燃燒轉(zhuǎn)爆轟8.3燃燒轉(zhuǎn)爆轟現(xiàn)象的突出特征燃燒向爆轟的轉(zhuǎn)變可以在多種條件下發(fā)生，它取決于特定的爆轟被激發(fā)的方式。然而，我們將首先考慮經(jīng)典轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的研究，在長壁光滑管中的燃燒不斷加速后點(diǎn)火直到突然轉(zhuǎn)變發(fā)生爆轟。

圖8.3典型的通過熱的燃燒產(chǎn)物前竄來實(shí)現(xiàn)突然轉(zhuǎn)爆轟的條紋圖像點(diǎn)火是通過熱產(chǎn)物小規(guī)模的前竄,熱產(chǎn)物從一個微小的孔（2）至一個爆轟波（1）在孔板上游的反射?？装澹?）基本上認(rèn)為是封閉的管，在此發(fā)生點(diǎn)火。燃燒傳播的最初是層流燃燒（4），最終成為湍流的（5），以更寬和更激烈的湍流反應(yīng)區(qū)表現(xiàn)出來。在（6）發(fā)生突然轉(zhuǎn)爆轟，緊接著一個超壓爆轟（7）首先形成，然后衰變到混合物的CJ速度。沖擊波稱作為回爆波（9），在爆炸的同一時間形成，向燃燒產(chǎn)物傳播。發(fā)生爆轟時也形成橫向沖擊波（8），之后通過管壁反射，隨著產(chǎn)生的氣體被壓縮，形成周期性的發(fā)光度的波段。圖8.4說明了火焰的燃燒速率增加產(chǎn)生的壓力波的線條紋影照片它說明了壓力波的產(chǎn)生是火焰的燃燒速率增加直至點(diǎn)火的結(jié)果。由于電火花點(diǎn)火后擴(kuò)大的球形火焰內(nèi)核的燃燒速率的增加，一系列壓縮波開始產(chǎn)生。在大約0.1米（或0.50毫秒）減速是由于當(dāng)最初的球形火焰內(nèi)核觸壁和火焰變平時減少了火焰面積。在1毫秒左右的第二次加速是由于火焰變?yōu)橥牧?，形成所謂的郁金香狀火焰，在管壁附近比在管軸中傳播的快。圖8.5火焰加速初期至點(diǎn)火的序列條紋圖解。由于燃燒不穩(wěn)定，火焰的波陣面是一個多孔的結(jié)構(gòu)，并且在正在傳播的火焰前面有一系列弱的壓縮波。圖8.6火焰加速后期的序列條紋圖解。火焰的細(xì)胞結(jié)構(gòu)有很好的比例規(guī)模。同時，弱壓縮波疊加，在火焰端面可以看到一系列強(qiáng)的壓縮波。這些強(qiáng)壓縮波最終會合并成為一個沖擊波前身。圖8.7轉(zhuǎn)爆轟的序列條紋圖解在第三個火焰圖上，在管壁底部的湍流火焰區(qū)可以看到兩個局部的爆炸中心的形成。這些爆炸中心隨時間增長，但是沒有爆轟產(chǎn)生。在從上數(shù)第五張火焰圖上，我們注意到在管壁底部附近，在前兩個爆炸中心中間產(chǎn)生了第三個爆炸中心。在第五張火焰圖上已經(jīng)形成了一個爆轟泡。這個由第三個爆炸中心產(chǎn)生的半球形的爆轟泡，作為一個驅(qū)動爆轟波，壓縮反應(yīng)物向前傳播。向反應(yīng)產(chǎn)物方向傳播的沖擊波被認(rèn)為是爆轟回波。圖8.3到8.7描述了在一個長壁光滑的管道里的經(jīng)典的燃燒轉(zhuǎn)爆轟現(xiàn)象。然而，轉(zhuǎn)爆轟的過程不是唯一的，并且一個爆轟可以由許多不同的途徑形成。正是這個原因，一個一般性的理論不能夠被發(fā)展成為普遍的轉(zhuǎn)爆轟現(xiàn)象，更不能被認(rèn)為是一個定性的原理。因此，我們應(yīng)該討論所有的相關(guān)火焰加速機(jī)理，以及各種的發(fā)生轉(zhuǎn)爆轟的方式。在不同的初始和邊界條件下，這些機(jī)理不同的一些組合可能是影響轉(zhuǎn)爆轟的主要因素。8.4火焰加速機(jī)制定義的燃燒速度，本質(zhì)上是有效燃燒速度，即通過增大管路截面積，給出三維瞬態(tài)“湍流”火焰的體積燃燒速率。湍流上的引號是由于除了火焰前端的未燃物的湍流外，還有很多種機(jī)制可以引起三維表面燃燒。任何引起表面積增大的機(jī)制都會增大體積燃燒速率。局部燃燒速度通過湍流傳播、火焰彎曲和伸張，可能增大也可能熄滅。因此，火焰加速度是指在三維湍流火焰區(qū)的平均燃燒速度的增大速率。

