰引发机制导致碳爆轰的发生比以前认为可能的条件范围更广，对SNe Ia模型具有重要的影响。
2018-07-10 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effects of dilute coal char particle suspensions on propagating methane detonation wave
瓦斯/煤尘混合爆炸是加工和采矿工业中常见的危险源之一。基于欧拉-拉格朗日方法研究了甲烷爆轰波在煤焦颗粒悬浮液中的传播。重点研究了煤焦燃烧对甲烷爆轰动力学的影响，结果表明，甲烷爆轰波在煤颗粒悬浮液中的传播受颗粒浓度和粒径的影响较大。当煤粒尺寸小、浓度高时，爆轰发生熄灭。平均电极导线冲击速度通常随着颗粒浓度的增加和颗粒尺寸的减小而减小。从气体和颗粒的量出发，分析了混合爆轰波的平均结构和相间耦合。结果表明，煤焦燃烧在爆震波后的亚音速区域进行，与气相反应相比，燃烧放热相对分散。在诱导区内，传质和能量传递速率在反应前沿附近迅速增大，达到最大值。此外，对于1 μm颗粒，当颗粒浓度超过某一阈值时，爆轰在煤粉悬浮初期被淬灭后发生再起爆。这是由激波沿反应前沿聚焦的热点引起的，这些激波是由铅激波后面的焦炭燃烧产生的。
2022-07-31 physics.flu-dyn
Autoignition of two-phase n-heptane/air mixtures behind an oblique shock: insights into spray oblique detonation initiation
采用欧拉-拉格朗日方法和骨架化学机理研究了斜激波后正庚烷液滴/蒸汽/空气混合物的自燃。研究了气液当量比（ER）、液滴直径、飞行高度和马赫数对点火瞬态和化学反应时间尺度的影响。结果表明，化学激发时间与点火延迟时间的比值可以用来预测斜爆轰波的转捩模式。当该比率相对高时，燃烧放热缓慢并且更可能发生平滑过渡。在非均相点火过程中，蒸发液滴与感应/点火过程之间存在直接的相互作用，化学爆炸倾向相应地发生变化。蒸发液滴的能量吸收对正庚烷蒸气着火有明显的抑制作用。在两相混合气自燃过程中，点火延迟时间随飞行马赫数呈指数规律减小，随飞行高度先增大后减小。随着液体ER的增加，点火延迟时间和液滴蒸发时间都增加。随着液滴直径的增大，着火延迟时间缩短，蒸发时间增加。当马赫数小于10时，化学激发时间与点火延迟时间之比一般随飞行高度或马赫数的增大而增大。当液体ER减小或液滴直径增大时，它增大。当马赫数足够高时，它随燃料和流入条件的变化有限。这项工作的结果可以提供见解喷雾ODW启动。在高空或马赫数下，ODW更可能以平稳过渡开始。当燃料液滴较细时，容易发生突变模态。
2022-12-14 physics.flu-dyn
Transmission of hydrogen detonation across a curtain of dilute inert particles
采用气固双向耦合的欧拉-拉格朗日方法模拟了氢爆轰波在惰性粒子幕中的传播。详细的化学机理用于氢爆轰燃烧和参数的研究进行了基于二维计算域。绘制了对应于各种颗粒尺寸、浓度和帘厚度的传播和熄灭的爆轰图。结果表明，当颗粒浓度小于临界值时，临界帘幕厚度显著减小。幕厚度上的峰值压力，冲击波阵面速度，和热释放率的轨迹的影响进行了检查。结果表明，爆轰波在颗粒幕中的传播有三种模式：爆轰波传播、部分熄灭和爆轰波再引发以及爆轰波熄灭。化学爆炸模式分析证实，爆轰二次起爆事件是由一个高压力和爆炸倾向的二次起爆点，造成横向冲击聚焦。颗粒直径和浓度的影响，和帷幕厚度上DW的峰值压力轨迹，冲击速度，和相间的能量和动量交换率也检查。此外，通过颗粒速度、体积分数、斯托克斯阻力和阿基米德力分析了幕状结构的演化过程。该分析证实了拖曳力在影响帘形态变化方面的重要性。不同的窗帘演变制度被发现：准静止制度，收缩制度，恒定厚度制度，和膨胀制度。最后，研究了帷幕厚度对帷幕演化特征时间的影响。
2022-10-08 physics.flu-dyn
