爆轰是一种耦合了超声速流动和化学反应释热的极端燃烧现象，具有超声速自持传播、激波压缩自点火和释热速率快等特性，在高超声速飞行器推进、大型激波风洞驱动以及工业防爆方面具有重要的应用。爆轰波传播过程中激波与化学反应之间的强相互作用造成了爆轰波特殊的内在不稳定性特征，理解爆轰波的不稳定性机制，对于推动爆轰燃烧的工程应用极其关键。近期，中国科学院力学研究所激波与爆轰物理课题组在环形管道爆轰波传播稳定性机制研究方面取得了新进展。该研究团队针对稳态和非稳态爆轰波在环形管道中传播的波面演化规律和胞格结构特征进行了深入研究，提出了一种环管爆轰波传播模态转变的量化判据，明确了影响环管爆轰传播模态形成的关键因素。该工作以“Characteristics of cellular structure of detonation waves propagating in annular channels”为题发表在Physics of Fluids上。

研究发现，随着环管曲率和宽度的增大，爆轰波的传播模态由稳定模态逐渐转变为变形、马赫反射和规则反射模态。通过引入环管内外径比值，给出了四种模态相互转变的量化判据，发现其转变临界值随环管宽度的增大而增大。进一步对环管爆轰波面结构分析发现，内外壁附近爆轰波面角位移差的变化是上述四种传播模态相互转变的关键因素。这一变化主要由两种相互竞争因素决定：一是环管内外壁曲率不同导致的爆轰波面运动角速度差异，其理论值为环管内外径比值的倒数；二是内外壁诱导的膨胀和压缩效应分别导致爆轰波运动角速度的减小和增大。前者仅受环管几何参数的影响，而后者则受到爆轰波传播稳定性的显著影响。在稳态爆轰波传播过程中，内外壁面之间的曲率导致的爆轰波运动角速度差占据主导作用，内外径比值较小时将导致较大角位移差，爆轰波呈现出马赫反射和规则反射传播模态；非稳态爆轰波传播过程受膨胀和压缩效应影响严重，其大大削减了内外壁曲率对爆轰波面角速度的影响，从而使得内外壁附近爆轰波面角位移差减小，难以形成马赫反射和规则反射传播模态。

中国科学院力学研究所博士研究生姚克鹏为该论文第一作者，王春研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（12072353，12132017和12202014）的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0160349

图 1 环管内径R和宽度L对稳态爆轰胞格结构的影响：（a）L = 60，（b）L = 120,（c）L = 240

图 2 环管爆轰不同传播模态的量化判据