層流火焰的傳播在本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，由于氣體動力學(xué)影響和傳熱傳質(zhì)競爭導(dǎo)致的熱力學(xué)擴(kuò)散不穩(wěn)定，使得起始平面的火焰前端形成三維火焰表面。加速的影響和密度場增大下聲波的增大也可以導(dǎo)致不穩(wěn)定?；鹧姹砻鎸α鞯乃俣忍荻群屯牧鲌鍪沟没鹧嬲郫B和起皺也可能導(dǎo)致火焰表面增大。因此，眾多的機(jī)制導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ゲ环€(wěn)定，所有這些都會導(dǎo)致燃燒速率（有效燃燒速度）的增大。圖8.8細(xì)胞結(jié)構(gòu)火焰的形態(tài)學(xué)其顯示了在空氣中豐富的碳?xì)淙剂现械囊粋€不穩(wěn)定火焰分子的形態(tài)學(xué)。類似的分子結(jié)構(gòu)可以在缺氫的甲烷空氣火焰中觀測到。這存在著一種自然趨勢，很多層流火焰變得不穩(wěn)定，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得燃燒表面積變大。圖8.9層流火焰向湍流火焰的轉(zhuǎn)化過程圖

它顯示了一個層流分子進(jìn)入湍流場的對流狀況的例子?；鹁€產(chǎn)生一個初始浮力羽流，在距離下游的一定位置，羽流變成湍流，類似于香煙的緩慢燃燒產(chǎn)生大量煙霧?；鹧娴膶α麟S著點(diǎn)火開始，很容易證明層流面的被破壞是由于傳播到了羽流的湍流部分。圖8.10在火焰?zhèn)鞑ブ蟹蔷鶆蛄鲌龅挠绊?/p>

由于存在障礙物，反應(yīng)物前端火焰的不均勻流場的影響更為劇烈圖8.11火焰通過一個障礙物的傳播；開始轉(zhuǎn)爆轟

它顯示了在壓力為0.27atm下，C2H2-O2混合物（也許是所有爆轟混合物中最敏感的）在穿過障礙物時的火焰?zhèn)鞑ァ１Z隨著湍流火焰進(jìn)入擋板后面的循環(huán)區(qū)域就立刻開始。爆轟波可從最后一道火焰從上游傳播回來中看到。圖8.12在管道中火焰通過障礙物的傳播；在火焰前緣形成不穩(wěn)定界面它顯示了在通道內(nèi)火焰通過障礙物的傳播。由于擋板的存在使得線性流動聚集成聚集的噴嘴型流動，從而流通面積減小。由于火焰鋒面，對流傳熱在加速流動區(qū)，因此變得不穩(wěn)定。在第二個畫面中首先可以觀察到火焰鋒面的小的周期性擾動。在火焰進(jìn)入更高的擾動區(qū)前鋒時，擾動在接下來的畫面中迅速增大。圖8.13障礙物對火焰?zhèn)鞑サ挠绊懙膸缀螌W(xué)序列條紋圖解：(a)無障礙物；半球型封堵(b)5個障礙物；(c)70個障礙物；(d)三個孔圖8.14與條紋圖像8.13相對應(yīng)的壓力時間圖圖8.15在垂直管中伴隨聲學(xué)的振蕩產(chǎn)生共振的火焰形狀它顯示了在共振耦合系統(tǒng)中的火焰形狀。這個體系是一個可燃?xì)怏w由下向上流動的垂直管路，頂部的火焰穩(wěn)定的向下傳播。圖8.15a顯示隨著振幅的增大火焰面積逐步增加。圖8.15b顯示了一個周期的火焰形狀。我們可以看到火焰面積對應(yīng)周期的壓力增大或減小而交替增大和減小。圖8.16產(chǎn)生共振的火焰?zhèn)鞑サ募?xì)胞結(jié)構(gòu)在圖8.16a是Leyer1970年拍攝的管長為78.5cm，截面為3.3×3.3cm的管路中拍攝到的氣流紋影照片。初始壓力為1atm的丙烷-空氣體系。由于