Самоподдерживаемый режим ускорения пламени в канале и механизм формирования детонации
Опубликовано: 23.10.2013
Авторы: Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Яковенко И.С.
Опубликовано в выпуске: #8(20)/2013
DOI: 10.18698/2308-6033-2013-8-871
Раздел: Математическое моделирование | Рубрика: Моделирование процессов горения
Методами численного моделирования исследованы особенности развития нестационарного процесса ускорения пламени и формирования детонации в трехмерном канале прямоугольного сечения, заполненного водород-кислородной горючей смесью. Выявлены особенности эволюции волн горения с различной топологией поверхности фронта. Показано, что независимо от геометрии задачи и особенностей газодинамики течения в канале формирование детонации происходит в результате установления самоподдерживаемого режима ускорения пламени в потоке, определяющего механизм нарастания давления в зоне реакции.
Литература
[1] Kiverin A.D., Kassoy D.R., Ivanov M.F., Liberman M.A. Mechanisms of Ignition by Transient Energy Deposition: Regimes of Combustion Wave Propagation. Phys. Rev. E, 2013, vol. 87, is. 3. pp. 033015-1-033015-10
[2] Zel’dovich Ya.B. Regime Classification of an Exothermic Reaction with Nonuniform Initial Conditions. Combustion Flame, 1980, vol. 39. pp. 211-226
[3] Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. Москва, ГИЛЛ, 1948, 448 с.
[4] Казанцев С.Ю., Кононов И.Г., Коссый И.А., Тарасова Н.М., Фирсов К.Н. Воспламенение горючей газовой смеси в замкнутом объеме, инициированное свободно локализованной лазерной искрой. Физика плазмы, 2009, т. 35, № 3, с. 281-288
[5] Гейдон А., Герл И. Ударная труба в химической физике высоких температур. Москва, Мир, 1966, 428 с.
[6] Зельдович Я.Б., Когарко С.М., Симонов H.H. Экспериментальное исследование сферической газовой детонации. Журн. теор. физики, 1956, № 26, вып. 3, с. 1744-1768
[7] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Москва, Наука, 1986
[8] Liberman M.A., Kiverin A.D., Ivanov M.F. Regimes of Chemical Reaction Waves Initiated by Nonuniform Initial Conditions for Detailed Chemical Reaction Models. Physical reviewe E, 2012, vol. 85, pp. 056312-1-056312-11
[9] Bach G.G., Knystautas R., Lee J.H. Direct Initiation of Spherical Detonations in Gaseous Explosives. Proc. Combust. Inst., 1969, vol. 12, pp. 853-864
[10] Salamandra G.D., Bazhenova T.Y., Naboko I.M. Formation of Detonation Wave During Combustion of Gas in Combustion Tube. Proc. Combust. Inst., 1959, vol. 7, pp. 851-855
[11] Kuznetsov M., Alekseev V., Matsukov I., Dorofeev S. DDT in a Smooth Tube Filled with a Hydrogen-oxygen Mixture. Shock Waves, 2005, vol. 14, 205-215
[12] Thomas G.O., Bambrey R.J., Brown C.J. Experimental Observations of Flame Acceleration and Transition to Detonation Following Shock-flame Interaction. Combust. Theory and Modeling, 2001, vol. 5, pp. 574-594
[13] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Рыков Ю.В. Особенности распространения пламени в замкнутых объемах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2010, № 1, с. 21-38
[14] Smimov N.N., Tyumikov M.V. Experimental Investigation of Deflagration-to-detonation Transition in Gaseous Hydrocarbon-air Mixtures. Combustion Flame, 1995, vol. 100, pp. 661-668
[15] Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants, Iaea-Tecdoc-1661, Iaea, Vienna, 2011
[16] Ng H.D., Lee J.H.S. Direct Initiation of Detonation with a Multi-step Reaction Scheme. J. FluidMech, 2003, vol. 476, pp. 179-211
[17] Steinberg M., Kaskan W.E. The Ignition of Combustible Mixtures by Shock Waves. Proc. Combust. Symp. vol. 5, 1955, pp. 664-672
[18] E.S. Oran, V.N. Gamezo Origins of the Deflagration-to-detonation Transition in Gas-phase Combustion. Combust. Flame, 2007, vol. 148, pp. 4-47
[19] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Либерман М.А., Фортов В.Е. Механизм ускорения пламени и переход в детонацию водородно-кислородной смеси в канале. Доклады Академии наук, 2010, т. 434, № 6, с. 756-759
[20] Ivanov M.F., Kiverin A.D., Liberman M.A. Hydrogen-oxygen Flame Acceleration and Transition to Detonation in Channels with No-slip Walls for a Detailed Chemical Reaction Model. Phys. Rev. E, 2011, vol. 83, р. 56313
[21] Зельдович Я.Б. К теории возникновения детонации в газах. ЖТФ, 1947, т. 17, вып. 1, с. 3-26
[22] Wu M., Burke M.P., Son S.J., Yetter R.A. Flame Acceleration and the Transition to Detonation of Stoichiometric Ethylene-oxygen in Microscale Tubes. Proceedings of the Combustion Institute, 2007, vol. 31, pp. 2429-2436
[23] Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. Москва, Наука, 1980
[24] Clanet C., Searby G. On the 'Tulip Flame' Phenomena. Combust. Flame, 1996, vol. 105, p. 225
[25] Иванов М.Ф., Киверин А. Д., Гальбурт В. А. Об одном способе ускорения перехода от дефлаграции к детонации в газообразных смесях. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2008, № 4, с. 38-45
[26] Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Москва, Физматлит, 2003, 351 c.
[27] McBride B.J., Gordon S., Reno M.A. Coefficients for Calculating Thermodynamic and Transport Properties of Individual Species. NASA Technical Memorandum, 1993, vol. 4513, 89 p.
[28] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Смыгалина А.Е. Воспламенение водородновоздушной смеси вблизи нижнего концентрационного предела. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2013, № 1, с. 89-108
[29] Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. Вычислительный эксперимент. Москва, Наука, 1982, 392 с.
[30] Liberman M.A., Ivanov M.F., Valiev D.M., Eriksson L.-E. Hot Spot Formation by the Propagating Flame and the Influence of EGR on Knock Occurrence in SI engines. Combust. Sci. and Tech, 2006, vol. 178, № 9, pp. 1613-1647
[31] Liberman M.A., Ivanov M.F., Peil O.E., Valiev D.M., Eriksson L.-E. Numerical Studies of Curved Stationary Flames in Wide Tubes. Combust. Theory and Modelling, 2003, vol. 7, pp. 653-676