Кое (численное) моделирование инициирования детонации в стехиометрической пропано-воздушной смеси ударными волнами в каналах с крутыми изгибами s-образной формы

Вид материала

Исследование

Подобный материал:

• Полузамкнутые помещения (модули), воспламенением и взрывом (в режиме дефлаграции или, 67.1kb.
• В. М. Пасконов Факультет вмк мгу, кафедра математической физики, Лаборатория моделирования, 16.09kb.
• Численное моделирование теплового процесса сварки полиэтиленовых труб при низких температурах, 251.39kb.
• Численное моделирование и разработка комплекса программ исследования теплообмена, 466.89kb.
• Численное моделирование нелинейно-наследственного поведения пространственно-армированных, 22.15kb.
• Аннотация, 201.83kb.
• Список докладов 9-ой Международной конференции Авиация и космонавтика 2010, 49.67kb.
• Метод гидрокавитационной дезактивации и очистки поверхностей, 29.16kb.
• Д. Б. Сполдинг 1 и В. И. Артёмов, 482.05kb.
• К. Ю. Богачев (мгу им. М. В. Ломоносова) Рассмотрена задача, 7.56kb.

И.О. ШАМШИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)


МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ИНИЦИИРОВАНИЯ ДЕТОНАЦИИ УДАРНЫМИ ВОЛНАМИ

В КАНАЛАХ S-ОБРАЗНОЙ ФОРМЫ


Проведено математическое (численное) моделирование инициирования детонации в стехиометрической пропано-воздушной смеси ударными волнами в каналах с крутыми изгибами S-образной формы. Показано, что крутые изгибы способствуют переходу ударной волны в детонацию, но при определенных условиях могут привести к затуханию детонационной волны. Установлена зависимость минимальной интенсивности ударных волн от длительности фазы сжатия приводящих к переходу ударной волны в детонационную.


Одна из проблем на пути создания импульсных детонационных двигателей заключается, с одной стороны, в необходимости использования длинных труб для обеспечения перехода горения в детонацию в топливно-воздушных смесях (ТВС), а с другой стороны, – в необходимости обеспечения приемлемых габаритов двигателя. Для решения этой проблемы рассматривают возможность использования компактных компоновок детонационных труб с несколькими изгибами. С одной стороны, наличие крутых поворотов или витков труб способствует переходу горения в детонацию и позволяет снизить минимальную энергию инициирования [1, 2]. С другой стороны, крутые повороты увеличивают гидравлическое сопротивление и осложняют циклическое заполнение трубы свежей смесью. Для практического применения детонации необходимо обеспечить ее возникновение на кратчайших расстояниях при наименьших затратах энергии. Цель работы – численное исследование инициирования ударными волнами детонации в канале с двумя крутыми изгибами.

В основу математической модели, описывающей течения нестационарных реагирующих потоков, положены двумерные уравнения Эйлера и уравнения химической кинетики. При численном решении системы уравнений газодинамики и химической кинетики использовался метод расщепления по физическим процессам [3]. Система уравнений газодинамики решалась методом Годунова-Колгана [4]. Система уравнений, описывающая химические реакции, решалась неявным методом, разработанным в ИХФ РАН [5].

Расчеты проведены со стехиометрической пропано-воздушной смесью при нормальных начальных условиях в канале высотой 50 мм с двумя поворотами предельной кривизны, обеспечивающими наиболее компактную компоновку. Длина прямых участков была равна 1 м. В расчетах использовали одностадийные и многостадийные кинетические механизмы окисления пропана [6]. В расчетах варьировали скорость первичной ударной волны (УВ) и длительность фазы сжатия. Расчеты показали, что при интенсивности УВ выше 3,5 Маха в канале за первым изгибов возникала детонационная волна, которая в зависимости от длительности фазы сжатия либо полностью разрушалась за вторым изгибом, либо проходила через второй изгиб с ослаблением и с последующим восстановлением структуры и скорости. При достаточной длительности первичной ударной волны в расчетах наблюдали возникновение детонации на втором изгибе. Кроме того, получены течения с распадом сформированной детонационной волны. Показано, что распад волны наступает в условиях, близких к пределу распространения детонации. В условиях вдали от пределов детонационная волна восстанавливалась после прохождения изгиба на расстояниях в 8-10 калибров.

Расчеты подтвердили основные экспериментально наблюдаемые закономерности [7] и прояснили их механизмы. Кроме того, расчеты позволили выяснить влияние длительности фазы сжатия в первичной УВ на эволюцию волн разной интенсивности.

Работа выполнена в НОЦ-011 при финансовой поддержке Американского фонда гражданских исследований и развития (CRDF) и Министерства образования и науки РФ в рамках программы «Фундаментальные исследования и высшее образование», и «Фонда содействия отечественной науки».


Список литературы


1. Фролов С.М., Аксенов В.С., Басевич В.Я. // ДАН. 2005. Т. 401. № 2. С. 201-204.

2. Frolov S., Aksenov V., Shamshin I. // Pulsed and Continuous Detonations. Eds.: G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi. Moscow: Torus Press, 2006. P. 146-158.

3. Ковеня В.М., Яненко Н.Н. Метод расщепления в задачах газовой динамики. Новосибирск: Наука, 1981.

4. Колган В.П. // Ученые записки ЦАГИ. 1972. № 3. С. 68.

5. Азатян В.В., Коган А.М. и др. // Кинетика и катализ. Т. XVI, 3. 1975. С. 577-585.

6. Frolov S.M., Aksenov V.S., Shamshin I.O. // Nonequilibrium processes. Vol. 1. Combustion and detonation / Eds.: G. Roy, S. Frolov, A. Starik. Moscow: Torus Press, 2005. P. 348-364.

7. Frolov S.M. et al. Proc. Combust. Inst. (2007), doi:10.1016/j.proci.2006.07.197 (in press).