气液两相爆轰现象解析

气-液两相爆轰是在气相爆轰的基础上发展起来的，其理论基础与气相爆轰有很多相似之处。对于气-液两相爆轰，主要集中研究燃料液滴雾化、爆炸形成的抛撒、液体燃料的云雾爆轰参数等方面，同时还要考虑液相雾化对气相组分的扰动和对整个体系氧平衡的影响。

燃料液滴悬浮在空气中的状态和云雾相同，故气-液两相爆轰也称为云雾爆轰。云雾爆轰发生的条件如下：

（1）燃料液滴与空气有合适的混合比范围；

（2）燃料液滴与空气混合均匀，燃料液滴颗粒不能太大；

（3）云雾尺寸足够大；

（4）起爆能量足够大。

云雾爆轰波的结构是很复杂的，在化学反应区内，燃料液滴必须被粉碎、气化，并与空气充分混合，才能形成爆轰。冲击波驱动液体是一个气、液相相互作用的过程，涉及液体的变形、破碎、雾化。

1.受燃料液滴极限气化速度控制的云雾爆轰化学反应机理(www.xing528.com)

对于直径小于10μm的燃料液滴和气体氧化剂构成的云雾爆轰，主要受燃料液滴在前沿冲击波作用下的极限气化速度的控制。燃料液滴在前沿冲击波的作用下，云雾的温度、压力等都产生强间断，云雾中燃料液滴以当时条件下的极限速度气化，且与周围气体氧化剂混合并展开爆轰，爆轰所放出的能量支持前沿冲击波的继续传播，由于燃料液滴尺寸很小，在约10-6s的时间内完成气化，所以这类云雾爆轰与均匀气相混合物的爆轰极其相似。

2.受燃料液滴剥离效应控制的云雾爆轰化学反应机理

燃料液滴尺寸为100μm量级的云雾，其燃料液滴在受到前沿冲击波的作用后，气体立即获得与冲击波同方向的流动速度。而燃料液滴由于有较大的惯性，获得的速度较小，导致形成气流与燃料液滴间的相对流动速度约为102～103m/s量级。由于燃料液滴的惯性、表面张力、黏滞性，在燃料液滴表面层内形成逆气流方向的剪切力，将其逐层剥离而在尾部形成细雾，细雾迅速气化，参加爆轰化学反应，释放化学能，不断支持爆轰波的传播。

3.燃料液滴变形—破碎—局部爆炸的云雾爆轰化学反应机理

试验证明，粗颗粒燃料液滴半径为100～1 000μm量级的云雾可以激发进行自持爆轰。爆轰化学反应区内所发生的现象相当复杂，这种过程是单纯的燃料液滴剥离机理不能解释的。一些研究者提出了一种新的云雾爆轰化学反应机理，可以归结为燃料液滴变形—破碎—局部爆炸的云雾爆轰机制，即前沿冲击波的通过造成了气流和燃料液滴间较大的速度差，气流在燃料液滴表面受到滞止，形成极高的滞止动压，此动压一方面使燃料液滴加速运动，另一方面迫使燃料液滴迅速向横向变形。从液体表面绕过去的气流对燃料液滴起到一定的剥离作用，从而在燃料液滴尾部形成细小的雾滴。雾滴迅速气化并引起猛烈燃烧，导致燃料液滴尾部发生局部爆炸，并向四周扩展。这种以二次冲击波的形式引起局部爆炸所释放的化学能，一部分向前补充给前沿冲击波，并促使前方的燃料液滴继续进行变形、剥离和破碎；另一部分向后损失于产物中。具有粗颗粒燃料液滴的云雾爆轰可归结为上述燃料液滴变形—破碎—局部爆炸的云雾爆轰化学反应机理。

根据以上云雾爆轰化学反应机理，燃料液滴尺寸越小，破碎越快，气流中雾滴迅速气化，与空气充分混合，发生局部爆炸和燃烧，爆炸产生的冲击波可以使被作用的燃料液滴加速破碎，爆炸能量支持前沿冲击波推进，形成稳定的自持爆轰波。爆轰化学反应区的宽度为猛炸药的百倍，达到厘米量级。化学反应区越宽，热传导损失和黏性损失越大，反应热支持爆轰的作用越小，因此爆轰性能与燃料液滴尺寸有很大关系，例如二乙烯环己烷液滴与氧的云雾爆轰中：当燃料液滴尺寸为0.29 mm时，实测爆速比CJ理论爆速（完全反应）小2%；燃料液滴尺寸为0.94 mm时小10%；当燃料液滴尺寸为2.6 mm时小35%。