Detailed structure of gaseous detonations informed by ultrafast laser diagnostics

超快激光诊断揭示气体爆炸的详细结构

基本信息

  • 批准号:
    1839551
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Combustible gas mixtures in confined spaces may sometimes detonate, releasing energy rapidly, and creating a supersonic reacting wave driven at thousands of meters per second. Understanding how and why this detonation occurs is essential for safety in mining and industrial settings where large scale gas leaks may occur. In addition, harnessing this energy may open new avenues for energy-efficient power generation and vehicle propulsion. This project provides laser-based measurements to resolve the detail of the detonation wave and inform the theory of detonation to better understand when detonation occurs and how the energy release may be harnessed in engineering systems. Advanced ultra-fast laser techniques are used to provide measurements of the structure of the detonation wave and provide experimental measurements necessary to test accurate models of gaseous combustion detonation. This project characterizes experimentally the detailed non-equilibrium structure of gas-phase detonation waves and inform the role of the coupled compression and reaction wave structure for both steadily propagating and accelerating detonation waves with advanced laser diagnostic tools. Detailed structural information is determined through temperature and species time-histories using recent developments in ultrafast laser Raman spectroscopy and time-resolved fluorescence imaging. An accessible and repeatable high repetition-rate micro-scale detonation tube is studied as well. Detailed information on the structure of the wave includes the translational, rotational, and vibrational energy partitioning as well as species profiles through the wave. Detailed mapping of the detonation wave structure to define the local thermodynamic state as well as the simultaneous pressure and species profiles enable the development of accurate predictive models taking into account non-equilibrium processes which are critical to predicting the detonation wave structure during steady propagation, acceleration, and failure.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
密闭空间中的可燃气体混合物有时会爆炸,迅速释放能量,并产生每秒数千米的超音速反应波。了解爆炸如何以及为何发生对于可能发生大规模气体泄漏的采矿和工业环境的安全至关重要。此外,利用这种能源可能为节能发电和车辆推进开辟新的途径。该项目提供基于激光的测量,以解决爆震波的细节,并为爆震理论提供信息,以更好地了解爆震何时发生以及如何在工程系统中利用能量释放。先进的超快激光技术用于提供爆震波结构的测量,并提供测试气体燃烧爆震的精确模型所需的实验测量。 该项目通过实验表征了气相爆轰波的详细非平衡结构,并利用先进的激光诊断工具告知了耦合压缩和反应波结构对于稳定传播和加速爆轰波的作用。详细的结构信息,确定通过温度和物种的时间历史,使用超快激光拉曼光谱和时间分辨荧光成像的最新发展。 研究了一种可重复使用的高重复率微尺度爆轰管。关于波的结构的详细信息包括平移、旋转和振动能量分配以及通过波的物种分布。详细绘制爆震波结构以定义局部热力学状态以及同时的压力和物质分布,使得能够开发考虑非平衡过程的精确预测模型,非平衡过程对于预测稳态传播、加速、该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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