Самоподдерживаемый режим ускорения пламени в канале
1
УДК 534.222.2
Самоподдерживаемый режим ускорения пламени
в канале и механизм формирования детонации
© М.Ф. Иванов
1
, А.Д. Киверин
1
, И.С. Яковенко
2
1
Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, 125412, Россия
2
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Методами численного моделирования исследованы особенности развития неста-
ционарного процесса ускорения пламени и формирования детонации в трехмерном
канале прямоугольного сечения, заполненного водород-кислородной горючей сме-
сью. Выявлены особенности эволюции волн горения с различной топологией по-
верхности фронта. Показано, что независимо от геометрии задачи и особенно-
стей газодинамики течения в канале формирование детонации происходит в ре-
зультате установления самоподдерживаемого режима ускорения пламени в по-
токе, определяющего механизм нарастания давления в зоне реакции.
Ключевые слова:
нестационарные режимы горения, переход горения в детонацию,
водородная безопасность, численное моделирование.
Введение.
Фундаментальной задачей современной теории горения
и взрыва является исследование нестационарных режимов воспламе-
нения, горения и детонации с целью разработки средств эффективного
управления такими режимами в перспективных технологических си-
стемах преобразования химической энергии горения в полезную рабо-
ту на промышленных объектах, работа которых связана с рисками
объемного накопления и воспламенения горючих газовых смесей.
Формирование различных режимов горения в первую очередь опреде-
ляется параметрами источника внешней энергии, инициирующего
реакцию. В большинстве случаев энергия подводится импульсно, и
формирование того или другого режима горения определяется вкла-
дываемой энергией и длительностью импульса. Детальный анализ и
классификация механизмов воспламенения и возникающих режимов
горения в смесях с цепным механизмом воспламенения показывает
[1], что в зависимости от параметров энерговклада (значения вклады-
ваемой энергии, времени энерговклада и размера области энерговкла-
да) возможны два основных механизма инициирования волн реакции:
градиентный механизм Зельдовича [2] и объемный тепловой взрыв
(представляющий одну из асимптотик механизма Зельдовича с гради-
ентом нулевой крутизны). В отличие от второго механизма теплового
взрыва, реализуемого в относительно узком диапазоне интенсивностей
внешнего энерговклада в результате коротких энергоемких импульсов,
механизм Зельдовича реализуется в более широком диапазоне парамет-
ров энерговклада. В условиях натурного эксперимента воспламенение
