Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное
На правах рукописи
Хмель Татьяна Алексеевна
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕТЕРОГЕННОЙ ДЕТОНАЦИИ ГАЗОВЗВЕСЕЙ С НЕПОЛНЫМ СГОРАНИЕМ ЧАСТИЦ
01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Новосибирск 2011
Работа выполнена в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук
Научный консультант: д.ф.-м.н., профессор Федоров Александр Владимирович
Официальные оппоненты:
академик, д.ф.-м.н., профессор Левин Владимир Алексеевич д.ф.-м.н., профессор Рычков Александр Дмитриевич д.ф.-м.н., снс Ждан Сергей Андреевич
Ведущая организация:
Механико-математический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва
Защита состоится 17 июня 2011 года в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 003.035.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, 630090, Новосибирск, ул.
Институтская 4/1.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просьба направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 003.035.02.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
Автореферат разослан л _____ ___________ 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н. Засыпкин И.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Производство и использование металлических и органических порошков нередко сопряжено с опасностью их воспламенения и развития неконтролируемых взрывных процессов. Взрывные явления в облаках пылевзвесей почти всегда связаны с развитием детонационно-подобных процессов, характеризуемых сверхзвуковым распространением фронта горения. Среди пылевых взрывов распространенными являются инициированные воспламенением и горением метана взрывы угольной пыли в шахтах, а среди металлических порошков - взрывы широко применяемых в промышленности порошков алюминия, железа и др. Опасными являются скопления частиц, которые образуются в технологических процессах, при обработке изделий из реагирующих металлов. Проблемы прогнозирования и предотвращения взрывных явлений в дисперсных средах, а также сопутствующие проблемы уменьшения последствий их воздействия на людей и окружающую среду, еще далеки от полного решения.
Неполнота фундаментальных знаний о физических механизмах, обусловливающих возбуждение и распространение в различных условиях взрывных и детонационных волн в пылевых облаках, ограничивает решение прикладных задач и разработку адекватных современным технологическим условиям технических регламентов. С другой стороны, в последние годы активно разрабатываются детонационные двигатели реактивной тяги.
Для них мелкодисперсные и ультрадисперсные порошки, например, алюминия, обладающие уникальными физико-химическими свойствами, рассматриваются как перспективные компоненты рабочих сред. Таким образом, изучение детонационных процессов в газовзвесях частиц алюминия и угольной пыли, которые отличаются свойством неполного сгорания частиц, является, актуальным. Явление гетерогенной детонации в газовзвесях с неполным сгоранием частиц составляет предмет исследования настоящей диссертации.
Цели и задачи работы. Целью исследования является получение целостной картины явления гетерогенной детонации в газовзвесях с неполным сгоранием частиц (алюминия и угольной пыли) на основе физикоматематического моделирования одномерных и двумерных нестационарных течений в рамках механики реагирующих гетерогенных сред. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи.
- Развитие и совершенствование физико-математических моделей детонации газовзвесей частиц угольной пыли и частиц алюминия, в том числе на основе анализа процессов воспламенения и горения частиц в динамических условиях и их верификация по известным экспериментальным данным.
- Отработка численных технологий, основанных на применении современных методов численного моделирования: схем класса Total Variation Diminishing (TVD), включая их модификации соответственно иерархии моделей механики гетерогенных сред (МГС), а также параллельных вычислений для расчета двумерных нестационарных течений реагирующих сред типа газ - частицы.
- Построение аналога теории Зельдовича - Неймана - Дюринга (ЗНД) неидеальной детонации газовзвесей с неполным сгоранием частиц, классификация режимов, определение устойчивости, получение данных о нестационарных процессах и критериях инициирования плоских волн идеальной и неидеальной детонации взвесей угольной пыли и алюминия.
- Определение свойств и характеристик режимов ячеистой гетерогенной детонации взвесей частиц алюминия, установление корреляционных зависимостей размера ячейки от характерных геометрических масштабов детонационных структур, определение роли релаксационных процессов в ячеистой детонации.
- Исследование процессов дифракции гетерогенной детонации на угловых конфигурациях и распространения в условиях изменяющейся геометрии, выявление свойств, обусловленных влиянием процессов межфазного взаимодействия и отличающих данные явления в газовзвесях от аналогичных процессов газовой детонации.
- Определение свойств течений плоской и ячеистой детонации в полидисперсных взвесях, анализ влияния фракционного состава смеси на характеристики распространения и критерии инициирования.
Научная новизна 1. Впервые разработана физико-математическая модель гетерогенной детонации газовзвесей угольной пыли и определены характеристики плоских волн ЗНД. Установлено существенное влияние процесса скоростной релаксации фаз на выделение летучих из поверхностного слоя частиц, что обусловливает аномально быстрое воспламенение взвесей угольных частиц в ударных и детонационных волнах относительно статических условий нагрева, в том числе за отраженными ударными волнами.
2. Впервые в рамках модифицированной модели детонации газовзвесей частиц алюминия в кислороде проведен систематический анализ влияния релаксационных процессов на типы течений неидеальной детонации ЗНД (Чемпена - Жуге, недосжатых, пересжатых), получены критерии существования -слоев для реагирующих сред, построены карты решений в пространстве параметров релаксации. Установлена устойчивость режимов относительно малых и конечных одномерных возмущений и сопряжения с волнами разрежения.
3. Предложен, тестирован и реализован в численных расчетах одномерных и двумерных нестационарных течений реагирующих газовзвесей конечно-разностный метод, сочетающий схему TVD для газа и Джентри - Мартина - Дэйли для дискретной фазы; обоснована существенно более высокая эффективность метода в сравнении с применяемыми ранее; получены и тестированы модификации схемы TVD для иерархии моделей механики газовзвесей.
4. Впервые методами численного моделирования определены зависимости размера детонационной ячейки от диаметра частиц газовзвеси алюминия в кислороде в виде степенной функции с показателем 1.6. Установлено существенное влияние протекающих в смеси релаксационных процессов на ячеистые структуры гетерогенной детонации.
5. Теоретически предсказано значительное снижение критического числа ячеек при выходе детонации в открытое пространство по сравнению с газовой детонацией и дано физическое обоснование, состоящее в принципиальных отличиях механизмов воспламенения взвесей частиц в ударных и детонационных волнах от индукции воспламенения в газах, обусловленных влиянием процессов тепловой и скоростной релаксации на воспламенение частиц.
6. Впервые методами численного моделирования и акустического анализа продемонстрирована и обоснована возможность вырождения ячеистой детонации в полидисперсных взвесях. Определены характерные свойства частичного вырождения: ослабление амплитуды пульсаций, уменьшение пиковых давлений, спрямление фронта. Установлены критерии полного вырождения ячеистой детонации в устойчиво распространяющуюся плоскую волну. Дана теоретическая интерпретация наблюдаемому в экспериментах ослаблению пульсаций ячеистой детонации при использовании полидисперсного порошка алюминия.
Практическая значимость результатов исследований связана с углубленным описанием механизмов идеальной и неидеальной детонации в газовзвесях частиц алюминия и угольной пыли. Это служит научной основой для прикладных исследований, связанных с проблемами прогнозирования, подавления и уменьшения последствий взрывов в шахтах и запыленных промышленных производствах, поиска способов управления детонационными процессами.
