Переход горения в детонацию в полуограниченной плоской щелевой камере сгорания с раздельной подачей этилена и кислорода при одноточечном и двухточечном зажигании

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Экспериментально определены условия мягкого инициирования детонации в вертикальном плоском полуограниченном слое стехиометрической этиленокислородной смеси конечной толщины. Точечное зажигание слоя производится одиночным разрядником или двумя разрядниками, разнесенными по высоте. Под мягким инициированием детонации подразумевается переход горения в детонацию (ПГД). Процесс распространения пламени/детонации фиксируется высокоскоростными черно-белой и цветной видеокамерами. Зажигание смеси одиночным разрядником приводит к тому, что по мере увеличения высоты слоя горючей смеси вероятность ПГД монотонно увеличивается от 0 до 1 и всегда имеется критическое значение высоты слоя, при котором эта вероятность имеет промежуточное значение между 0 и 1. В проведенных экспериментах критическая высота слоя составила 80–100 мм. Одновременное зажигание смеси двумя разрядниками может привести как к замедлению, так и к ускорению ПГД. Сравнение цветных и черно-белых изображений процесса ПГД показывает, что формы фронта пламени и детонационной волны в обоих случаях совпадают, однако цветное изображение позволяет получить дополнительную информацию по цвету (температуре) пламени, а черно-белое изображение с большим динамическим диапазоном лучше отображает структуру фронта пламени и детонационной волны. Полученные результаты могут быть использованы при разработке способов безопасного и надежного запуска непрерывно-детонационных двигателей (НДД), при котором требуется тщательное управление временем заполнения камеры сгорания двигателя горючим и окислителем, а также временем зажигания образующейся смеси.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Татьяна Ивановна Эйвазова

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: Tanya.eyvazova@mail.ru

студент; инженер

Россия, Москва; Москва

Игорь Олегович Шамшин

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

Email: igor_shamshin@mail.ru

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Россия, Москва

Владислав Сергеевич Иванов

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

Email: ivanov.vls@gmail.com

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник; научный сотрудник Научно-
исследовательского института системных исследований Российской академии наук

Россия, Москва

Виктор Серафимович Аксёнов

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

Email: v.aksenov@mail.ru

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник; доцент

Россия, Москва; Москва

Сергей Михайлович Фролов

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

Email: smfrol@chph.ras.ru

доктор физико-математических наук, заведующий отделом,
заведующий лабораторией; профессор; ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института системных исследований Российской академии наук

