一種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)，屬于反應(yīng)工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自上世紀(jì)50年代開始，激波管已被發(fā)展成為有很多用途的試驗(yàn)工具之一。它已經(jīng)用于研究氣體動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、燃燒爆炸等領(lǐng)域。

在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域，研究反應(yīng)機(jī)制通常需要恒定的溫度壓力條件，傳統(tǒng)加熱方式（通常借助外部加熱）很難實(shí)現(xiàn)溫度的均勻化要求。采用激波管可以通過激波使實(shí)驗(yàn)氣體在很短時(shí)間內(nèi)（可達(dá)微秒級）被加熱，加熱溫度可通過激波強(qiáng)度控制完成，而且利用激波管研究快速化學(xué)反應(yīng)具有較好的一致性。然而，普通激波管利用高壓氣流的一次激波進(jìn)行增溫、增壓，雖可實(shí)現(xiàn)較高壓縮效率，但由于只利用了一次激波和反射激波的雙重增壓增溫效應(yīng)，對于高溫升、高壓比的場合往往需要更大的激波強(qiáng)度，而且反射激波與接觸面相交后的透射激波對反應(yīng)測試區(qū)的溫度壓力造成較大的干擾，為此需要復(fù)雜的配氣過程，盡量削弱透射激波的強(qiáng)度，但尋找合適的配氣會(huì)大大降低反應(yīng)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。因此，研制一種高溫升、高壓增比的急熱反應(yīng)系統(tǒng)是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)，其目的在于充分利用激波的固有特性，構(gòu)造激波多次壓縮功能，可顯著提高溫升、增壓比，并且可避免配氣過程，即利用激波和透射激波的多重增溫、增壓原理實(shí)現(xiàn)對被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的多次增溫、增壓以解決快速溫升、增壓比不足的問題；不必要為抑制激波管內(nèi)反射激波的二次反射而進(jìn)行繁雜的氣體組分配制工作。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激波對撞管系統(tǒng)、工作介質(zhì)系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，其特征是：所述工作介質(zhì)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源、被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源、真空泵和閥門組；所述檢測系統(tǒng)包含壓力表、真空表、動(dòng)態(tài)傳感器組件和光電倍增組件；所述激波對撞管系統(tǒng)包含激波對撞管、第一同步破膜裝置、第二同步破膜裝置和測試窗口；所述激波對撞管通過第一同步破膜裝置、第二同步破膜裝置劃分成兩端熱物性相同的第一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域、第二驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域和中間的被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域；所述三個(gè)介質(zhì)區(qū)域分別設(shè)有壓力表和真空表并通過閥門組與真空泵連接；在激波對撞管的中心位置段設(shè)有測試窗口，測試窗口的寬度由左右兩接觸面滯止位置限定；驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源通過閥門組分別與第一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域、第二驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域連接，被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源通過閥門組與被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域連接；動(dòng)態(tài)傳感器組件均布于第一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域、第二驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域和被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域；所述系統(tǒng)利用相向而行的運(yùn)動(dòng)激波及其透射激波的多重快速增壓、增溫，急速實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)的升溫、升壓，并保持長時(shí)間恒溫恒壓環(huán)境，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)中的溫度、壓力、組分和濃度。

本實(shí)用新型的有益效果是：這種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)，相比普通激波管具有如下技術(shù)優(yōu)勢：

1、利用激波和透射激波的多重快速增溫、增壓機(jī)制，實(shí)現(xiàn)被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的急速升溫、升壓，且能保持較長時(shí)間內(nèi)溫度、壓力的恒定；

2、利用激波自身的耗散性質(zhì)，自行削弱接觸面前透射激波強(qiáng)度，節(jié)省配氣工作。

附圖說明

圖1是一種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)圖。

圖2是一種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)的工作波圖。

圖1中：1、壓力表，2、真空表，3a、第一同步破膜裝置,3b、第二同步破膜裝置,4、動(dòng)態(tài)傳感器組件，5、測試窗口，6、激波對撞管，7、驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源，8、被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源，9、真空泵，10、閥門組，11、光電倍增組件，DGa、第一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域，DGb、第二驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域，DN、被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域。

圖2中：A、被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)，B_L、左驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)，B_R、右驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)，C_L、左一次壓縮區(qū)，C_R、右一次壓縮區(qū)，D_L、左低溫低壓區(qū)，D_R、右低溫低壓區(qū)，E、二次壓縮區(qū)，F(xiàn)_L、左耗散區(qū)，F(xiàn)_R、右耗散區(qū)，G、滯止介質(zhì)區(qū)，H_L、左三次壓縮區(qū)，H_R、右三次壓縮區(qū)，S_L、左運(yùn)動(dòng)激波，S_R、右運(yùn)動(dòng)激波，R_L、左膨脹波，R_R、右膨脹波，CF_L、左接觸面，CF_R、右接觸面，S_L⁽¹⁾、左初次透射激波，S_R⁽¹⁾、右初次透射激波，S_L⁽²⁾ 、左二次透射激波，S_R⁽²⁾、右二次透射激波，S_L^R、左反射激波，S_R^R、右反射激波，CF_L⁽¹⁾、一次作用左接觸面，CF_R⁽¹⁾、一次作用右接觸面，CF_L⁽²⁾、滯止左接觸面，CF_R⁽²⁾、滯止右接觸面，S_L^PR、第一反射激波的左透射激波，S_R^PR、第一反射激波的右透射激波，t₀、破膜時(shí)刻，t₁、左右運(yùn)動(dòng)激波相交時(shí)刻，t₂、第一反射激波的透射激波與一次作用接觸面相交時(shí)刻，t₃、滯止接觸面與反射而回的膨脹波波前相交時(shí)刻。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1 利用激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)對化學(xué)反應(yīng)氣體急速升溫升壓。