ичный вклад автора. Все представленные в диссертации результаты получены автором. Проф. Федорову А.В. и академику, проф. Фомину В.М.
принадлежат научное консультирование по постановкам задач и участие в обсуждении результатов. К.ф.-м.н. Кратова Ю.В. участвовала в проведении численных расчетов и обсуждении данных по проблемам дифракции ударных и детонационных волн. Текст автореферата согласован с соавторами.
Основные положения, выносимые на защиту:
Верифицированная по экспериментальным данным физикоматематическая модель гетерогенной детонации газовзвесей угольной пыли и результаты исследования механизмов воспламенения и процессов детонации пылевзвесей битуминизированного угля.
Теория неидеальной детонации взвесей частиц алюминия в кислороде, включающая анализ типов течений, карты режимов, критерии, результаты анализа устойчивости.
Численная технология расчета двумерных течений реагирующих двухфазных сред типа газ - частицы, основанная на применении схем TVD, Джентри - Мартина - Дэйли и модификаций схемы TVD для иерархии моделей механики гетерогенных сред в сочетании с процедурой распараллеливания.
Результаты численного моделирования и акустического анализа ячеистой детонации в газовзвесях частиц алюминия в кислороде:
- в монодисперсных взвесях позволившие установить влияние всех релаксационных процессов на характеристики ячеистой детонации и степенную зависимость размера ячейки от диаметра частиц с показателем 1.6;
- в полидисперсных взвесях описывающие и обосновывающие свойства частичного или полного вырождения ячеек, критерий полного вырождения, теоретическое объяснение эффекта, наблюдаемого в экспериментах Ф. Занга.
Результаты численного моделирования процессов дифракции гетерогенной детонации в газовзвеси частиц алюминия на обратном уступе, описание и карта режимов, критические условия распространения, обоснование многократного снижения критического числа ячеек в сравнении с газовой детонацией.
Достоверность результатов подтверждается использованием методов механики гетерогенных сред, выполнением принципов верификации физико- математических моделей, применением тестированных численных технологий, согласованием результатов диссертации с экспериментальными и расчетными данными других авторов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в течение ряда лет на семинарах Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича (руководители: академик В.М. Фомин, профессор А.В. Федоров); Международном пиротехническом Семинаре (1995); International Colloquiums on Dust Explosions (1996, 1998), International Colloquiums on Dynamics of Explosions and Reactive Systems (1999, 2001, 2003, 2007, 2009), International Workshops on Unsteady Combustion and Interior Ballistics (1995, 1997, 2000), International Symposiums on Hazard, Prevention, and Mitigation of Industrial Explosions (2000, 2008, 2010), Симпозиуме по горению и взрыву (2000), Всероссийских съездах по механике (2001, 2006), International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations (2006), International Seminars on Flame Structure (2006, 2008); Международных конференциях по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (Россия, 2002, Украина, 2005, 2007);
Международных коллоквиумах по детонации (Москва, 2000, 2006);
Международном коллоквиуме по приложениям детонации к двигателям (С.-Петербург, 2004); а также ряде других международных и всероссийских научных мероприятий.
Публикации. Основной материал диссертации опубликован более чем в 60 научных работах, среди которых 27 статей в ведущих научных журналах из перечня ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 318 страниц, включая 127 рисунков.
Содержание работы.
Введение. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дано описание состояния проблем в рассматриваемой области. Большой вклад в развитие подходов механики реагирующих гетерогенных сред и понимание детонационных процессов внесли: А.А. Борисов, С.А. Ждан, В.П. Коробейников, А.Г. Кутушев, В.А. Левин, В.В. Марков, В.В. Митрофанов, Р.И. Нигматулин, Х.А. Рахматулин, А.Д. Рычков, Н.Н. Смирнов, Ю.В. Туник, А.В. Федоров, В.М. Фомин, С.М. Фролов, Б.А. Хасаинов, K. Hayashi, S.W. Kauffman, R. Klemens, K. Lebecki, M. Nettleton, Y.K. Pu, M. Sichel, W.A. Strauss, M. Tsuboi, A. Tulis, B. Veyssiere, P. Wolanski, F. Zhang и ряд других ученых. Обозначены нерешенные проблемы гетерогенной детонации газовзвесей. Сформулированы цели исследования. Приведена аннотация работы по разделам.
Глава 1 является методической и содержит описание базовых подходов и разработку инструментов исследования.
В з1.1 приводятся основные допущения и соответствующие уравнения волновой динамики реагирующих течений газовзвесей мелких частиц.
Применение подхода механики гетерогенных сред основывается на известных гипотезах [1, 2]. Течение смеси описывается уравнениями Эйлера, вязкость учитывается в процессах межфазного взаимодействия, газ считается идеальным. Дискретная фаза рассматривается как смесь конечного числа фракций частиц различного диаметра, имеющих сферическую форму. Для большинства рассматриваемых задач предполагается однородность температурного распределения внутри частиц и не выделяется стадия плавления. Анализ и обоснование принятых допущений для частиц проводится соответственно в Главах 2 и 3. Уравнения движения многоскоростного многотемпературного континуума, вытекающие из законов сохранения массы, импульса и энергии каждой из фаз и компонент, представлены в консервативном виде. Замыкающие соотношения выражают уравнения состояния и законы теплообмена и сопротивления частиц в потоке газа за ударными волнами.
В з1.2 представлены уравнения равновесных течений (в рамках односкоростной двухтемпературной и односкоростной однотемпературной моделей МГС), а также сформулированы принципы верификации моделей для рассматриваемого класса задач гетерогенной детонации. Эти принципы заключаются в выполнении предельных переходов численных решений от неравновесных к равновесным моделям; в соответствии установившихся решений стационарным структурам; в соответствии течений полидисперсных взвесей при совпадении размеров частиц фракций течениям монодисперсных взвесей; в согласованности с расчетными данными других авторов; в соответствии расчетных результатов известным экспериментальным данным по геометрическим и физическим параметрам, а также качественным свойствам течений в различных условиях.
В з1.3 приведен обзор численных технологий моделирования динамических процессов в инертных и реакционноспособных газовзвесях, особое внимание уделено методам расчета на основе схем класса TVD. Наряду с широко применяемой в литературе комбинацией схем TVD для газовой фазы и Мак-Кормака для дискретных компонент, впервые представлена комбинация из схемы TVD [3] и схемы Джентри - Мартина - Дэйли (GMD) [4].
В з1.4 определены поправки в схему TVD, позволяющие применить ее для равновесных по скоростям и неравновесных либо равновесных по температурам моделей механики гетерогенных сред.
В з1.5 описана технология распараллеливания по геометрическому принципу применительно к расчетам двумерных детонационных течений на многопроцессорных вычислительных системах (МВС).
Формулировки тестовых задач и результаты тестовых расчетов для всех численных технологий, описанных в Главе 1, вынесены в Приложение. (В зП.1 представлены результаты тестирования комбинаций схем TVD - Мак-Кормака и TVD - GMD на одномерных задачах распространения плоской волны детонации (и сравнений с решениями, определенными из системы обыкновенных дифференциальных уравнений для стационарных структур), инициирования детонации в облаке взвеси, и двумерной задаче взаимодействия УВ с ограниченным облаком частиц в канале. В зП.приведены результаты тестовых расчетов распространения детонации с применением модифицированных схем TVD для односкоростного двухтемпературного приближения и равновесного по скоростям и температурам приближения МГС. В зП.3 проведено тестирование алгоритма распараллеливания на задаче формирования ячеистой детонации в канале, установлена линейная зависимость эффективности алгоритма от числа используемых процессоров.) Глава 2 посвящена анализу гетерогенной детонации в газовзвеси частиц угольной пыли.
