使用惰性气体减弱和阻止爆轰波传播是工业安全领域内减轻潜在损害的有效策略，这一过程涉及复杂的物理和化学机制。本文利用基于OpenFOAM平台构建的自定义求解器，系统研究了不同长度的惰性气块与爆轰波之间的相互作用。
研究发现，惰性气块下游可能出现不同的流动状态，显示出不同的胞格结构（如图1），且可燃预混气的再起爆距离与惰性气块长度之间存在显著的指数关系（如图2）。在再起爆过程中，粘性边界层内的非等熵过程在引发上下通道壁面处的火焰方面发挥着关键作用。随后，火焰之间的碰撞引发了爆轰，同时，压缩波与壁面的相互作用也能触发局部爆轰，起爆过程中的压力和温度变化曲线如图3所示。值得注意的是，爆轰波和透射激波的冲击导致了惰性气块与周围可燃预混气的混合及其向下游的运动。具体而言，惰性气块左右界面的运动可以分为两个阶段（如图4），这主要是由于后向传播的膨胀波的冲击以及再起爆过程产生的高压阻碍所致。随着惰性气块长度的增加，这两个阶段的速度差异逐渐减小。
本文揭示了惰性气块长度对爆轰波的影响，阐明了可燃预混气再起爆的机制，并发现了惰性气块界面的运动模式。本研究不仅加深了对爆轰波与惰性气块相互作用机制的理解，也为工业安全领域内的爆炸抑制和熄灭技术提供了重要参考。通过本研究提供的理论基础，有助于开发更加有效的爆炸控制策略，从而提高工业生产的安全水平。
图1 不同惰性气块长度下的数值胞格图
图2 预混气的再起爆距离与惰性气块长度的关系
图3 预混气再起爆过程的压力和温度分布曲线
图4 惰性气体块左侧和右侧界面的运动
团队介绍
朱跃进（通讯作者、团队负责人），现任江苏大学能源与动力工程学院教授/博导，英国伦敦大学学院访问学者，《火箭推进》杂志首届青年编委，江苏省“科技副总”。主要从事可压缩反应流，如，激波、爆轰相关的理论和应用研究，以及高效换热技术的研究。主持国家自然科学基金3项，省部级项目1项，发表SCI/EI论文80余篇，授权中国发明专利8项，国际发明专利2项。
司晨威（第一作者），研究方向为“爆轰波传播特性研究”，已取得江苏大学硕士学位，目前在潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司工作。
课题组长期招收博士后、博士及硕士研究生，主要招生的学科方向包括动力工程及工程热物理、流体力学、空气动力学、航空宇航科学与技术、能源动力；诚挚欢迎优秀学子加入：zyjwind@163.com。
文章信息
On the interaction between a detonation wave and an inert gas plug: A numerical investigation
Chenwei Si (司晨威); Min Zhao (赵珉); Yuejin Zhu (朱跃进)
Physics of Fluids 35, 126104 (2023)
https://doi.org/10.1063/5.0176644
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期刊介绍
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