Effect of spatial distribution of mesoscale heterogeneities on the shock-to-detonation transition in liquid nitromethane
通过数值计算研究了微气泡空腔对均质液体炸药冲击起爆的敏化作用。虽然在炸药中存在的空隙早就被认为会引起所谓的热点，大大加快全球反应速率，计算解决的冲击波阵面的相互作用的细节与非均匀性存在的规模上的爆炸反应区的能力，最近才变得可行。在这项研究中，空气填充的空腔的空间分布的影响进行了检查，启用使用图形处理单元（GPU）加速计算，可以解决冲击起爆和爆炸传播通过炸药，同时充分解决功能在中尺度。不同的空间分布的腔在二维模拟中进行检查，包括腔的规则阵列，轻微扰动的阵列，随机阵列（与不同的最小间距施加在腔），和随机分布的集群的腔。空腔的存在是能够减少所需的时间启动爆震-对于一个给定的输入冲击强度-由大于50%，与以前的实验结果一致。随机分布的空腔的结果在一个15-20%的爆震起爆时间减少相比，一个规则的阵列的空腔。聚集的空腔--会发生在团聚的情况下-结果在一个额外的10%减少引爆时间相比，随机阵列。集群的效果示出的集群形成一个有效的更大的腔体的结果，而是由于集群之间的相互作用后，冲击载荷发生在微观尺度上。
2020-08-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Detonation attenuation and quenching in hydrogen mixtures after the interaction with cylinders
本文通过实验与理论研究了H$_2$/O$_2$爆轰穿过圆柱阵列后的衰减与猝灭，确定了临界传播极限$b/λ=4.5\pm3$，并揭示了弱透射激波导致长点火延迟和等熵指数高抑制再起爆是氢气爆轰猝灭的根本机制。
2024-01-17 physics.flu-dyn
Critical condition and transient evolution of methane detonation extinction by fine water droplet curtains
采用欧拉-拉格朗日方法和详细的化学反应机理对甲烷爆轰波在有限厚度水幕中的传播进行了二维数值模拟。通过参数模拟，确定了不同水质量负荷和液滴尺寸条件下的水幕临界长度。通过峰值压力轨迹和平均放热率时间历程考察了水幕长度对甲烷爆轰的影响。结果表明，水幕不仅抑制了入射爆轰波，而且抑制了入射爆轰波熄灭后的爆轰重燃。分析了甲烷爆轰对水幕的非定常响应。在临界载荷附近的水幕后面的爆轰再引发过程也被捕获。此外，还对细水滴抑制爆轰的机理进行了探讨。结果表明，爆轰波进入水幕区后，能量和动量交换立即开始，但由于液滴加热时间较长，传质开始时间较晚。结果表明，水滴对流换热对爆轰波的猝灭起着重要作用。
2021-10-12 physics.flu-dyn
Interactions between a propagating detonation wave and water spray cloud in hydrogen/air mixture
抑制氢爆是实现其广泛应用的关键，而细水雾具有诸多优点，是一种理想的缓和剂。在这项工作中，传播的氢/空气爆轰波和圆形水云之间的相互作用进行了数值研究。采用欧拉-拉格朗日方法，考虑气液两相耦合，采用二维结构。不同的液滴（直径，浓度）和云（直径）的属性。结果表明，液滴尺寸、浓度和云雾半径对爆轰波峰值压力轨迹有显著影响。爆轰波与云雾相互作用后，呈现出扰动传播、背风重爆和爆轰熄灭三种传播模式。从气、液滴数量的非定常演变过程分析了背风再爆轰。爆轰波在云内发生折射后，传播速度比云外慢。爆轰二次起爆是由上部和下部衍射爆轰的激波聚焦引起的局部热点引起的。当爆轰波穿过云雾时，水滴的分解进行，由于两种流体的有效密度不同，观察到多相界面不稳定性。此外，当我们考虑不同的水云尺寸时，观察到爆轰熄灭。其特点是爆轰波通过云雾后，峰值压力轨迹迅速衰减，激波聚焦区不发生局部自燃。本文还研究了一次绝灭过程中激波区热化学结构的演化。此外，考虑到各种液滴浓度和云半径的参数研究。
2022-02-08 physics.flu-dyn
