中国工程物理研究院 总体工程研究所，四川绵阳621999
冲击波是爆炸毁伤的主要载荷形式之一，炸药驱动激波管是较真实复现高超压冲击波场景的可能方式，当前亟需关注冲击波与产物分离状态、波阵面形态等实验参数测试问题，仅依靠传统电测原理的单一点源压力测量无法满足上述流场表征需要。基于反射式纹影原理并利用激光光源和系列光学元件，搭建了一套激波管出口流场诊断系统，将流动现象的可视化观测结果与传统压力测量相结合，完善流场特征诊断与分析方法。研究表明，该纹影系统能够清晰获得激波管出口的冲击波和产物运动流场图像，通过与压力测试与激波管点火时序的同步控制，可有效揭示压电式冲击波压力传感器数据振荡、压力突变、漂移等特征，以及爆炸后管道中应力波引起的管口及空气振动等现象。基于图像分析可分析获得炸药爆炸激波管出口冲击波运动速度和压力的空间衰减特性，该结果为更好理解炸药驱动激波管冲击波压力的形成和演化规律研究提供了诊断途径和分析基础。
光学测量 激波管 爆炸流场 纹影法 冲击波 optical measurement shock tube explosion flow field schlieren method shock wave 光学 精密工程
2023, 31(19): 2789
1 赣南师范学院物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
2 同济大学 上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室, 上海 200092
在惯性约束聚变(ICF)实验中, 点火靶丸表面(界面)的粗糙度和缺陷所产生的流体力学不稳定性是决定点火成功与否的关键因素之一, 设计和研制流体力学不稳定性分解实验用靶是解决该问题的主要技术手段。结合国内外的研究现状和神光-Ⅱ激光装置的特点, 设计并研制了一种新型柱状激波管。该靶型由三种介质组成, 分别为调制聚苯乙烯(CH)圆片、柱状碳气凝胶(CRF)和CH微套管。调制CH圆片和柱状CRF通过微加工技术装配到CH微套管内, 封装后形成柱状激波管。介绍了该靶型的设计原理和详细的制备工艺, 并对相应的靶参数进行了测量。结果表明: 柱状CRF气凝胶具有较好的成型性, 长度、直径和密度分别为1000 μm、730 μm和250 mg·cm-3; CH圆片的厚度和直径分别为15 μm和730 μm, 表面调制图形的周期和峰谷差分别为100 μm和4.3 μm; 实验得到的柱状激波管的轴向和径向最大装配误差分别为2 μm和3 μm。
惯性约束聚变 流体力学不稳定性 柱状激波管 柱状碳气凝胶 旋涂工艺 微加工 inertial confinement fusion hydrodynamic instability cylindrical shock wave tube cylindrical carbon aerogel spin-coating process micro-machining 强激光与粒子束
2014, 26(2): 022004
1 四川大学原子与分子物理研究所, 成都 610065
2 四川大学化学工程学院, 成都 610065
采用加热激波管和增强型CCD瞬态光谱测量系统, 在波长范围200~900 nm, 点火压力4.0 atm, 点火温度(1 200~1 300) K, 当量比0.5、1.0和2.0的条件下, 实时测得了正十二烷/空气和正十二烷/氧气/氩气燃烧过程的瞬态发射光谱.结果表明：燃烧过程在此波段内的主要发射光谱带归属于反应中间产物OH、CH和C2自由基；在不同当量比条件下, 燃烧过程中OH(306.4 nm)/CH(431.4 nm)/C2(516.4 nm)的光谱强度显著不同, 贫油情形有利于OH自由基生成, 富油情形有利于C2自由基生成；浴气的不同会导致燃料燃烧温度的不同, 从而引起燃料燃烧发射光谱的不同.所测燃烧反应自由基的时间分辩光谱直观反映出正十二烷燃烧过程中重要中间产物OH、CH和C2的变化情况.研究结果有助于认识正十二烷燃烧反应特性和验证其燃烧反应机理.
