Трехмерное математическое моделирование детонации в двухфазных системах газообразный окислитель – капли жидкого горючего

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Приведены результаты трехмерного моделирования процесса распространения детонационных волн в двухфазной смеси воздух – капли жидкого изооктана. Методика расчета детонации основана на решении трехмерных уравнений двухфазного сжимаемого турбулентного реагирующего течения с учетом движения, дробления, нагрева и испарения капель и конечных скоростей смешения топливных компонентов и химических превращений. Достоверность методики проверена путем сравнения расчетных и измеренных скоростей гетерогенной детонации в вертикальном канале квадратного сечения. Рассмотрено влияние предыстории формирования двухфазной горючей смеси на скорость и структуру детонационной волны, в частности учтено влияние коагуляции капель. Получены новые данные о структуре детонационной волны в двухфазных системах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. С. Иванов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: smfrol@chph.ras.ru
Россия, Москва

С. М. Фролов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: smfrol@chph.ras.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Roy G.D., Frolov S.M., Borisov A.A., Netzer D.W. // Progr. Energy Combust. Sci. 2004. V. 30. Issue 6. P. 54.
  2. Фролов С.М., Аксёнов В.С., Иванов В.С., Шамшин И.О., Набатников С.А. // Горение и взрыв. 2019. Т. 12. №1. С. 63.
  3. Быковский Ф. А., Ждан С.А. Непрерывная спиновая детонация. Новосибирск: ИГиЛ СО РАН, 2013.
  4. Фролов С.М., Иванов В.С., Шамшин И.О. и др. // Горение и взрыв. 2022. Т. 15. №1. С.67.
  5. Фролов С.М., Иванов В.С. // Хим. физика. 2021. T. 40. № 4. C. 68.
  6. Smirnov N., Nikitin V., Dushin V.R. et al. // Acta Astronautica. 2015. V. 115. P. 94.
  7. Fedorov A., Khmel T.A. // Combust. Explos. Shock Waves. 2005. V. 41. P. 435.
  8. Dabora E.K., Weinberger L.P. // Acta Astronautica. 1974. V. 1. P. 361.
  9. Митрофанов В.В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. Новосибирск: Изд-во Ин-та гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 2003.
  10. Kailasanath K. // AIAA J. 2003. V. 41. №2. P. 145.
  11. Tangirala V., Dean A., Peroomian O., Palaniswamy S. // Proc. 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. V. 24. Reno, NY, 2007. P. 1173. doi: 10.2514/6.2007-1173
  12. Frolov S.M., Posvyanskii V.S. // Explosion Dynamics and Hazardss Eds. by Frolov S.M., Zhang F., Wolanski P. Moscow: Torus Press, 2010. P. 337.
  13. Meng Q., Zhao M., Xu Y., Zhang, L., Zhang H. doi: 10.48550/arXiv.2209.11913. 2022
  14. Jourdaine N., Tsuboi N., Hayashi A.K. // Combust. And Flame. 2022. V. 244. P. 112278.
  15. Иванов В.С., Фролов С.М. // Горение и взрыв. 2010. № 3. C. 63–70.
  16. Ivanov V.S., Shamshin I.O., Frolov S.M. // Energies. 2023. V. 16. P. 7028.
  17. Фролов С.М., Аксёнов В.С., Шамшин И.О. // Хим. физика. 2017. T. 36. № 6. C. 34.
  18. Tannehill J.C., Dale A.A., Pletcher R.H. Computational fluid mechanics and heat transfer. Washington DC: Taylor and Francis, 1997.
  19. Versteeg H.K., Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method. London: Longman Scientific and Technical, 2007.
  20. Dukowicz J. K. Quasi–steady droplet change in the presence of convection Los Alamos: University of California, 1979.
  21. Reitz R.D. // Atomisation Spray Technology. 1987. V. 3(4). P. 309.
  22. Pope S.B. // Prog. Energy Combust. Sci. 1985. V. 11. № 2. P. 119.
  23. Frolov S.M., Ivanov V.S., Basara B., Suffa M. // J. Loss Prevention Process Industries. 2013. V. 26. P. 302.
  24. Frolov S.M., Ivanov V.S. // Deflagrative and detonative combustion / Eds. Roy G., Frolov S. Moscow: Torus Press, 2010. P. 133.
  25. Mangani L., Bianchini C. // Proc. OpenFOAM International Conference. V. 1. 2007. P. 1; https://flore.unifi.it/retrieve/handle/2158/418277/15222/OFIC-07.pdf
  26. Авдеев К.А., Иванов В.С., Фролов С.М., Basara B., Priesching P., Suffa M. // Горение и взрыв. 2012. T. 5. C. 91.
  27. Пискунов В.Н. Теоретические модели кинетики формирования аэрозолей. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2000.
  28. Басевич В.Я., Беляев А.А., Медведев С.Н., Посвянский В.С., Фролов C.М. // Горение и взрыв. 2015. Т. 8. № 1. C. 21.
  29. Naik C., Westbrook, C.K., Herbinet O. Pitz W. Mehl M. // Proc. Combust. Inst. 2011 V. 33. P. 383.
  30. Wu Z., Mao Y., Yu L., Qian Y., Lu, X. // Combust. and Flame. 2021. V. 228. P. 302.
  31. Фролов С.М., Поленов А.Н., Гельфанд Б.Е., Борисов А.А. // Хим. физика. 1986. T. 5. №7. C 978.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. а – Схематическое изображение расчетной области – вертикального канала с вектором ускорения силы тяжести, направленным сверху вниз; б – массовое распределение капель изооктана по размерам: кривая 0 – эксперимент, кривые 1– 4 – расчет по модели коагуляции капель для разных сечений канала, цифры 1–4 соответствуют расстоянию от начала канала в метрах.

Скачать (62KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетное изменение скорости фронта детонационной волны вдоль вертикального канала, заполненного стехиометрической изооктано-воздушной смесью. Расчет проведен для условий, полученных путем продувки канала изначально монодисперсной двухфазной смесью с каплями диаметром 400 мкм. Горизонтальная штриховая линия соответствует термодинамической скорости детонации ЧЖ.

Скачать (19KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчетные распределения температуры, давления и массовой доли паров горючего при распространении гетерогенной детонации снизу вверх в вертикальном канале при разном начальном составе смеси: а – Ф = 0.7, б – Ф = 1.0, в – Ф = 1.8. Расчет проведен для условий, полученных продувкой канала изначально монодисперсной двухфазной смесью воздуха с каплями изооктана диаметром 400 мкм. Белым цветом на нижних рисунках условно показана зона реакции в детонационной волне, внутри которой разность скоростей детонации и спутного потока меньше местной скорости звука, а на краях выполняется условие ЧЖ.

Скачать (116KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сравнение расчетных (кривые) и измеренной (квадраты) зависимостей скорости детонации в двухфазной изооктано-воздушной смеси от суммарного коэффициента избытка горючего. Расчеты проведены для условий, полученных путем продувки канала изначально монодисперсными двухфазными смесями с каплями диаметром 150 (кривая 1) и 400 мкм (кривая 2) и для условий с начальной полидисперсной двухфазной смесью, учитывающей коагуляцию капель при продувке канала (кривая 3). Черная точка соответствует термодинамической скорости детонации ЧЖ.

Скачать (29KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024