射流声阻抗差异对爆轰管口流场结构影响的数值模拟研究

摘要

为研究射流环境中声阻抗差异对爆轰管口流场结构的影响规律，建立爆轰管内外流场的轴对称模型，采用OpenFoam平台的rhoReactingCentralFoam求解器进行耦合求解。通过在管口处构建氩气、氢气和空气混合物、氦气3种自由射流区域，结合管口处是静止空气时的仿真结果，分析了管内外介质声阻抗差异对爆轰流场结构的影响。结果表明：氩气射流和静止空气会使爆轰波溢出管外时，在声阻抗间断面处形成反射激波；氦气射流会使爆轰波溢出管外时，在声阻抗间断面处形成反射稀疏波；氢气和空气混合物射流则对该过程无影响。在氩气射流和静止空气中形成的马赫盘减小到基本消失，滑移线和其后的超音速区域在马赫盘附近相遇；氢气和空气混合物射流和氦气射流中的马赫盘减小后仍保持一定大小，滑移线和其后的超音速区会在离马赫盘较远的地方相遇。自由射流与可爆混合物的声阻抗差异会使前导激波波阵面发生变形并改变其指向性。氩气射流中的前导激波阵面在靠近中心轴线处弯曲程度减小，静止空气中的前导激波大致呈现球面波的形态，氢气和空气混合物射流与氦气射流中的前导激波阵面发生凸起。

关键词

OpenFoam / 爆轰 / 管口流场 / 射流声阻抗 / 流场结构

基金资助

国家自然科学基金青年基金项目(12302439); 瞬态物理重点实验室基金(6142604200202); 江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20190439)