Page 41 - 《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

程中的对流项，采用 vanLeer限制器保证通量的 300 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000
T/K
数值稳定性。时间积分采用隐式的二阶 Crank-
0.1 mm
Nicolson 格式 [47] ，并同时设置最大库朗数不超过 OSW
SL
0.1。此外，物质的热力学性质根据 JANAF 模型
描述，使用 Marinov 等 [48] 提出的 27 步详细化学
RDW FML
反应机理，该机理已被成功用于爆轰相关的数值
0.2 mm
模拟 [29, 49-51] ，能有效地揭示流场中的爆轰相关参
数，求解过程中采用欧拉隐式方法求解化学反应
过程。
1.3 网格无关性验证
0.4 mm
为进行网格无关性验证，本节分别采用尺
寸为 0.1、0.2 和 0.4 mm 的 3 组均匀网格对上述
RDC 模型在当量比为 0.6 的工况下进行计算，设
置总压 p =1 MPa，总温 T =300 K。图 2 展示了
0 0
3 组不同网格尺寸下稳定传播时刻（450 μs）的温
图 2 不同网格尺寸下的温度云图
度云图。可以观察到，在不同网格尺寸下，RDC
Fig. 2 Temperature contours under different grid sizes
内的流场结构均表现出良好的一致性，其中旋转

爆 轰 波 （ RDW） 、 斜 激 波 （ oblique shock wave， 7
OSW）、滑移线（slip line，SL）以及新鲜混合物层 0.1 mm
6 0.2 mm
（fresh mixture layer，FML）等特征结构清晰可 0.4 mm
见。随着网格细化，爆轰波后的滑移线呈现出更 5
为清晰的细节。此外，图 3 给出了 RDC 内靠近 4
p/MPa
进口（y = 7 mm）处的静压分布曲线，3 组网格得到 3
的压力分布均与 ZND 结构吻合较好。对应的压
力峰值见表 2，分别为 6.14、5.96 和 5.31 MPa。 2
此时，3 种网格中爆轰波的传播速度分别为 1 697、 1
1 690 和 1 679 m/s，与 SDToolbox [52] 计算的理论
C-J 速度相比，相对误差依次为 1.27%、1.7% 和 0 0.05 0.10 0.15 0.20
x/m
2.37%。结果表明，0.2 mm 网格所得的爆轰波数
据与 0.1 mm 网格的结果更为接近。综合考虑上 图 3 RDC 内 y=7 mm 处的压力分布
述定性及定量分析，并参考文献 [10]，[26]，[30]， Fig. 3 Pressure distribution at y=7 mm in RDC
为在计算资源与模拟精度之间取得平衡，最终选用 0.2 mm 的均匀网格进行计算。

表 2 不同网格尺寸下的 RDW 速度及峰值压力
Table 2 Velocities and peak pressures of RDW under different grid sizes
−1
网格尺寸/mm RDW速度/(m·s ) RDW峰值压力/MPa
0.1 1 697 6.14
0.2 1 690 5.96
0.4 1 679 5.31

2 结果与讨论

2.1 传播模态汇总
在旋转爆轰燃烧室的研究中，传播模态对 RDE 性能具有重要影响。图 4 为 3 000 μs 时不同当量

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