В з2.1 содержатся вводные замечания. Возможность распространения детонации в взвесях угольной пыли в кислороде и воздухе установлена экспериментально в [5, 6], однако теоретические исследования ограничивались рассмотрением горения частиц угля в волнах газовой детонации (метановоздушных смесях). Соответственно сформулированы цели исследования: разработка физико-математической модели гетерогенной детонации угольной пыли и определение влияния физико-химических процессов (пиролиза, воспламенения, гомогенного и гетерогенного горения) на формирование и распространение детонации в пылевзвесях частиц угля.
В з2.2 представлена физикоматематическая модель детонации взвесей угольной пыли в окисляющем газе, основанная на подходах механики реагирующих гетерогенных сред и приведенной кинетике химических реакций. Для описания физико-химических процессов пиролиза, горения летучих и горения коксовой составляющей привлекается полуэмпирическая точечная модель воспламенения [7], расширенРис. 1. Зависимость скорости детонации ная на двухфазную сплошную среду.
от содержания угля.
Значки - эксперименты [6]: (, ) - часУравнения представлены в рамках тицы типа II; (, ) - частицы типа I.
одномерного равновесного по скороСплошная линия - расчет для взвеси II, стям приближения механики гетеро штриховая - расчет для I.
генных сред (МГС). Обсуждается выбор кинетических параметров модели, обеспечивающих согласование c экспериментальными данными. Модель верифицирована по эмпирической зависимости [6] скорости детонации от концентрации для двух типов битуминизированного угля (рис. 1).
В з2.3 определены структуры стационарных волн детонации и типы режимов. Во всех случаях реализуются режимы ЧЖ со звуковым по равновесной скорости звука конечным состоянием. Горение летучих лимитируется процессом их выделения, соответственно, в процессах гетерогенной детонации допустимо считать горение газообразных летучих мгновенным и пренебрегать наличием горючей части летучих в газе.
В з2.4 в одномерной нестационарной постановке рассмотрена задача ударно-волнового инициирования. Инициируемая в смеси пересжатая детонационная волна постепенно ослабляется под действием волны разрежения и асимптотически выходит на соответствующий стационарный режим (рис. 2). При значениях энергии активации и параметров тепловыделения, соответствующих гетерогенной детонации угольной пыли, галопирующие режимы [8] не обнаружены.
В з2.5 представлена расши1p, атм ренная физико-математическая модель воспламенения и горения взвеси угольных частиц в ударных и детонационных волнах.
Цели: адекватно описать условия воспламенения частиц в детонационных волнах и дать фиx, м 0 5 10 15 20 зическое объяснение аномально Рис. 2. Установление стационарной волны быстрому воспламенению уголь детонации в процессе инициирования.
ных частиц в проходящих ударd = 10 мкм, t = 0.5 мс.
ных волнах [9] в сравнении с отраженными ударными волнами [10]. Теплообмен описывается с учетом скоростной неравновесности фаз, а также температуры торможения потока. Принимается во внимание температурная неоднородность частиц (распределение температуры аппроксимируется ступенчатой функцией радиуса), а также окисление углерода в порах частицы. Тепло химических реакций распределяется между фазами в соответствии с различными на стадиях воспламенения и горения аккомодационными коэффициентами.
В з2.6 на основе данной модели решается задача о тепловой динамике взвеси частиц Питтсбургского угля на стадии воспламенения. Воспламенение определяется как срыв теплового равновесия в соответствии с теорией теплового взрыва Семенова (рис. 3). Выявлены факторы, обусловливающие аномально быстрое воспламенение взвесей угольной пыли с высоким содержанием летучих в ударных и детонационных волнах. Механизм воспламенения заключается в срыве теплового равновесия за счет ускорения реакции газификации летучих и нагрева частицы при их сгорании вблизи поверхности. Реакция окисления угля в порах играет второстепенную роль (рис. 3). Таким образом, определен смешанный (гомогенногетерогенный) тип воспламенения взвеси соответственно классификации воспламенения одиночных угольных частиц [7]. Теоретически подтверждено предположение авторов [9, 10] об определяющей роли летучих в воспламенении частиц угольной пыли за ударными волнами. Выполнена верификация модели относительно экспериментальных данных [11] по воспламенению (рис. 4).
В з2.7 представлены результаты расчета стационарных структур детонации с учетом стадии воспламенения. Моделирование перехода от стадии воспламенения к стадии горения связано с достижением максимума давления (см. рис. 3). Различие скоростей и температур фаз является существенным только на стадии воспламенения, протекающей на два порядка быстрее стадии горения. Вне зоны воспламенения получено согласование с результатами односкоростной модели по структурам волн детонации ЧЖ.
, кг/м0.1p, атм u, км/с 3.28 0.3.0.up u1 0.3.2 0.3.16 0.016 0.02 0.0t, мс Рис. 3. Срыв теплового равновесия в дина- Рис. 4. Экспериментальные [11] и расмике взвеси угольной пыли за фронтом УВ. четные данные времени задержки восu1, u2 - скорости газа и частиц, p - давление, пламенения частиц Питтсбургского 2, 3 - средние плотности связанных лету- угля (в мкс).
чих и коксовой составляющей. Штриховые линии - с учетом реакции в порах, сплош ные - без учета.
В Главе 3 анализируются одномерные течения гетерогенной детонации в пылевзвесях алюминия.
В з3.1 представлена физико-математическая модель детонации газовзвесей мелких частиц алюминия в окислительной среде (кислороде). В п.3.1.1 обсуждаются вопросы моделирования детонационного горения алюминия. Приведен обзор экспериментальных данных и теоретических подходов к описанию горения частиц алюминия в различных условиях.
Для моделирования детонации принимается уравнение приведенной кинетики горения частиц аррениусовского типа [12] с квадратичной зависимостью от диаметра в соответствии с экспериментами [13]. В п.3.1.2. приведен анализ данных по моделированию воспламенения частиц, в том числе и с применением температурных критериев воспламенения. В [14] для кислородных взвесей алюминия принималось значение ниже точки плавления Tign= 900 К. В п.3.1.3 дано обоснование выбранному критерию на основе решения полной задачи воспламенения взвеси в ударных и детонационных волнах с учетом плавления и низкотемпературного поверхностного окисления алюминия. Показано, что температурный критерий воспламенения Tign= 900 К обеспечивает адекватные задержки воспламенения в волнах Чепмена - Жуге (ЧЖ) и затухающей детонации, что позволяет применять его для моделирования процессов распространения и срыва.
