爆轰胞格尺寸的统计分析

崔 皓，归明月，张 振，张 辉

(南京理工大学 瞬态物理国家重点实验室，南京 210094)

0 引 言

爆轰波在传播时，其波阵面呈入射激波、反射激波和马赫干组成的三波结构，该结构是非定常的，三波点的轨迹构成了爆轰的胞格结构。胞格的尺寸作为爆轰本征值，反映了可燃系统气体动力学和化学反应动力学之间的非线性反馈作用，可以用来表征爆轰极限、爆轰临界直径和临界能量等爆轰动力学参数[1-5]。然而，胞格尺寸的测量主观性比较强。对于一个不规则的爆轰胞格，不同研究者测得的胞格尺寸可能相差较大。图1是C3H8+5O2在直径为52 mm的圆管内的实验胞格，8个实验人员对其进行了测量，得到的胞格尺寸分别为8、13.5、10、6.4、13、7.1、10、8.3 mm，最大值和最小值几乎相差了一倍[6]。这种研究者的主观因素带来的误差会明显影响到可燃系统的爆轰动力学参数的确定。因此，需要对爆轰胞格的尺寸进行客观的测量，以消除或减弱这种主观因素引起的误差，实现对爆轰过程的控制。

图1 C3H8+5O2在直径52 mm圆管的爆轰胞格结构Fig. 1 Detonation cell structure of C3H8+5O2 in a circular tube with a diameter of 52 mm

Shepherd[7]最早通过计算数字化胞格的能量谱，得到空间尺寸分布的频谱，根据谱的峰值来确定相应的尺寸为胞格尺寸。随后，Shepherd[8]采用该方法对不同燃料形成的爆轰的胞格尺寸进行了分析，比如氢气、乙炔、乙烯等。这种方法的缺点是对噪点很敏感，在对烟迹板上的胞格进行数字化处理时，烟迹板上的积碳会导致背景灰度值波动较大，进而影响该方法对胞格尺寸的预测。Lee[9]采用自相关函数法对实验胞格进行了分析，该方法的物理意义更加清晰，它可以提供x方向和y方向偏移量的相关性。……