FLUENT脉冲爆轰发动机的DDT过程数值模拟(4)
在Chapman和Wheeler提出了障碍物对火焰加速的影响导致了DDT过程之后，关于DDT过程的研究中断了大约优尔十年，直到1980年DDT过程与工业爆炸安全的联系才吸引了人们的注意。McGill大学[9]对间隔一倍管径处放置扰流器的管道内的火焰加速和DDT过程开展了广泛的研究。之后，对燃料类型、混合物组成、管道直径和障碍物阻塞比对火焰速度的影响也进行了研究。研究结果表明，形成DDT过程需要（a）在爆轰之前火焰需要加速到一个很高的速度，至少达到燃烧产物的声速量级；（b）孔径需要足够大，至少达到管道内混合物爆轰胞格尺寸量级。Lee在方管中进行DDT过程的研究，发现增加平板障碍物能提高湍流强度，且当障碍物阻塞比在0.3~0.6范围内时，能促进传播速度的增加。
此外，随着计算流体力学的发展，也有了一些关于DDT过程的数值模拟方面的研究。A M Khokhlov[10]研究了乙炔/空气预混激波管内湍流向爆轰转变的过程，忽略了其中层流到湍流的过程。研究表明，湍流火焰会形成热点，当热点达到临界着火点，就会产生小的爆炸波不断向外传播，直至与激波结合形成超声速爆轰波。Vadim N Gamezo等[11]，对不同进口马赫数下的DDT过程进行数值模拟，结果表明，当进口马赫数增加时，DDT距离缩短。国内目前在DDT过程的数值模拟方面也进行了一些工作。张群等[12]研究液态辛烷/空气的混合燃料在一文空间内的DDT过程；张宇[13]对DDT过程进行数值模拟，改变点火能量、点火位置以及障碍物间距等，研究这些因素对DDT距离的影响；陈英[14]把带预燃腔和不带预燃腔的爆轰管内的DDT过程进行比较，并得出加了预燃腔可以缩短DDT时间的结论。
1.3.3 PDE的关键技术
尽管PDE相对于现有的推进系统具有很多潜在的优势，但同时要将PDE真正应用到实际中去，还是有很多关键技术需要解决，主要体现在以下几个方面[1,15,16]：
（a）可燃混合物的快速形成
高频爆轰是脉冲爆轰发动机的一个很重要的性能，要实现高频爆轰，就必须要解决快速形成可燃混合物的问题。其中燃油雾化是关键，因为油雾初始SMD越小，油珠总面积越大，蒸发越快，混合气体形成也就越快。所以喷油系统很重要，除了要有良好的雾化性能，还需要使油雾场和流场匹配，以达到油气均匀性的要求。
（b）爆轰波的触发与起爆
爆轰波的触发是脉冲爆轰发动机的核心，尽管之前在起爆方面做了大量的试验，但很多都是基于单次爆轰，且数据与试验参数紧密相关，很难应用到实际的脉冲爆轰发动机中去。另外，目前关于起爆的数值模拟，都是基于大量的假设，不够准确。所以实际情况里，首先要解决的是如何实现以较小的能量起爆，然后触发可控的爆轰波。
（c）协调控制技术
脉冲爆轰发动机是间歇性工作的，其中包含了多个工作过程，如充气过程、爆轰波的触发过程、传播过程以及膨胀排气过程等等，需要人为控制各个过程，如果控制不当，则会出现脉冲爆轰发动机不稳定工作，产生一系列问题。
（d）进排气技术
由于脉冲爆轰发动机的工作范围很宽，因此要求进排气系统的适应范围更宽，这给进气道和喷管的设计带来了很大的挑战。另外，对于阀门系统的要求也很高，要求频响高、效率高、阻力小等等，给阀门系统的设计也带来了很大的困难。
除了以上几个需要解决的关键技术外，还有例如每个循环之后需要快速消除爆轰管上的余热，需要解决爆轰管的结构强度问题，需要开发出PDE性能参数的动态测量技术等等。
1.4 本文主要研究内容
如前所述，脉冲爆轰发动机具有众多的性能优势，而DDT过程对脉冲爆轰发动机的研究又有极为重要的意义，因此本文主要对脉冲爆轰发动机的DDT过程进行数值模拟，其中主要的研究内容包括：