Page 40 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 吴 宇，等： 进口压力扰动对氢气燃料旋转爆轰特性的影响 第 9 期

（2）当 p ＞ p ＞ p 时，以亚声速填充反应物，注入流动特征为：
r
c
0
w
Ã
ã γ−1 ñ
Å Å ã γ−1 ô
p γ 2γ p γ
p = p w ， T = T 0 ， v = RT 0 1− (2)
p 0 γ −1 p 0
（3）当 p ≤ p 时，反应物按声速填充，注入流动特性为：
r
c
w

2γ
p = p cr ， T = T cr ， v = RT 0 (3)
γ +1
式中：R 为气体常数；γ 为混合气的比热比；p 和 r T 分别为临界压力和临界温度，其定义分别为：
r
c c
ã γ
Å Å ã
2 γ−1 2
p cr = p 0 ， T cr = T 0 (4)
γ +1 γ +1
为研究高频小幅压力扰动进口对 RDC 内部爆轰流场的影响，在燃料进口处对总压施加频率 5 kHz、
振幅 0.1 MPa 的高频小幅扰动，具体形式如下：
(5)
p 0 = Asin(2πft)+ p 1
式中：平均总压 p 为 1 1 MPa；A 为扰动振幅，取值
表 1 计算算例设置
为 0.1 MPa；f 为扰动频率，取值为 5 kHz；t 为时
Table 1 Computational case settings
刻；进口总温设为 300 K。初始时刻，RDC 内部
工况 A/MPa f/kHz ER
空气静温设为 300 K，静压设为 0.1 MPa。在计算
1 0.1 5 0.6
区域左下角设置长度为 1 mm，高度为 5 mm 的高
2 0.1 5 0.8
温高压区域，温度为 2 500 K，压力为 4 MPa。同
3 0.1 5 1.0
时，在该高温高压区域前设置静压为 0.1 MPa、
4 0.1 5 1.2
静温为 300 K 的不同当量比的氢气/空气混合物，
5 0.1 5 1.4
共设置 6 组算例，如表 1 所示，探究在特定高频
6 0.1 5 1.6
小幅压力扰动进口下的流场结构及 RDW 演化
规律。
1.2 控制方程与数值方法
采用耦合化学反应源项的可压缩欧拉方程，具体表示为：
∂U ∂E ∂F
+ + = S (6)
∂t ∂x ∂y
       
ρ ρu ρv 0
   ρY i u   ρY i v   
ρY i ˙ ω i
       
2
U =  ρu  ，E =  ρu + p  ，F =  ρvu  ，S =  0  (7)
       
2
 ρv   ρuv   ρv + p   0 
ρE u(ρE + p) v(ρE + p) ˙ ω T
式中：U 为守恒变量，E 和 F 分别为 x 和 y 方向的对流通量，S 为化学反应相关源项；i=1， 2，···，N−1；N 为
(
)
组分总数；Y 为第 i 个组分的质量分数；E 为混合物的总能，定义为 E = e+ u +v /2 ，e 为显内能； ˙ ω i
2
2
i
N
∑
（i=1，2，···，N−1）为化学反应中第 i 个组分的质量生成率； ˙ ω T 为放热速率源项， ˙ ω T = ˙ ω i h i ，h 为第 i 个
i
i=1
ρRT
p = M 为混合气
组分的生成焓。此外，结合完全气体的状态方程 即可对控制方程组进行封闭，其中，
M
的平均摩尔质量。
计算过程基于开源平台 OpenFOAM 进行，求解器采用 rhoReactingCentralFoam [39] ，该求解器被广泛用
于模拟可压缩、多组分超声速反应流和爆轰燃烧场景 [29, 40-45] ，其有效性已经得到了验证。控制方程通过
有限体积法进行离散，计算过程中采用二阶中心迎风 KNP（Kurganov-Noelle-Petrova）格式 [46] 处理能量方
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