圖1示出了一種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)。該種激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)包括激波對撞管系統(tǒng)、工作介質(zhì)系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。工作介質(zhì)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源7、被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源8、真空泵9和閥門組10。檢測系統(tǒng)包含壓力表1、真空表2、動(dòng)態(tài)傳感器組件4和光電倍增組件11。激波對撞管系統(tǒng)包含激波對撞管6、第一同步破膜裝置3a、第二同步破膜裝置3b和測試窗口5；所述激波對撞管6通過第一同步破膜裝置3a、第二同步破膜裝置3b劃分成兩端熱物性相同的第一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DGa、第二驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DGb和中間的被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DN；所述三個(gè)介質(zhì)區(qū)域分別設(shè)有壓力表1和真空表2并通過閥門組10與真空泵9連接；在激波對撞管6的中心位置段設(shè)有測試窗口5，測試窗口5的寬度由滯止左、右接觸面的滯止位置限定；驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源7通過閥門組10分別與第一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DGa、第二驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DGb連接，被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)源8通過閥門組10與被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DN連接；動(dòng)態(tài)傳感器組件4均布于第一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DGa、第二驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DGb和被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)域DN；所述系統(tǒng)利用相向而行的運(yùn)動(dòng)激波及其透射激波的多重快速增壓、增溫，急速實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)氣體的升溫、升壓，并保持長時(shí)間恒溫恒壓環(huán)境，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)中的溫度、壓力、組分和濃度。

圖2示出了激波對撞型急熱反應(yīng)系統(tǒng)的工作波圖，其工作過程如下：

1在t₀時(shí)刻破膜后，激波對撞管內(nèi)由于初始不連續(xù)邊界條件，進(jìn)而產(chǎn)生相向運(yùn)動(dòng)的左運(yùn)動(dòng)激波S_L、右運(yùn)動(dòng)激波S_R分別一次壓縮被驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)A中化學(xué)反應(yīng)氣體，使其溫度、壓力升高，形成左一次壓縮區(qū)C_L、右一次壓縮區(qū)C_R；相背運(yùn)動(dòng)的左膨脹波R_L、右膨脹波R_R分別使左驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)B_L、右驅(qū)動(dòng)介質(zhì)區(qū)B_R中介質(zhì)的溫度、壓力下降；

2兩相向運(yùn)動(dòng)的左運(yùn)動(dòng)激波S_L、右運(yùn)動(dòng)激波S_R相交后，相互透射為相背運(yùn)動(dòng)的左初次透射激波S_L⁽¹⁾、右初次透射激波S_R⁽¹⁾，且對左一次壓縮區(qū)C_L、右一次壓縮區(qū)C_R內(nèi)化學(xué)反應(yīng)氣體進(jìn)行二次壓縮，使其溫度、壓力更高，形成激波二次壓縮區(qū)E；左初次透射激波S_L⁽¹⁾、右初次透射激波S_R⁽¹⁾隨后分別與相向運(yùn)動(dòng)的右接觸面CF_R、左接觸面CF_L相遇，發(fā)生透射、反射現(xiàn)象，產(chǎn)生右二次透射激波S_R⁽²⁾、左二次透射激波S_L⁽²⁾與右反射激波S_R^R、左反射激波S_L^R，其中產(chǎn)生的右反射激波S_R^R、左反射激波S_L^R會(huì)對激波二次壓縮區(qū)E內(nèi)被化學(xué)反應(yīng)氣體繼續(xù)進(jìn)行第三次壓縮，形成左三次壓縮區(qū)H_L、右三次壓縮區(qū)H_R，使其溫度、壓力再次升高，而左接觸面CF_L、右接觸面CF_R在與右初次透射激波S_R⁽¹⁾、左初次透射激波S_L⁽¹⁾相遇后會(huì)變?yōu)榈退俚囊淮巫饔米蠼佑|面CF_L⁽¹⁾、右接觸面CF_R⁽¹⁾；左反射激波S_L^R、右反射激波S_R^R相遇后產(chǎn)生的第一反射激波的左透射激波S_L^PR、第一反射激波的右透射激波S_R^PR繼續(xù)對化學(xué)反應(yīng)氣體進(jìn)行增溫增壓，產(chǎn)生的第一反射激波的左透射激波S_L^PR、右透射激波S_R^PR分別與一次作用左接觸面CF_L⁽¹⁾、右接觸面CF_R⁽¹⁾ 相遇，作用后形成的滯止左接觸面CF_L⁽²⁾、滯止右接觸面CF_R⁽²⁾ 會(huì)處于滯止?fàn)顟B(tài)，由此在激波對撞管中部兩滯止接觸面間便會(huì)形成高溫高壓滯止介質(zhì)區(qū)G，實(shí)現(xiàn)對化學(xué)反應(yīng)氣體急速升溫、升壓的目的。對稱中心放置的測試窗口5的寬度由滯止左接觸面CF_L⁽²⁾和滯止右接觸面CF_R⁽²⁾的滯止位置限定，測試起始時(shí)間區(qū)間由左右運(yùn)動(dòng)激波相交時(shí)刻t₁和第一反射激波的透射激波與一次作用接觸面相交時(shí)刻t₂限定。