On the role of transverse detonation waves in the re-establishment of attenuated detonations in methane-oxygen
采用高分辨率数值模拟方法研究了化学计量比甲烷-氧气爆轰波衰减及其与障碍物相互作用后的重建问题。主要研究了横向爆轰对爆轰波重建的作用。我们应用了一个有效的热化学衍生的四步全球燃烧模型，使用欧拉模拟框架，调查目前的临界制度。虽然过去使用一步或两步模型的尝试未能捕获横向爆震，但对于这种情况，我们的模拟表明，四步燃烧模型能够捕获这一特征。我们建议，正确的模型爆轰重新启动的特性不稳定的混合物，应用的燃烧模型应包含至少一个足够的描述，以允许正确的点火和状态变量响应时，温度和压力的变化发生。我们的模拟结果表明，有可能的关键结果和混合物细胞的大小之间的关系，而口袋未燃烧的气体可能存在时，爆震重新启动，它不是直接快速消耗这些口袋，引起横向爆震。相反，横向爆震是通过燃烧/未燃烧气体界面处的反应区的压力放大而引发的，其燃烧速率通过与横向冲击波的通过相关的Richmyer-Meshkov不稳定性或通过热点的自发点火而增强，热点可以通过Zel'dovich梯度机制形成爆震。在这两种情况下，不均匀的点火延迟时间被发现发挥作用。最后，我们发现横向爆轰实际上是查普曼-朱盖爆轰，但它的存在有助于过驱动沿马赫杆重新引发的爆轰。
2022-10-31 physics.flu-dyn
Ignition Behind Decaying Shock Waves : Detonation Cells
我们首先解决问题的启动后衰减的冲击波的分析和数值。点火沿穿过冲击的粒子路径进行了分析，在其体积膨胀方面，作为一个函数的冲击强度，衰减率，和曲率使用的冲击变化方程进行评估。封闭形式的解决方案，推导出一步和两步化学模型。的分析结果被发现在良好的协议与数值模拟使用详细的热化学模型。用新发展的模型研究了爆轰波单元中铅激波后的点火过程。本文报道了H $_2$ -O $_2$ -Ar体系中细胞动力学的新实验。结果发现，约一半的气体穿过激波的点火被淬灭。在实验中，这种气体在横波后面起反应。以前的实验中的一个非常不规则的甲烷-氧气系统进行了分析。在这些实验中，超过70%的穿过激波的气体由于激波的非定常性而被淬灭。这些气体作为未反应的口袋流出，其反应慢得多，并且由于湍流扩散而燃烧。研究的主要结论是，不规则和规则的细胞爆震经历点火淬火由于冲击波的非稳态。
2022-11-09 physics.flu-dyn
Molecular Dynamics Simulations of Weak Detonations
采用分子动力学模拟对三维反应性非各向同性分子晶体的爆轰进行了模拟。爆轰过程由脉冲启动，随后产生稳定的快速反应冲击波。终端激波速度与起爆条件无关。进一步的分析表明，超音速传播解耦的动力学分解后的材料留下的冲击波阵面。激波速度对晶体非线性压缩系数的依赖关系类似于孤立波行为。这些性质将这种现象归类为弱爆轰。研究了爆轰波与微观势参数的关系。爆速随着反应速率的增加而增加，达到饱和值。在所有其他方面，模型晶体表现出分子晶体的典型性质。
2011-11-01 cond-mat.other physics.chem-ph physics.flu-dyn
Investigation of Turbulent Mixing and Local Reaction Rates on Deflagration to Detonation Transition in Methane-Oxygen