В з3.2 проведен качественный анализ структур ЗНД детонации в монодисперсных взвесях частиц алюминия. В п.3.2.1. обсуждаются вопросы выбора скорости нормальной детонации в газовзвесях с неполным сгоранием частиц. Возможность реализации режимов ЧЖ (с равновесным звуковым конечным состоянием) или режимов с внутренней замороженной звуковой точкой (недосжатых) отмечена в [15], однако условия реализации того или иного режима не определены. В п.3.2.2. на основе качественного анализа системы обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ), отвечающей стационарной детонации в рамках односкоростной двухтемпературной модели, продемонстрировано существование внутренней особой точки и подтвержден ее тип (седло), определены типы конечных равновесных состояний в различных режимах. Определено влияние параметра релаксации = T / на типы решений, построена карта режимов в плоскости: число Маха - параметр релаксации (рис. 5). Установлено, что режимы ЧЖ существуют лишь на участке < m, ( m ~10), на узком участке ( *, **) определяются решения с межзвуковым конечным состоянием, при > ** - решения с переходом через внутреннюю звуковую точку.
4.8M =4.81-4.CJ 0 5 10 15 20 25 Рис. 5. Карта детонационных режимов Рис. 6. Линии уровня поверхности, отв односкоростной модели. деляющей стационарные режимы, в I - пересжатые; II - затухающие; прямой плоскости параметров релаксации.
Штриховая линия 3 - граница структур участок < m - ЧЖ, кривая - недосжатые:
с -слоем.
Me0 < Me** - с межзвуковым состоянием, Me0 > Me** - с внутренней звуковой точкой.
В п.3.2.3. исследованы система ОДУ для двухскоростной двухтемпературной модели в предположении постоянства параметров релаксации =T /u, . Определено многообразие существования режимов ЧЖ и недосжатых режимов в пространстве: число Маха - параметры релаксации , (рис. 6). Проведен анализ влияния параметров релаксации на структуры гетерогенной детонации, в частности определено условие существования - слоя: > 3( ) (рис. 6). Проведены расчеты структур детонации при реальных (зависящих от течения) параметрах релаксации. Определены недосжатые режимы с внутренней звуковой точкой и наличием -слоя.
В з3.3 на основе численного моделирования одномерных нестационарных течений определена устойчивость плоских стационарных волн детонации относительно сопряжения с волнами разрежения. В п.3.3.1. дана формулировка соответствующей начально-краевой задачи. В пп.3.3.2., 3.3.3. и 3.3.4. представлены результаты расчетов для параметров релаксации из областей существования режимов ЧЖ, недосжатых с внутренней звуковой точкой, режимов с межзвуковым равновесным состоянием соответственно. Описаны сценарии взаимодействия волн разрежения со структурами детонации в каждом из режимов и сценарии взаимодействия волн разрежения с пересжатой детонацией. В п.3.3.5. сформулированы общие результаты: самоподдерживающимися режимами являются режимы ЧЖ (в области их существования) или недосжатые режимы, включая решения с межзвуковым равновесным состоянием. Пересжатые режимы ослабляются волнами разрежения до режимов ЧЖ или недосжатых в соответствии с картой решений.
0.4 W, МДж/м1/L T=2000 K 0.1800 K 1600 K 0.20 мкм T=1400 K 10 мкм 5 мкм Mp, атм 0.160 200 240 280 33 4 5 Рис. 7. Критерии инициирования Рис. 8. Критерии инициирования детонации детонации при разрушении КВД. в облаке частиц.
В з3.4 рассмотрены задачи ударно-волнового инициирования плоских волн детонации в монодисперсных взвесях частиц алюминия в одномерной нестационарной постановке. В п.3.4.1. рассмотрена задача инициирования в полупространстве, заполненном взвесью, при разрушении камеры высокого давления (КВД). Определены сценарии жесткого и мягкого инициирования, определяемые параметрами КВД. Получено соответствие экспериментальным данным [16] по протяженности выхода на стационарный режим. В п.3.4.2. моделируется инициирование детонации при взаимодействии поддерживаемых или взрывных ударных волн с облаком частиц.
Описаны особенности сценариев инициирования при предельных условиях. В п.3.4.3. получены критерии инициирования, связывающие геометрические параметры и условия в КВД (рис. 7) и зависимость энергии инициирования от числа Маха УВ и диаметра частиц (рис. 8). Результаты согласуются с данными экспериментов [17, 18].
Глава 4 посвящена исследованию ячеистой гетерогенной детонации в монодисперсных взвесях частиц алюминия на основе численного моделирования и акустического анализа двумерных течений.
В з4.1 приводятся вводные замечания, дается формулировка проблемы. В п.4.1.1. обсуждаются характеристики ячеистой газовой детонации (в частности, связь между размером ячейки и масштабами зон задержки воспламенения и горения), перечислены единичные работы по ячеистой детонации в газовзвесях, обсуждается вопрос влияния границ на размер ячейки в численном моделировании. В п.4.1.2. сформулированы цели исследования: выявить общие и специфические свойства гетерогенной ячеистой детонации относительно газовой; определить размер ячейки различных фракций; установить зависимости размера ячейки от характерных масштабов структуры (задержки воспламенения, горения, скоростной и тепловой релаксации); обосновать достоверность численных результатов сопоставлением с оценками, полученными методом акустического анализа.
В п. 4.1.3. дается постановка начально-краевой задачи о формировании ячеистой детонации в плоском канале в процессе ударно-волнового инициирования плоской волны детонации в облаке газовзвеси с монотонным малой амплитуды возмущением плотности на кромке облака 2FLUC (x, y) = 20(1+ cos( y / Y )), =0.1.
y, м В з4.2 представлены результаты численного моделирования. В 0.п.4.2.1. описаны сценарии формиро0.вания ячеистой детонации при разx, м витии поперечных волн на фронте 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.инициированной плоской волны де, кг/м0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 тонации и общие характеристики y, м ячеистых структур гетерогенной де0.тонации (рис. 9). Отмечено, что в общих чертах ячеистая детонация в 0.монодисперсных взвесях частиц x, м 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.алюминия в кислороде подобна p, атм ячеистой детонации в газовых сме10 20 30 40 50 сях. В п.4.2.2. обсуждается зависиРис. 9. Характерные картины течения мость параметров ячеистых струк гетерогенной ячеистой детонации.
тур от ширины расчетной области и d = 8 мкм, Y=0.6 м.
параметров сетки. При последовательном увеличении ширины канала число поперечных волн растет скачкообразно (бифуркация размера ячейки). Между точками бифуркации характер ячеистых структур меняется от нерегулярных к регулярным, которые могут быть неравномерными и равномерными. Натуральными ячейками считаются регулярные равномерные структуры. Отмечено, что они в наименьшей степени зависят от расчетной схемы (TVD - Мак-Кормака или TVD - Джентри-Мартина-Дэйли) и параметров сетки. В п.4.2.3. обсуждается зависимость размеров детонационных ячеек от дисперсности газовзвеси. Для равномерных структур размер ячейки определен как степенная функция от диаметра частиц с показателем 1.6. Данные по зависимости размера ячейки от диаметра частиц опубликованы в 2005 г. [18] и подтверждены более поздними расчетами других авторов в [19] (рис. 10).
Масштабы ячеистых структур согласуются с экспериментами [17].
В з4.3 исследуется влияние харак/см теристик процессов релаксации и горения на масштабы ячеистой детонации. В п.4.3.1. изложен метод акустического анализа распространения возмущений в поле течения детонации [20], позволяющий получить оценку расстояния между поперечными волd/мкм нами. Обсуждается возможность и особенности применения метода для 1 гетерогенной детонации, в частности, Рис. 10. Размеры детонационных ячеек необходимость рассмотрения наряду монодисперсных взвесей алюминия.
