从图论与几何概率到三维爆轰胞格的代表性宽度
流体动力学
2023-08-15 v4
摘要
我们提出一种模型，用于预测反应气体中胞格状爆轰波前正视图上所观测三维不规则图案的代表性宽度。其物理前提是：胞格燃烧过程单位时间产生的已燃质量与平均平面稳态 Zel'dovich-von Neuman-Döring (ZND) 过程相同。不规则胞格的横波被描述为一个受平稳遍历过程支配的随机系统，考虑到图案的分布应具有相同的时间与统计平均性质。图论据此定义一个理想胞格，其分组等价于实际三维胞格波前；几何概率确定参数化该模型的平均已燃分数；ZND 计算借助 ZND 反应区内流体元的时间-位置关系使问题闭合。该模型限于爆轰反应区中唯一起爆机制为绝热激波压缩的情形，如本文所考虑的以 H2、C3H8 或 C2H4 为燃料的混合物。其测量宽度与计算宽度之比显示一致性优于或在可接受实验不确定度内，取决于 ZND 计算所用化学动力学方案的品质。然而，CH4:O2 混合物的比较显示严重高估，间接证实这些混合物中的爆轰反应区必然包含其他促成燃烧的起爆机制，如湍流扩散。在此类情形下，纵向烟迹记录上的胞格宽度离散度极大，故平均宽度可能并非相关的爆轰特征长度。该模型易于作为 ZND 剖面的后处理实现，并可快速估算胞格宽度、长度与反应时间。
引用
@article{arxiv.2301.02803,
title = {From graph theory and geometric probabilities to a representative width for three-dimensional detonation cells},
author = {Vianney Monnier and Pierre Vidal and Vincent Rodriguez and Ratiba Zitoun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.02803},
year = {2023}
}
备注
Extended version