采用大涡模拟（LES）方法研究了湍流混合和局部反应速率对爆燃转爆轰（DDT）的影响。具体而言，爆轰衰减的多孔介质，以及随后的重新启动甲烷-氧气，适度不稳定的混合物，被认为是。调查的目的是验证与以前的实验观察的数值策略，并确定在DDT的最后阶段，湍流混合和冲击压缩对火焰加速的具体作用。采用的模拟程序是网格中网格方法：可压缩线性涡模型大涡模拟（CLEM-LES）。有人发现，平均湍流波动大于层流火焰速度，以保持波的速度以上的查普曼-茹盖（CJ）爆燃速度阈值，前体要求DDT发生。人们还发现，需要足够的湍流燃烧的火焰表面上，以驱动压力波，以充分加强领先的冲击波，局部，以触发自燃热点的波阵面。这些局部爆炸事件，被发现通过湍流表面反应烧毁，驱动横向压力波向外。在随后的冲击波反射或相互作用的横波，新的局部爆炸事件发生，这进一步加强了邻近的领先的冲击波以上的CJ爆轰速度。最后，通过这个过程，波维持CJ爆轰速度，平均而言，通过局部爆炸事件的循环机制，其次是湍流表面反应。最后，燃烧的火焰加速过程中发现，主要在于薄反应区制度。
2017-08-09 physics.flu-dyn
Ignition limit and shock-to-detonation transition mode of n-heptane/air mixture in high-speed wedge flows
本文通过求解反应欧拉方程，对正庚烷/空气混合物在高速楔形流场中的斜爆轰进行了二维数值模拟。这是第一次尝试模拟复杂的碳氢燃料ODW与详细的化学（44种和112个反应）。考虑了自由流当量比和速度的影响，预测了从斜激波到爆轰的突然而平稳的转变。着火极限，ODW特性，和过渡模式的可预测性进行了讨论。首先，均质定容点火计算进行了贫燃料和化学计量混合气。结果表明，点火延迟期一般随楔角的增大而增大。然而，由于负温度系数效应，观察到负楔角依赖性。当楔形长度减小时，正庚烷/空气混合物成功点火的楔形角范围减小。从二维稳态ODWs的模拟，初始长度一般随自由电子当量比的减小，但过渡长度表现出弱的非单调依赖性。平稳ODW通常发生在贫条件下（当量比< 0.4）。利用化学爆炸模态分析方法研究了冲击波/压缩波与诱导区内化学反应的相互作用。此外，通过量化点火延迟与化学激发时间的关系，探讨了冲击波转爆轰模式的可预测性。结果表明，点火延迟（激发时间）增加（减少）的自由燃烧当量比的三个研究来流速度。较小的激励时间对应于来自OSW后面点火位置的较强压力波。
2022-02-10 physics.flu-dyn
Ignition of Deflagration and Detonation Ahead of the Flame due to Radiative Preheating of Suspended Micro Particles
本文研究了含悬浮惰性粒子的可燃气体中的火焰传播。假设气体对燃烧产物发射的辐射是透明的，而颗粒吸收并重新发射辐射。热辐射加热颗粒，颗粒又通过热传导将热量传递给周围的气体混合物，使得气体温度滞后于颗粒的温度。我们考虑不同的方案，这取决于粒子的空间分布，它们的大小和数量密度。在颗粒均匀分布的情况下，辐射引起火焰前面的温度的适度增加和火焰速度的相应增加。火焰法向速度越小，辐射预热效果越强。在颗粒不均匀分布的情况下，使得颗粒数密度在火焰前面较小，而在火焰前面的远处区域中增加，由热辐射引起的预热可能触发额外的独立点火源。这种情况需要形成温度梯度，其最高温度足以在前进火焰前面的较致密颗粒云区域中点燃。根据在未燃烧混合物中形成的温度梯度的陡度，可以通过Zeldovich梯度机制引发爆燃或爆震。点火和由此产生的燃烧状态取决于在辐射吸收和气体动力学膨胀的作用下形成的温度分布。在煤尘火焰通过层状粉尘云传播的情况下，辐射传热效应可导致速度高达1000 m/s的燃烧波的传播，这可能是对煤矿粉尘爆炸起因的合理解释。
2015-07-02 physics.flu-dyn
Meso-resolved simulations of shock-to-detonation transition in nitromethane with air-filled cavities