со структурами ЗНД и пересжатыми Cплошная линия - аппроксимация волнами также волн затухающей дерасчетных данных, штриховая - акустонации. Для взвесей частиц алюмитический анализ, штрихпунктирная - ния получены акустические оценки данные [19].
расстояний между поперечными волнами, согласующиеся с данными численных расчетов (рис. 10). В п.4.3.2.
проанализированы корреляции между масштабами ячеистой детонации и характерными масштабами релаксации в структуре детонации. Для этого определены степенные зависимости протяженностей зон задержки воспламенения, горения, тепловой и скоростной релаксации в структуре ЗНД от размеров частиц и проведено сравнение показателей степени. Установлено, что все показатели степени, включая зависимости размера ячейки от диаметра частиц, различны. Представлены также данные расчетов с варьированием зоны задержки воспламенения (температуры воспламенения) или времени горения. Показано влияние всех протекающих в смеси релаксационных процессов на характеристики ячеистой детонации и размер ячейки.
В з4.4 численно моделируется распространение детонации в частично заполненном взвесью канале (слоевой детонации). В п.4.4.1. приведен обзор исследований по данной проблеме и дана формулировка начальнокраевой задачи инициирования детонации в облаке, прилегающем к стенке и занимающем часть ширины плоского канала.
В п.4.4.2. представлены результаты расчетов для поддерживаемой инициирующей УВ, распространяющейся вне облака со скоростью выше скорости ЧЖ.
Установлена возможность колебательного характера распространения комбинированного ударного/детонационного фронта. В п.4.4.3. рассмотрен случай поддерживаемой низкоскоростной (ниже скорости ЧЖ) инициирующей УВ. Показана возможность квазистационарного (с периодическими колебаниями) режима распространения низкоскоростной детонации в облаке (рис. 11).
Рис. 11. Распространение низкоскоВ п.4.4.4. рассмотрен случай иницииростной детонации в облаке при подрования взрывной УВ, сопровождаемой держиваемой УВ, M0 = 4, Y = 10 см, волной разрежения. Показана возмож Ycl =2 см, t = 0.05 мс.
ность реализации ячеисто-подобного режима распространения детонации с одной поперечной волной в канале и проанализированы его свойства (рис. 12). Установлены параметры, обеспечивающие распространение без срыва (минимальная ширина облака не менее поперечного размера детонационной ячейки).
а б в 10.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.P, 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.x, 1.6 2 2.4 2.1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.Рис. 12. Детонация в облаке при взрывной УВ (Ycl = 6 см, М0 = 5, Y = 6 см).
Градиентные поля давления (а), поля плотности (б), t = 0.2 мс;
профили давления на стенке (в), t = 0.05 мс.
В п.4.4.5. обсуждаются вопросы диспергирования частиц при распространении детонации в облаке. Установлено, что при условиях, описанных выше, имеет место развитие неустойчивости Кельвина - Гельмгольца на поверхности облака продуктов детонации с остаточной после выгорания концентрацией частиц (рис. 12).
В Главе 5 методами численного моделирования исследуются процессы дифракции гетерогенной детонации в газовзвесях частиц алюминия на обратном уступе и распространения в условиях изменяющейся геометрии (канале с разрывом сечения).
В з5.1 приводятся вводные замечания и обзор исследований по проблеме. В газовых смесях условия сохранения детонации при выходе в открытое пространство связывают диаметр трубы d (или ширину прямоугольного канала h) с поперечным размером детонационной ячейки .
Критическое число ячеек в трубе для большинства газовых смесей составляет n=d/=10 13, в канале 34. Для гетерогенной детонации подобные данные отсутствуют. Отличия от газовой детонации связаны с наличием скоростной и тепловой релаксации фаз, где происходит перераспределение энергии, что определяет условия воспламенения и ре-инициирования.
Сформулированы цели исследования: установление общих и специфических свойств данных процессов относительно газовой детонации, а также определение критических условий распространения и срыва.
В з5.2 рассмотрена задача дифракции плоской волны гетерогенной детонации на обратном прямоугольном уступе. В п.5.2.1. дается формулировка начально-краевой задачи, приводятся параметры расчетов. Перечислены возможные режимы, свойственные газовой детонации: закритический (непрерывное распространение), критический (частичный срыв и реинициирование) и докритический (срыв детонации).
а б Рис. 13. Конфигурации фронта горения при докритическом режиме дифракции.
Мгновенные линии тока. d = 3.5 мкм, H1 = 0.03 м (а); d = 2 мкм, H1 = 0.01 м (б).
В п.5.2.2. описаны свойства закритического режима распространения с аналогичными газам элементами волновых картин. В п.5.2.3. приведены результаты расчетов докритических режимов. Установлена возможность различных конфигураций фронта горения за уступом при различных параметрах задачи (рис. 13), обусловленных взаимодействием вихря и зон релаксации (на рис. 13,а фронт горения вытягивается вдоль стенки).
а б в Рис. 14. Критический режим дифракции плоской детонационной волны.
Численные Шлирен-фотографии. H1 = 0.03 м, d = 2 мкм, t = 0.18 (а), 0.21 (б), 0.23 (в) мс.
В п.5.2.4. описаны критические режимы с частичным срывом и реинициированием детонации в поперечной волне, отмечены отличия в формировании новых поперечных волн в взвесях различной дисперсности. В п.5.2.5. обсуждаются условия перехода от одного режима к другому.
В отличие от газов, критические условия определяются не только геометрическими параметрами канала, но и дисперсностью взвеси. Построена карта режимов дифракции в плоскости параметров: ширина канала, размер частиц (рис. 15).
Рис. 15. Карта режимов дифракции:
В з5.3 анализируются процессы круглые значки - плоская детонация, дифракции ячеистой детонации, изуквадратные - ячеистая. Темные значки - докритические режимы, полузапол- ченной в Главе 4, на обратном прямоненные - критические, светлые - угольном уступе. Ширина канала закритические; штриховая линия - варьировалась от 0.5 до 4 детонацион условная граница.
ных ячеек. В п.5.3.1. описаны свойства режимов с сохранением детонации. В целом процессы подобны дифракции волн газовой детонации, ре-инициирование обусловлено столкновениями тройных точек. В п.5.3.2. рассмотрены режимы при малом числе ячеек (n 2). Установлена возможность ре-инициирования при 1 ячейке в канале. Докритический режим (срыв детонации) получен лишь при одной поперечной волне (1/2 ячейки) в канале (рис. 16). В п.5.3.3. обсуждаются критические условия распространения и срыва, определенные из обработки результатов численных расчетов. В терминах геометрических параметров условия выхода плоской и ячеистой детонации близки (рис. 15), что указывает на слабое влияние первичных поперечных волн и соответствует газовой детонации [21, 22]. Дано теоретическое обоснование многократному уменьшению критического числа ячеек в сравнении с газовой детонацией на основе развития метода Митрофанова - Солоухина [23] и применения критерия Щелкина к гетерогенной детонации. Показано, что полученное свойство обусловлено определяющим влиянием процессов тепловой и скоростной релаксации фаз на воспламенение взвеси алюминия.
а б в г Рис. 16. Срыв детонации при единичной поперечной волне в канале.
