一种量化预混气爆轰不稳定度的管道系统及其方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及爆轰机理研究方法，特别是爆轰不稳定度与爆轰结构的研究的一种量 化预混气爆轰不稳定度的管道系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 文献l(Lee，J.H.S. Dynamics of exothermicity. 1995: 321 - 335. Gordon and Breach.)指出，稳定与不稳定爆震媳爆机制不同。横波轨迹形成的胞格结构的量化研 究在爆震传播中非常重要。实验中获得的烟膜上记录的轨迹不是直线前进，为了解释并描 述这个现象的原因需要研究不同气体的不稳定程度。一直以来，烟膜轨迹来描述的"规则轨 迹"和"不规则轨迹"的分类是定性和主观的。对于烟膜上记录的高度不规则横波轨迹很难 明确其结构性质。因此，定量分析预混气的爆轰不稳定性对完善爆轰机理有重要意义。在此 以烟膜轨迹的不规则度来描述预混气爆轰不稳定度。
[0003] 如果直接扫描烟膜来获得轨迹是十分困难的。因为非均匀烟灰沉积物导致的"灰 度不均匀"、"误差"，调整"灰度"是必需的。文献2(J.J. Lee，Frost D，Lee JHS， Knystautas R (1993) Digital signal processing analysis of soot-foils. Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA Press, Washington, 153: 182-202.)和文南犬3(J.J. Lee , D. Garinis, Two-dimensional autocorrelation function analysis of smoked foil patterns, Shock Waves, 1995，5: 169-174.)指出进行烟膜 轨迹的手绘记录扫描，得到可以进行数字处理的轨迹图片的方法。在过去几十年里，尽管对 爆震的稳定性理论开展了研究，但目前仍然没有系统的定量方法。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，可获得多种预 混气在不同初始压力条件下的烟膜，可定量描述不同预混气的爆轰不稳定程度的的量化预 混气爆轰不稳定度的管道系统及其方法。
[0005] 本发明的技术方案是:一种量化预混气爆轰不稳定度的管道系统，该系统包括引 爆管、第一管路、第二管路、烟膜和测量装置； 所述引爆管的一端通过第一法兰与所述第一管路的一端密封连接，所述第一管路的另 一端通过第二法兰与所述第二管路的一端密封连接，所述引爆管的另一端与所述第二管路 的另一端分别通过带有橡胶密封圈的法兰封头密封，所述测量装置设置在所述第一管路和 第二管路上，所述烟膜设置在第二管路的内部位于带有橡胶密封圈的法兰封头的一侧。
[0006] 进一步，所述测量装置包括光纤和光纤固定圈，所述光纤通过光纤固定圈分别固 定在所述第一管路和第二管路的外侧壁上。
[0007] 进一步，所述引爆管为金属管，所述引爆管长度为0.8-1.2m，内径为50.8mm-63.5mm〇
[0008] 进一步，所述第一管路和第二管路均为高强度PC管，内径为50.8mm-63.5mm。
[0009]进一步，所述烟膜的厚度为0.04 mm以上。
