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如何更环保、更安全的使用能源是当今社会发展面临的主要问题。而燃烧则是获得能源的最主要的方式。激波管是进行燃烧相关机理研究的重要手段。本文建立了一套激波管实验装置，在这个平台上对甲烷，特别是低热值的超低浓度甲烷燃烧的基础性问题进行了研究。
此项研究开始于上世纪五、六十年代,Salamnadra,G.D在一九六零年做了采用火焰自身燃烧传播产生的激波与火焰相互作用的实验,A.Eder通过实验和理论分析，研究了火焰的爆燃、爆轰状态和爆燃转爆轰的机理。而最早运用在激波管内点火燃烧与激波管产生的激波相互作用的实验是Marksetinl。在此类实验中,在激波管内引燃可燃性气体生成火焰,在燃烧阵面接触激波管管壁前,在上游先与入射激波作用,当激波到达管壁反射后,在下游再次与火焰作用。在实验研究的同时,在上个世纪八九十年代,很多学者对这些本质上来说是两种密度不同的流体的界面稳定性问题进行了数值模拟和分析。Youngs最早对R-M问题进行和数值分析,其后有很多人进行了类似的研究工作,例如A.M.Khokhlovd等。国内也有众多研究机构和学者对火焰界面稳定性问题进行了研究,但对于激波诱导下火焰稳定性问题到目前还没有查阅到相关的文章资料。国内外近几年的研究把重点放在激波扰乱火焰的方式、激波与火焰相互作用过程中火焰的发展过程及火焰在激波诱导下由爆燃转爆轰等问题上。其中着手较早的有DvaiL，Yougs等人，A.M.Khokhlov和E.S.Orna等随后也进行了大量的数值模拟方面的研究。
近来国外在这方面进行了大量的研究,国内相对起步较晚,但对这方面也关注越来越多。本课题就是基于激波管中甲烷-空气燃烧实验研究,对火焰的传播过程以及各种状态参数进行研究。
人对介质施加的压力变化，就会引发密度、温度急剧增大和以超声速传播的不连续面，即激波。当在激波管的不同部位设置监测装置，即可测量不同时间的反应物或中间物、产物的浓度，以研究高温反应。也可用于普通的燃烧反应。本课题以甲烷-空气为研究介质，分析管道中火焰传播的规律以及管道中流场的变化。首先，建立了激波管的基本实验装置；其次，对激波诱导当量比甲烷/空气混合物点火的反应区结构进行了可视化测量；再次，搭建并进行了Fluent计算平台；最后，在激波管平台上研究了火焰的传播机理。
激波管简介：
实验室中产生激波以达到迅速升至高温的装置。该装置分为两部分：对化学反应为惰性的高压传动气体及装有反应气体的低压部分。两部分间由金属薄膜或其他材料的膜隔开。当用适当的控制针把薄膜刺破，由于高压气体的膨胀，并以1～10马赫的速度向低压传播，低压气体就会被绝热压缩，在波阵面上产生高温(1000～10000k)。这种对介质施加的压力变化，就会引发密度、温度急剧增大和以超声速传播的不连续面，即激波。当在激波管的不同部位设置监测装置，即可测量不同时间的反应物或中间物、产物的浓度，以研究高温反应。也可用于普通的燃烧反应。
激波管实验技术与燃烧机理：
激波是扰动传播的一种形式。和通常形式的波一样，激波可以通过固体、液体、或气体为介质传输能量，甚至在缺少介质的情况下可以通过场(如电磁场)来传输。激波的特征表现为介质特性。如流场的压力、温度、密度或速度的阶段。激波速度高于一般波速。有测量结果显示，激波的厚度比平均自由程大一个数量级左右，在大气中约几个微米。
图1(见附图1)是激波管原理示意图，它通常是一根两端封闭的金属长管，中间用膜片隔成高压段(4区)和低压段(1区)两段，分别充以满足模拟要求的高压驱动气体和低压被驱动实验气体。膜片破裂后，高压气体膨胀，产生向右端低压气体中快速运动的激波，并产生向左端传播的膨胀波(稀疏波)。2区为激波压缩后的气体状态，3区为膨胀波膨胀后的气体状态，2，3两区的交界面称为接触界面，5区是激波在端面反射后的再次压缩产生。激波的压缩作用会使实验气体的参数有相应的变化，例如压强和温度有较大的提高，从而得到符合模拟要求的工作条件。随着时间的推移，接触界面会到达实验区域，稀疏波也会在高压段的端面处反射后向低压段的实验区域运动。所以，经激波压缩后的实验气体参量只能在短暂时间内(通常是毫秒级到微秒级)保持不变，相应的流动也只能在短暂时间内保持不变。
上述所提到的入射激波和接触面之间的2区气流，由于受到激波压缩，气体的温度和压力升高，且具有一定的伴随速度，因此，该区气流可用于进行各种实验研究，气体动力学实验特别是气动加热实验正是在该区完成的。反射激波后面的5区，由于受到再次压缩，气体处于滞止状态，其压力和温度可以达到很高，因此，它特别适用于进行各种高温物理化学方面的实验研究。
但是在实际的激波管中，由于气体粘性而在入射激波后形成边界层，反射激波(非定常激波)与边界层相互作用，对5区的实验条件造成了一定程度的影响。同时伴随基本同时产生的稀疏波和接触面也会向5区方向传播，并直接关系到5区的实验时间。深入了解这些现象，将有助于更好的认识和优化激波管实验平台。
火焰传播的机理介绍：
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