Картина максимального давления (а), численные Шлирен-фотографии, t = 0.05 мс (бЦг), d = 3.5 мкм, H1 = 0.0165 м.
В з5.4 приведены результаты численного моделирования распространения гетерогенной детонации в каналах с разрывом сечения образующей.
В п.5.4.1. описаны свойства перестройки поперечных волн в режимах с сохранением детонации (рис. 17).
а б Рис. 17. Формирование и перестройка поперечных волн за разрывом сечения.
Картины максимального давления. Переход плоской детонации (а), d = 1 мкм, H1 = 0.04 м, H2 = 0.132 м; ячеистой детонации (б) d = 1.5 мкм, H1 = 0.025 м, H2 = 0.2 м.
В п.5.4.2. представлены результаты расчетов докритических режимов, для которых распространение детонации в канале определяется положением стенок. В режимах с восстановлением ре-инициирование происходит за счет поперечной волны, возникающей при отражении дифрагированного фронта от стенок канала (рис. 18). После столкновения поперечных волн (при x = 0.95, рис. 18) распространение фронта в канале происходит в режиме ячеистой детонации с одной ячейкой на ширину. Размер ячейки превышает натуральный размер (рис. 10) в силу влияния стенок при малом числе поперечных волн в канале. При увеличении H2 происходит переход к режимам со срывом детонации (рис. 19). Для взвеси частиц 3.5 мкм критическое отношение H2/H1 определяется около 4, что соответствует данным [24] для газов (H2/H1~5). Однако данный критерий не может быть универсальным в силу наличия в гетерогенной смеси процессов межфазного взаимодействия и нелинейных соотношений между масштабами процессов релаксации и горения.
Рис. 18. Ре-инициирование детонации при докритическом режиме.
Картины максимального давления, d = 3.5 мкм, 2H1 = 0.033 м, 2H2 =0.1.
В Главе 6 на модели взвесей частиц алюминия в кислороде исследуются процессы детонации в полидисперсных газовзвесях.
В з6.1 приведен обзор работ по ударно-волновым процессам в полидисперсных взвесях и сформулирована основная цель исследования: анализ влияния распределения частиц по размерам на характеристики плоской и ячеистой детонации. Исследование проводится на модели гетерогенной детонации многофракционных газовзвесей частиц алюминия в кислороде.
В з6.2 проводится анализ стационарных плоских волн детонации в бидисперсных взвесях. В п.6.2.1. дается формулировка начально-краевой задачи о распространении стационарной детонации в нестационарной постановке, решения которой сопоставляются с решениями соответствующей системы ОДУ, описывающей стационарные волны. В п.6.2.2. обсуждаются отличия стационарных структур ЗНД неидеальной детонации бидисперсных взвесей от структур монодисперсных взвесей и влияния состава на структуры.
В п.6.2.3. анализируется распространение плоской волны в бидисперсной взвеси в сопряжении с волной разрежения. Установлено, что стационарная часть структуры ограничена 1.звуковой точкой по равновесноu, км/с замороженной скорости звука, к ней cf F cf F примыкает расширяющаяся зона пеcfe FE cfe FE реходного течения. Переходная зона 0.замыкается звуковой по замороженu0-uu0-u0.ной скорости звука точкой (рис. 19).
Показано, что при стремлении кон0.центрации одной из фракций к нулю выполняются предельные переходы к 0.x, м 0.68 0.72 0.76 0.8 структурам монодисперсной взвеси с Рис. 19. Распространение детонационной внутренней звуковой точкой. В волны с примыкающей волной разрежеп.6.2.4. отмечены особенности форния в бидисперсной взвеси1 мкм (90%) и мирования -слоев. В бидисперсной 3.5 мкм (10%).
взвеси формируется два -слоя соотПрофили скоростей, t = 0.05 мс.
ветственно каждой из фракций частиц. Профили давления и плотности газа принимают форму кривых с двумя точками локального максимума, в зависимости от состава величина первого максимума может быть как выше, так и ниже второго.
В з6.3 определены сценарии и критерии инициирования детонации в бидисперсных взвесях. В п.6.3.1. рассмотрено воздействие поддерживаемых УВ, описаны сценарии инициирования, в частности, комбинированный сценарий (воспламенение мелких частиц происходит на фронте УВ, крупных - в зоне релаксации). Определены нелинейные зависимости критическоРис. 20. Критические параметры иниго числа Маха от параметра насыщенциирования плоской детонации в биности (доли мелкой фракции), см.
дисперсных взвесях 3.5 мкм и 1 мкм.
рис. 20, кривая ла. В п.6.3.2. исследовано инициирование во взрывных УВ. Отмечено резкое снижение порога инициирования на участке 0< 0.1 (5% мелких частиц обеспечивают 30% снижение энергии инициирования), см. рис. 20, кривая б. В п.6.3.3.
описаны особенности формирования в процессе инициирования нестационарных двух-фронтовых структур гетерогенной детонации, существующих ограниченное время до слияния фронтов.
а б в y/м p/атм y/м y/м 0.0.0.10.04 0.0.0.02 0.0.0 0 0.76 0.78 0.8 0.82 0.84 x/м 1.38 1.4 1.42 1.44 1.46 x/м 1.37 1.39 1.41 1.43 1.45 x/м Рис. 21. Вырождение ячеистой детонации при изменении состава бидисперсной взвеси 2 мкм и 1 мкм: = 0 (монодисперсная взвесь 2 мкм, а), 0.3 (б), 0.6 (в).
В з6.4 определены характеристики ячеистой детонации в бидисперсных взвесях частиц алюминия в кислороде. В п.6.4.1. дается постановка задачи формирования ячеистой детонации, аналогичная изложенной в Главе 4, приводятся некоторые результаты ячеистой детонации монодисперсных взвесей в канале 6.6. см. В п.6.4.2. описаны свойства ячеистой детонации бидисперсных взвесей. Установлено свойство вырождения ячеистой детонации (ослабление амплитуды пульсаций, спрямление фронта, уменьшение пиковых давлений при столкновении тройных точек) при последовательном изменении параметра насыщенности от предельных значений (рис. 21). В п.6.4.3. описаны случаи полного вырождения ячеистой детонации, что выражается в устойчивом распространении плоских волн (рис. 22). Приведены зависимости характерных параметров ячеистой детонации от составов бидисперсных взвесей (рис. 23).
p(x,0)/атм а б x/м 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Рис. 22. Устойчивое распро- странение плоской детонации: в Рис. 23. Влияние составов на характеристики детобидисперсной взвеси 3.5 мкм и нации (а) и размер ячейки (б) бидисперсных взвесей.
1 мкм, = 0.5.
y/м В з6.5 исследуются свойства ячеи0.стой детонации в полидисперсных взве0.сях с симметричной функцией распреде0.ления частиц по размерам. В п.6.5.1. оп0.67 0.71 0.75 0.79 0.x/м ределены свойства ячеистой детонации p / при формировании ячеек из малых возmax 10 30 50 70 90 110 130 1а мущений в плоском канале. Установлено y/м 0.06 аналогичное бидисперсным взвесям 0.свойство вырождения ячеистой детона0.ции, которое проявляется при уменьшении доли средней фракции (рис. 24). В 0.66 0.7 0.74 0.78 0.x/м б п.6.5.2. приведены примеры полного выy/м 0.рождения ячеистой детонации в плоскую 0.волну. Установлено равное для трех- и 0.пятифракционных взвесей критическое 2.68 2.72 2.76 2.8 2.x/м значение доли средней фракции 0.4. В в Рис. 24. Ячеистая детонация в моно- п.6.5.3. приведены данные формирования диспесной взвеси 2 мкм (а) и трехячеистой детонации при переходе плофракционных взвесях 1 мкм, 2 мкм, ской волны через разрыв сечения канала 3.5 мкм: =0.8 (б); 0.5 (в).
