Численное моделирование двумерной структуры детонации богатой метановоздушной смеси
Keywords:
численное моделирование, детонация, ячейка, модель химической кинетики, метано-воздушная смесь, многофронтовая структураAbstract
Выполнено двумерное численное исследование многофронтовой (ячеистой) структуры детонационной волны (ДВ) в богатой метановоздушной смеси при нормальных условиях. В расчетах использовалась разработанная нами модель детонационного горения метана в рамках двухстадийного механизма детонационной кинетики (индукционная стадия и стадия основного тепловыделения). Предложенная модель кинетики обладает высокой точностью, согласована со вторым началом термодинамики, удовлетворяет принципу Ле Шателье. Достоинством модели является ее относительная простота и удобство при ее интегрировании в многомерные численные газодинамические коды. Численно изучены изменения в двумерной многофронтовой структуре самоподдерживающейся ДВ при вариации ширины канала в широком диапазоне значений. Исходя из анализа многофронтовой структуры ДВ, размер детонационной ячейки богатой (коэффициент избытка топлива φ=1,5) метановоздушной смеси определен равным a0=45÷50 см. Эта величина находится в хорошем согласии с данными аналитической модели ячейки, a0=38 см. Необходимы специальные эксперименты с выбранной смесью для получения новых эмпирических данных о многофронтовой структуре ДВ.
Downloads
References
Fickett W., Davis W.C. Detonation. − University of California Press, Berkeley, CA, 1979.
Fomin, P.A., Trotsyuk, A.V., Vasil’ev, A.A. (2014). Approximate model of chemical reaction kinetics for detonation processes in mixture of CH<sub>4</sub> with air. Combustion Science and Technology, Vol. 186: 10−11, pp. 1716−1735, DOI: 10.1080/00102202.2014.935643.
Fomin, P.A., Trotsyuk, A.V., Vasil’ev, A.A. (2015). Numerical study of cellular detonation structures of methane mixtures. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 36, pp. 394-403, DOI: 10.1016/j.jlp.2015.03.012.
Васильев А.А., Николаев Ю.А. Модель ячейки многофронтовой газовой детонации. // Физика горения и взрыва. - 1976. - Т. 12, - No.5. - С. 744 - 754.
Васильев А.А. О влиянии азота на параметры многофронтовой детонации // Физика горения и взрыва. - 1998. - Т. 34, - No.1. - С. 79 - 83.
Vasil'ev A.A., Valishev A.I., Vasil'ev V.A., Panfilova L.V., Topchian M.E. Detonation hazards of methane mixtures. // Archivum Combustionis. - 2000. - Vol. 20. - No. 3-4. - P.31 - 48.
Солоухин Р.И. Методы измерений и основные результаты в экспериментах на ударных трубах. // 7-й Международный симпозиум по ударным трубам. - 1969. − Новосибирск: Изд-во СО АН СССР.
Троцюк А.В., Васильев А.А. Численное исследование ячеистой структуры детонации метано-кислородной смеси.// Современная наука - 2014. - No.1 (14). - С. 139 - 145.
Manzhalei, V.I. (1977). Fine structure of the leading front of a gas detonation. Combustion, Explosion, and Shock Waves, Vol. 13, pp. 402-404.
Manzhalei, V.I., Mitrofanov, V.V. (1973). The stability of detonation shock waves with a spinning configuration. Combustion, Explosion, and Shock Waves, Vol.9, pp. 614-620.