采用二维细观数值模拟方法研究了液态硝基甲烷（NM）与充空气圆形空腔混合物中激波转爆轰（SDT）的全过程。研究了无孔洞纳米管、孔洞阵列纳米管和孔洞随机分布纳米管的冲击起爆行为。对于随机分布的空腔的情况下，数百个空腔明确解决了在模拟中使用扩散界面的方法来处理两个不混溶的流体和GPU启用的并行计算。在不调用任何经验校准的现象学模型的情况下，模拟中的反应速率由阿克里欧斯动力学控制。对于净NM的情况下，所产生的SDT过程的特点是superdetonation，从热爆炸后，延迟后的入射冲击波的通道，并最终赶上领先的冲击波阵面。对于明确考虑中尺度非均匀性的情况，捕获了一个渐进的SDT过程。这两个不同的引发行为的净NM和非均相NM混合物同意与实验结果。通过检查混合物的全局反应速率，表征SDT过程的独特时间尺度，即，对于每个模拟测量超越时间。对于小于约$9.4~\mathrm{GPa}$的输入冲击压力，由非均质混合物产生的超越时间比纯NM短。这种敏化效应在较低的输入冲击压力下更为明显。随机分布的腔被发现是更有效地提高SDT过程中比一个规则的阵列的腔。统计分析的细观分辨率的模拟数据提供了更多的洞察SDT过程的能量释放的机制。
2019-05-15 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Detailed chemistry modelling of rotating detonations with dilute n-heptane sprays and preheated air
液体燃料的利用对于在不久的将来实现旋转爆震发动机的商业化至关重要。本文采用欧拉-拉格朗日方法模拟了正庚烷稀雾和预热空气的旋转爆轰燃烧过程。采用二维平面构型，正庚烷燃烧采用44种组分、112个基元反应的骨架化学机理。首先分析了回灌区的流动结构、液滴分布和热化学参数。结果表明，在再填充区的混合物是不均匀的，包括蒸发液滴，蒸汽，和空气。当总温低于950 K时，平均当量比随总温的升高而增大。当温度高于950 K时，平均当量比几乎不变。随后，化学爆炸模式分析应用于确定燃料加注区和反应前沿的控制反应和主导燃烧模式。结果表明，在回填区的上游和下游，引发反应和低温反应分别占主导地位。低温化学反应产生的中间产物对未爆炸混合物的化学爆炸模式有重要影响。进一步分析了粒子扩散和分散液滴的影响。结果表明，在充注区发生了由液滴蒸发促进的蒸汽自燃。最后，研究了空气总温对爆轰传播速度和RDE推进性能的影响。结果表明，爆轰波传播速度和比冲随空气总温的升高而增大。
2022-02-12 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Imploding ignition waves: I. one dimensional analysis
我们证明了在可燃介质中，当激波变强的半径超过临界半径Rc时，会聚的球形和圆柱形激波可以点燃爆轰波。本文对理想气体状态方程和简单的（幂律-阿氏）反应定律，导出了R_c的近似解析表达式，并表明它能再现数值解的结果。对于典型的乙炔-空气实验，我们发现R_c~0.1 mm（球形）和R_c~1 mm（圆柱形）。我们认为在这些系统中观察到的爆燃转爆轰（DDT）可能是由于湍流爆燃流产生的会聚激波，其速度在>> Rc尺度上达到亚音速（但接近音速）。我们提出的机制不同于Zel'dovich等人提出的机制，其中需要在湍流爆燃流内保持化学诱导时间的微调空间梯度。我们的分析可以很容易地推广到更复杂的状态方程和反应定律。在Ia型超新星爆发的爆轰前条件下，白矮星内部的R_c的数量级估计为0.1 km，这表明我们提出的机制可能与这些系统中DDT的引发有关。我们提出的点火机制的相关性DDT启动可以通过实验和数值模拟来测试。
2012-06-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
High-fidelity simulations of shock initiation of an energetic crystal-binder system due to flyer impact
The University of Iowa（爱荷华大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文通过高保真meso尺度计算框架研究飞冲击发能量晶体-粘结剂系统，采用高阶WENO方案和物理准确的材料相互作用模型，评估数值处理和材料建模对meso尺度模拟的影响。
2026-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