(соответственно формулировке задачи в Главе 5) в полидисперсных взвесях. При 0.4 первичная поперечная волна, образуемая при отражении дифрагированного фронта от стенки, остается единственной и впоследствии затухает. В канале устойчиво распространяется плоская детонация. Таким образом, свойства вырождения определяются составом смеси и не зависят от способа формирования.
В з6.6 приводятся экспериментальные подтверждения и теоретическое обоснование свойств вырождения ячеистой детонации. В п.6.6.1. приведены данные экспериментов [25] по детонации аэровзвесей порошков алюминия. Фотографии порошков и регистрограммы давления свидетельствуют о снижении пульсаций в структуре волны ячеистой детонации при переходе от монодисперсного порошка к полидисперсному (рис. 25), чему авторами не дано убедительного объяснения. Эффект качественно воспроизводится в модельных расчетах детонации в трехфракционной взвеси при уменьшении от 0.8 до 0.6 (рис. 26). В п.6.6.2. на основе методов акустического анализа, изложенных в з4.3 (п.4.3.1), проводится теоретическое обоснование свойств вырождения ячеистой детонации в полидисперсных взвесях. Для анализа рассмотрены структуры волн нормальной, пересжатой и затухающей детонации в бидисперсных, трехфракционных и пятифракционных взвесях.
1, кг/мx/м 0.6 0.7 0.8 0. а 1, кг/мx/м 0.6 0.7 0.8 0. б Рис. 25. Данные экспериментов [21]: Рис. 26. Расчетные профили ячеистой фотографии порошков алюминия (слева), детонации трехфракционных смесей:
регистрограммы датчиков давления (справа).
= 0.8 (а), 0.6 (б).
Показано, что частичное вырождение ячеистой детонации в численных расчетах коррелирует с отсутствием масштаба поперечных волн на пересжатых (затухающих) структурах, а полное вырождение - на структурах волн нормальной детонации. Выводы акустического анализа полностью согласуются с результатами численного моделирования. В совокупности эти данные указывают, что в ячеистой гетерогенной детонации полидисперсных взвесей как характер и размер, так и само существование ячеек зависит от фракционного состава (распределения частиц по размерам).
В Заключении изложены основные результаты и выводы диссертационной работы. Представленные в настоящей диссертации оригинальные результаты в достаточной степени раскрывают картину явления гетерогенной детонации в монодисперсных и полидисперсных газовзвесях с неполным сгоранием частиц (взвесях частиц угольной пыли и взвесях частиц алюминия), включая особенности структуры, распространения, устойчивости и инициирования плоских волн, течения ячеистой детонации, проблемы дифракции и распространения в каналах изменяемой геометрии.
В том числе:
- Разработана физико-математическая модель гетерогенной детонации газовзвесей угольной пыли, определены характеристики плоских волн детонации и особенности гомогенно-гетерогенного воспламенения взвесей битуминизированного угля в ударно-волновых и детонационных процессах.
- В рамках модифицированной модели детонации газовзвесей частиц алюминия в кислороде проведен систематический анализ влияния релаксационных процессов на типы течений неидеальной детонации, построены карты решений в пространстве параметров релаксации, определена устойчивость этих режимов.
- Определены свойства ячеистой детонации монодисперсных взвесей частиц алюминия в кислороде и степенные зависимости размера ячейки от диаметра частиц с показателем 1.6. Установлено влияние релаксационных процессов на ячеистые структуры.
- В задачах дифракции показано и теоретически обосновано трехкратное относительно газов снижение критического числа ячеек при выходе детонации в открытое пространство, что обусловлено отличиями в механизмах воспламенения.
- Определено влияние полидисперсности смеси на характеристики детонации. Установлено и описано свойство вырождения ячеистой детонации, что позволило дать объяснение наблюдаемым в экспериментах эффектам ослабления пульсаций параметров. Получен критерий полного вырождения ячеистой детонации в устойчиво распространяющуюся плоскую волну детонации.
В целом работа представляет собой комплексное решение ряда фундаментальных научных проблем в современной области знаний механики реагирующих гетерогенных сред, которые в совокупности могут квалифицироваться как развитие научного направления - гетерогенной детонации газовзвесей с неполным сгоранием частиц.
Список основных публикаций автора по теме диссертации 1. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Типы детонационных течений аэровзвеси алюминия в кислороде // Докл. РАН. 1995. Т.342. №2. C.185-188.
2. Федоров А.В., Хмель Т.А. Типы и устойчивость детонационных течений аэровзвеси алюминия в кислороде // ФГВ. 1996, Т.32. №2. C.74-85.
3. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Учет скоростной неравновесности в теории детонации частиц алюминия в кислороде // Докл. РАН. 1997. Т. 355.
№6. C.763-767.
4. Федоров А.В., Хмель Т.А. Математическое моделирование детонации алюминиевой пыли в кислороде с учетом скоростной неравновесности частиц // ФГВ. 1997. Т.33. №2. C.80-91.
5. Федоров А.В., Хмель Т.А. Определение самоподдерживающихся режимов неидеальной детонации на модели аэровзвеси частиц алюминия // ФГВ. 1998.
Т.34. №5. C.95-102.
6. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численное моделирование ударно-волнового инициирования гетерогенной детонации аэровзвеси частиц алюминия // ФГВ.
1999. Т.35. №3. C.81-88.
7. Fedorov A.V., Khmel' T.A., Fomin V.M. Non-equilibrium model of steady detonations in aluminum particles - oxygen suspensions // Shock Waves. 1999. V. 9.
№5. P.313-318.
8. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численное моделирование инициирования детонации при вхождении ударной волны в облако частиц алюминия // ФГВ. 2002.
Т.38. №1. С.114-122.
9. Хмель Т.А., Федоров А.В. Взаимодействие ударной волны с облаком частиц алюминия в канале // ФГВ. 2002. Т.38. №2. С.89-98.
10. Федоров А.В., Хмель Т.А. Математическое моделирование детонационных процессов в газовзвеси частиц угля // ФГВ. 2002. Т.38. №6. С.103-112.
11. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Эффект скоростной неравновесности в воспламенении газовзвеси угольной пыли в ударных и детонационных волнах // Докл. РАН. 2004. Т. 394. № 4. С.484-488.
12. Хмель Т.А. Численное моделирование двумерных детонационных течений в газовзвеси реагирующих твердых частиц // Мат. моделирование. 2004. Т.16.
№6. С.73-77.
13. Fedorov A.V., Gosteev Yu.A., Khmel T.A. To the theory of ignition and detonation of coal particle gas mixtures // Shock Waves. 2004. V.13. №6. P.453-463.
14. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численное моделирование формирования ячеистой гетерогенной детонации частиц алюминия в кислороде // ФГВ. 2005.
Т.41. №4. С.84-98.