正十二烷 瞬态发射光谱 中间自由基 增强型CCD 加热激波管 n-dodecane Emission spectrum Intermediate radical ICCD Heated shock tube
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
对差分干涉计算机层析技术诊断激波加载下气柱界面不稳定性的可行性进行初步理论和实验研究。针对有限投影数的联合代数重建算法，提出了一种新的投影矩阵计算方法，采用特定投影方向，各投影方向具有不同采样间隔。投影方向的对称性和投影线的规律性使计算过程大为减化。用该重建算法对气柱密度场进行数值模拟，结果表明4方向投影能够重建激波作用下气柱演化初期的体密度场，8方向投影基本能够重建演化中期的体密度场。用差分干涉系统对激波管气柱进行3方向诊断的实验结果表明，差分干涉计算机层析技术用于激波冲击下的气柱不稳定性密度场诊断是可行的。
界面不稳定性 差分干涉 计算机层析 气柱实验 激波管 Richtmyer-Meshkov instability shearing interferometer computer tomography gas cylinder shock tube
1 四川大学原子与分子物理研究所, 四川 成都610065
2 四川大学化学工程学院, 四川 成都610065
采用ICCD瞬态光谱测量系统和加热激波管, 在点火压力2.0 atm, 点火温度1 100～1 600 K, 当量比1.0, 燃料摩尔分数1.0% 条件下, 实时测得了正癸烷/氧气/氩气燃烧过程的瞬态发射光谱, 光谱范围200～850 nm。 结果显示燃烧过程中主要发射光谱带归属于小分子中间产物OH, CH和C2自由基, 光谱强度的变化反映了燃烧过程中三种自由基浓度的变化历程; 正癸烷燃烧过程中光谱强度峰值之比大于同为链烷烃的正庚烷相应OH/CH峰强度之比, 揭示出两种链烃燃烧反应机理有较大差异。 实验还获得了正癸烷燃烧过程中能显示谱带转动结构的CH和C2高分辨特征发射光谱。 实验结果对了解正癸烷燃烧性质和验证正癸烷燃烧反应机理很有意义。
中间自由基 正癸烷燃烧 发射光谱 加热激波管 Intermediate radical n-decane combustion Emission spectrum ICCD ICCD Heated shock tube 光谱学与光谱分析
2012, 32(5): 1166
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
用高速摄影技术研究了高压气体膨胀驱动空气-水界面的瑞利-泰勒不稳定性，获得了空气-水界面的不稳定性清晰图像，得到气炮尖顶运动速度及湍流混合层高度增长速度与时间关系曲线。在横式激波管上用高速纹影诊断技术研究了激波作用空气-SF6界面的里克特迈耶-梅什科夫不稳定性，初步获得了实验图像，可清晰显示混合区变化过程。
等离子体界面不稳定性 高速摄影 纹影 激波管 plasma interface instability high-speed photography schlieren shock tube
1 四川大学原子与分子物理研究所， 四川 成都610065
2 四川大学化学工程学院, 四川 成都610065
采用ICCD瞬态光谱探测系统和化学激波管， 在点火温度1 408 K， 点火压力2.0 atm， 燃料摩尔分数1.0%， 当量比1.0的条件下， 拍摄了正庚烷燃烧过程中不同时刻的瞬态发射光谱， 光谱曝光时间6 μs， 拍谱范围200～850 nm。 确认了在所拍光谱范围内主要是OH， CH和C2自由基的特征辐射光谱， 表明小自由基OH， CH和C2是正庚烷燃烧过程中重要的反应中间产物。 所拍时间分辨光谱显示， 在正庚烷燃烧反应中， OH， CH和C2自由基一出现很快就达到其浓度峰值， 但CH和C2自由基随着反应的进行迅速减少至消失， OH自由基持续的时间却长很多。 实验结果为了解正庚烷燃烧反应微观过程和验证其燃烧反应机理提供了实验依据。
中间自由基 发射光谱 激波管 正庚烷 Intermediate radical Emission spectrum ICCD ICCD Shock tube n-Heptane
1 四川大学原子与分子物理研究所， 四川 成都610065
2 四川大学化学工程学院, 四川 成都610065
利用激波管实验装置由反射激波点火， 在点火温度1 164～1 566 K， 点火压力1.03～1.99 atm， 燃料浓度为1.0%， 当量比为1.0的条件下， 用光谱单色仪、 光电倍增管、 压力传感器和示波器等组成测试系统， 测量了甲基环己烷燃烧过程中主要中间产物OH, CH和C2自由基特征光辐射随时间的连续变化， 并测得了甲基环己烷/氧气/氩气的点火延迟时间。 通过对测量结果的分析， 初步认识了甲基环己烷燃烧反应中几个主要中间产物的光辐射特性及其反映出的甲基环己烷燃烧反应特性。 实验所测点火延迟时间与已报道的实验结果和燃烧反应机理预测结果符合较好。 本文实验结果为构建和验证甲基环己烷燃烧反应机理提供了实验依据。
反应中间产物 发射光谱 点火延迟时间 甲基环己烷 激波管 Reaction intermediate Emission spectrum Ignition delay time Methylcyclohexane Shock tube 光谱学与光谱分析
2011, 31(9): 2521
四川大学原子与分子物理研究所， 四川 成都610065
在化学激波管中利用反射激波进行点火， 采用OH自由基在306.4 nm处特征发射谱线强度的急剧变化标志燃料的着火， 由光谱单色仪、 光电倍增管、 压力传感器和示波器组成测量系统， 测量了正庚烷/氧气的点火延迟时间， 点火压力(1.0±0.1)和(0.75±0.05) atm, 点火温度1 170～1 730 K， 当量比1.0， 得到了在此实验条件下正庚烷/氧气点火延迟时间随温度变化的关系式。 研究结果表明正庚烷/氧气点火延迟时间随温度的增加呈指数减小,点火压力为0.75 atm时， 随着点火温度的增加， 点火延迟时间的变化率要小于1.0 atm条件时。 实验结果为建立正庚烷燃烧反应动力学模型， 验证正庚烷燃烧反应机理提供了实验依据。
发射光谱 点火延迟时间 正庚烷 激波管 Emission spectrum Ignition delay time n-Heptane Shock tube