[0010] 本发明的另一目的是提供使用上述管道系统的进行分析的方法，具体包括以下步 骤： 步骤1.首先将管道系统组装完成，检测密封性，向管道系统内通入测试气体，利用等容 条件计算爆破管内测试气体的气分压，获得精准的实验初始压力值，然后引爆测试气体，起 爆后，将引爆管内抽真空然后缓慢放入大气，以保证不要在烟膜上形成冲刷痕迹，打开封头 法兰，取出带有轨迹图的烟膜后均匀喷透明的保护漆，对所述烟膜进行扫描，得到扫描图 像； 步骤2.对经步骤1得到扫描图像进行定量不稳定分析，以烟膜的真实高度即为轨迹图 上作出一条垂直线，确定垂直线的像素离散点的数量n，当一条垂直线碰到轨迹线时即记录 下这个线上突变的像素的位置，值记为'1'，其它的像素点值记为'0'，每一个像素都被离散 数值化，就将轨迹图转化得到一个离散函数，以序列函数X (η)记录离散函数，含有1和0的 离散信号，η是离散点的数量，X是离散点的值，由' Γ和' 0 '构成； 根据以下公式计算自相关函数Φ xx(m)，公式如下： 式中，辫】是减>)和y〇〇的互相关函数，Μ为个单元个数;y(n)是χ(η)的零填充 序列平移函数，η是所有垂直线得到离散点的数量，m为平移值，X是离散点的值； 步骤3:计算结束后可直观给出自相关函数结果的频谱图形式，图中的第一个最高峰值 所占比例?lstmax，即对应的纵坐标数值，及高出其它峰值所占比例的倍数?lsW? 2UP 给出预混气爆轰不稳定度。
[0011] 当轨迹完全规则，离散函数在平移一定间距后仍会与原函数重复；也仅在平移距 离是轨迹间距的倍数时，离散函数与平移后的离散函数完全重复，那么自相关函数ACF的第 一个最高峰值对应的平移距离就是主要轨迹间距，其它峰值对应占比较少的轨迹间距及倍 数。即使是不规则的轨迹，自相关函数的第一个峰值也代表出现频率最高的轨迹间距。因此 自相关函数结果的第一个最高峰值所占比例及高出其它峰值的倍数即给出预混气爆轰不 稳走度。
[0012] 本发明的优点及积极效果：由于采用上述技术方案，本发明可靠灵活的快速获得 多种预混气的不同初始压力下的烟膜结果，给出数字化处理烟膜图像的技术方法。系统完 善了定量化预混气爆轰不稳定程度的方法，能广泛应用于预混气的烟膜轨迹分析，利于进 行量化对比。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的量化预混气爆轰不稳定度的管道系统的结构示意图。
[0014] 图2为CH4+202预混气初始压力7.25 kPa的爆轰烟膜轨迹图。
[0015]图3为CH4+202预混气初始压力7.25 kPa烟膜的左旋轨迹线图。
[0016]图4为CH4+202预混气初始压力为7.25 kPa烟膜左旋轨迹无偏颇自相关函数。
[0017]图5为CH4+202预混气初始压力为7.25 kPa烟膜左旋轨迹偏颇自相关函数。
[0018]图中： 1、引爆管;2、第一法兰，3、第一管路，4、第二法兰，5、第二管路;6、烟膜，7、封头法兰， 8、光纤固定圈，9、光纤。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0020] 如图1所示为本发明一种量化预混气爆轰不稳定度的管道系统的结构示意图，该 系统包括引爆管、第一管路、第二管路、烟膜和测量装置； 所述测量装置包括光纤和光纤固定圈； 其中，所述引爆管的一端通过第一法兰与所述第一管路的一端密封连接，所述第一管 路的另一端通过第二法兰与所述第二管路的一端密封连接，所述引爆管的另一端与所述第 二管路的另一端分别通过带有橡胶密封圈的法兰封头密封，所述测量装置设置在所述第一 管路和第二管路上，所述烟膜设置在第二管路的内部位于带有橡胶密封圈的法兰封头的一 侦I所述光纤通过光纤固定圈分别固定在所述第一管路和第二管路的外侧壁上。所述引爆 管为金属管，所述引爆管长度为〇. 8-1.2m，内径为50.8mm-63.5mm。所述第一管路和第二管 路均为高强度PC管，内径为50.8mm-63.5mm。所述烟膜的厚度为0.04 mm以上。
[0021] 本发明的另一目的是提供上述系统的试验方法，具体包括以下步骤： 步骤1.首先将管道系统组装完成，检测密封性，向管道系统内通入测试气体，利用等容 条件计算爆破管内测试气体的气分压，获得精准的实验初始压力值，然后引爆测试气