15. Федоров А.В., Хмель Т.А. Учет воспламенения при математическом моделировании гетерогенной детонации угольной пыли в кислороде // ФГВ. 2005.
Т.41, №1. С.89-100.
16. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Теоретическое и численное исследование процессов детонации в газовзвесях частиц алюминия // ФГВ. 2006.
Т.42. № 6. С.126-136.
17. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численные технологии исследования гетерогенной детонации газовзвесей // Мат. моделирование. 2006. Т.18. №8. С.49-63.
18. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Формирование и вырождение ячеистой детонации в полидисперсных газовзвесях // Докл. РАН. 2007. Т.414. №3.
С.334-338.
19. Fedorov A.V., Khmel T.A. Cellular detonations in bi-dispersed gas-particle mixtures // Shock Waves. 2008. V.18. №4. P.277-280.
20. Fedorov A.V., Kratova Yu.V., Khmel T.A. Shock and detonation wave diffraction at a sudden expansion in gas-particle mixtures // Shock Waves. 2008. V.18. №4.
P.281-290.
21. Федоров А. В., Кратова Ю. В., Хмель Т. А. Численное исследование дифракции ударных волн в каналах переменного сечения в газовзвесях // ФГВ. 2008.
Т.44. №1. С.85-95.
22. Федоров А. В., Хмель Т. А. Структура и инициирование плоских волн детонации в бидисперсной газовзвеси частиц алюминия // ФГВ. 2008. Т.44. №2.
С.46-55.
23. Федоров А. В., Хмель Т. А. Формирование и вырождение ячеистой детонации в бидисперсных газовзвесях частиц алюминия// ФГВ. 2008. Т.44. № 3.
С.109-120.
24. Fedorov A.V., Khmel T.A., Fomin V.M. Analysis of the shock wave ignition and detonation in bituminous coal-dust suspensions // J. of Loss Prevention in the Process Industries. 2009. V.22. №2. P.140-144.
25. Кратова Ю.В., Федоров А.В., Хмель Т.А. Дифракция плоской детонационной волны на обратном уступе в газовзвеси // ФГВ. 2009. Т.45. №5. С.95 - 107.
26. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Математическое моделирование гетерогенной детонации в газовзвесях частиц алюминия и угольной пыли // ФГВ. 2009. Т.45. №4. С.166-177.
27. Fedorov A.V., Khmel T.A., Kratova Yu.V. Cellular detonation diffraction in gas - particle mixtures // Shock Waves. 2010. V.20. №6. P.509-519.
Цитируемая литература 1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч.1, 2. М.: Наука, 1987.
2. Яненко Н.Н., Солоухин Р.И., Папырин А.Н., Фомин В.М. Сверхзвуковые двухфазные течения в условиях скоростной неравновесности частиц. Новосибирск: Наука, 1980. 160 c.
3. Harten А. High resolution schemes for hyperbolic conservation laws // J. Comp.
Phys. 1983. V.49. №3. P.357-393.
4. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 616 c.
5. Nettleton M.A., Stirling R. Detonation in suspensions of coal dust in oxygen // Combust. Flame. 1973. V.21. P.307-314.
6. Эдвардс Д., Фернлей Р., Неттлтон М. Исследование детонации взвесей угольной пыли в смесях кислорода с азотом в ударной трубе // ФГВ. 1987.
Т.23. №2. С.129-136.
7. Федоров А.В., Фомин В.М., Гостеев Ю.А. Динамика и воспламенение газовзвесей. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. 344 с.
8. Левин В.А., Марков В.В. Возникновение детонации при концентрированном подводе энергии // ФГВ. 1975. Т.11. №4. С.623-633.
9. Бойко В.М., Папырин А.Н., Поплавский С.В. О механизме воспламенения пылей в проходящих ударных волнах // ФГВ. 1993. Т.29. №3. C.143-148.
10. Бойко В.М., Папырин А.Н., Поплавский С.В. О влиянии летучих на задержки воспламенения газовзвесей угольных пылей в ударных волнах // ФГВ. 1991. Т.27. №2. С.101-111.
11. Sichel M., Baek S.W., Kauffman C.W., Maker B., Nicholls J.A. The shock wave ignition of dusts // AIAA J. 1985. V.23. №9. P.1374-1380.
12. Медведев А.Е., Федоров А.В., Фомин В.М. Описание воспламенения и горения смесей газа и твердых частиц методами механики сплошной среды // ФГВ. 1984. Т.20. №2. С.3-9.
13. Бекстед М. В. Анализ данных по времени горения частиц алюминия // ФГВ. 2005. Т41. №5. С.55-69.
14. Федоров А.В. Структура гетерогенной детонации частиц алюминия, диспергированных в кислороде // ФГВ. 1992. Т.28. №3. С.72-83.
15. Еремеева Т.А., Медведев А.Е., Федоров А.В., Фомин В.М. К теории идеальной и неидеальной детонации аэровзвесей: Препринт №37-86 / ИТПМ, CО АН СССР. Новосибирск, 1986. 36 c.
16. Strauss W.A. Investigation of the detonation of aluminum powder-oxygen mixtures // AIAA J. 1968. V.6. №12. P.1753-1761.
17. Ingignoli W., Veyssiere B., Khasainov B.A. Study of detonation initiation in unconfined aluminum dust clouds // Gaseous and heterogeneous detonations, science to applications /G. Roy et al. (Eds). М.: ENAS Publishers, 1999. P.337-350.
18. Борисов А.А., Хасаинов Б.А., Вейссьер Б. и др. О детонации взвесей алюминия в воздухе и кислороде// Хим. физика. 1991. Т.10. №2. С.250-272.
19. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численное моделирование формирования ячеистой гетерогенной детонации частиц алюминия в кислороде // ФГВ. 2005.
Т. 41. №4. С.84-98.
20. Briand A., Veyssiere B., Khasainov B.A. Detonability of aluminum suspensions // Proc. of the 7-th ISHPMIE, St. Petersburg, Russia, July 7Ц11, 2008. Vol. II. St.
Petersburg, 2008. P.213-222.
21. Sochet, I., Lamy, T., Brossard, J., Vaglio, C., Cayzac, R. Critical tube diameter for detonation transmission and critical initiation energy of spherical detonation // Shock Waves. 1999. V.9. № 2. P.113-123.
22. Pintgen, F., Shepherd, J.E. Detonation diffraction in gases // Comb. Flame.
2009. V.156. P.665-677.
23. Васильев А.А. Критические условия инициирования цилиндрической многофронтовой детонации // ФГВ. 1998. Т. 34. №2. С.114-120.
24. Pantow E. G., Fischer M., Kratzel Th. Decoupling and recoupling of detonation waves associated with sudden expansion // Shock Waves. 1996. V.6. №3.
P.131 - 137.
25. Zhang F., Gerrard K.B., Rypley R. Reaction mechanism of aluminum particles - air detonation / Proc. of the 7-th ISHPMIE, St. Petersburg, Russia, July 7-11, 2008. Vol. II. St. Petersburg, 2008. P. 223-237.
Ответственный за выпуск Т.А. Хмель Подписано в печать 28.01.20Формат бумаги 6084/16, Усл. печ. л. 1.5, Уч.-изд. л. 1.5, Тираж 130 экз., Заказ № Отпечатано в типографии ООО Нонпарель 630090, Новосибирск, Институтская, 4/
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное