惰性气体对氢氧爆轰特性的影响规律

为了减小氢氧爆轰激波管产生的高温高压高速膨胀气流对反应室的侵蚀作用,提高激波管安全性,更好地利用爆轰驱动能力,需要对反应室内流场进行优化设计.借助Fluent软件,基于压力基PISO算法和标准K-ε湍流模型,采用氢氧19步基元反应模型和Peng-Robinson真实气体状态方程,对中高压条件下反应室内氢氧爆轰的形成与发展过程进行了数值模拟,研究了反应室内惰性气体组分及配比、初压等因素对流场特性的影响.结果表明:不同的惰性气体对爆轰参数有不同的影响;在0.2 MPa,298 K初始条件下,混合气体内增加氮气的体积分数可以降低爆温,氩气有助于降低爆速,而氦气会提高爆压和爆速;高含量的氩气和氦气可以使氢氧正常爆轰,但氮气体积分数达到62.5％时较难爆轰,在70％时氢氧爆轰过程无法形成.在0.1～1 MPa范围内,对2H2∶O2∶7Ar混合气体,爆轰压力与初压成正比例关系.在298～373 K范围内,保持2H2∶O2∶5N2混合气体初压为0.2 MPa,初温增加至323 K时,化学反应速率加快使爆压和爆温升高,之后提高初温,单位体积反应物浓度下降使爆压和爆温下降.