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Bykovskii F. A., Zhdan S. A., Vedernikov E. F. Continuous spin detonations // J. Propul. Power, 2006. Vol. 22. P. 1204–1216.
  2. Rankin B. A., Fotia M. L., Naples A. G., Stevens C. A., Hoke J. L., Kaemming T. A., Theuerkauf S. W., Schauer F. R. Overview of performance, application, and analysis of rotating detonation engine technologies // J. Propul. Power, 2016. Vol. 33. No. 1. P. 1–13. doi: 10.2514/1.B36303.
  3. Zhou R., Wu D., Wang J.-P. Progress of continuously rotating detonation engines // Chinese J. Aeronaut., 2016. Vol. 29. No. 1. P. 15–29. doi: 10.1016/j.cja.2015.12.006.
  4. Anand V., Gutmark E. Rotating detonation combustors and their similarities to rocket instabilities // Prog. Energ. Combust., 2019. Vol. 73. P. 182–234.
  5. Wang G., Liu W., Liu S., et al. Experimental verification of cylindrical air-breathing continuous rotating detonation engine fueled by non-premixed ethylene // Acta Astronaut., 2021. Vol. 189. P. 722–732.
  6. Heister S. D., Smallwood J., Harroun A., Dille K., Martinez A., Ballintyn N. Rotating detonation combustion for advanced liquid propellant space engines // Aerospace, 2022. Vol. 9. P. 581. doi: 10.3390/aerospace9100581.
  7. Shamshin I. O., Ivanov V. S., Aksenov V. S., Gusev P. A., Frolov S. M. Experimental study of the initial stage of the operation process in detonation rocket and airbreathing engines // Advances in detonation research / Ed. S. M. Frolov. — Moscow: TORUS PRESS, 2022. P. 17–20. doi: 10.30826/ICPCD13A07.
  8. Шамшин И. О., Иванов В. С., Аксёнов В. С., Гусев П. А., Фролов С. М. Начальная стадия рабочего процесса в непрерывно-детонационном двигателе // Горение и взрыв, 2022. Т. 15. № 4. С. 67–78. doi: 10.30826/CE22150407.
  9. Шамшин И. О., Иванов В. С., Аксёнов В. С., Гусев П. А., Авдеев К. А., Фролов С. М. Распространение пламени и переход горения в детонацию в полуограниченной плоской щелевой камере сгорания с раздельной подачей этилена и кислорода // Горение и взрыв, 2023. Т. 16. № 4. С. 38–65. doi: 10.30826/CE23160405.
  10. Shamshin I. O., Ivanov V. S., Aksenov V. S., Gusev P. A., Frolov S. M. Deflagration-to-detonation transition in a semi-confined slit combustor filled with nitrogen diluted ethylene–oxygen mixture // Energies, 2023. Vol. 16. P. 1098. doi: 10.3390/en16031098.
  11. Shamshin I. O., Ivanov V. S., Aksenov V. S., Gusev P. A., Avdeev K. A., Frolov S. M. Mild detonation initiation in rotating detonation engines: An experimental study of the deflagration-to-detonation transition in a semiconfined flat slit combustor with separate supplies of fuel and oxidizer // Aerospace, 2023. Vol. 10. P. 988. doi: 10.3390/aerospace10120988.
  12. Ivanov V. S., Shamshin I. O., Frolov S. M. Computational study of deflagration-to-detonation transition in a semiconfined slit combustor // Energies, 2023. Vol. 16. P. 7028. doi: 10.3390/en16207028.
  13. Шамшин И. О., Иванов В. С., Аксенов В. С., Гусев П. А., Фролов С. М., Внучков Д. А., Звегинцев В. И., Лукашевич С. В., Наливайченко Д. Г. Переход горения в детонацию в полуограниченном щелевом зазоре: эксперимент и расчет // Процессы горения и детонации в перспективных энерготехнологиях / Под ред. Д. М. Марковича, О. В. Шарыпова. — Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2023. C. 364–386.
  14. Шамшин И. О., Иванов В. С., Аксенов В. С., Гусев П. А., Фролов С. М. Переход горения в детонацию в по- луограниченной щелевой камере сгорания с раздельной подачей горючего и окислителя // Переходные режимы горения и детонация / Под ред. С. М. Фролова. — М.: ТОРУС ПРЕСС, 2024. С. 51–58. doi: 10.30826/ICPCD14A09.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схема разрядника (показаны первые 5 из 26 разрядных промежутков). Размеры указаны в миллиметрах

Скачать (175KB)
3. Рис. 2. Координаты мест возникновения детонации (XDDT, YDDT) при зажигании слоя смеси C2H4 + 3O2 одиночным разрядником, расположенным на высоте hspark = 15 (а), 45 (б) и 75 мм (в): 1 — hest = 86 мм; 2 — 97; 3 — 118; 4 — hest = 140 мм; 5 — Pi, координаты датчиков давления

Скачать (110KB)
4. Рис. 3. Кадры видеозаписи развития процесса ПГД и распространения детонации в смеси C2H4 + 3O2 в щелевом зазоре при hest = 118 ± 2 мм и зажигании одиночным разрядником с hspark = 15 мм: (а) опыт №1179 (цветная камера, XDDT = 250 мм, YDDT = 27 мм, TDDT = 0,94 мс); (б) опыт №1187 (черно-белая камера, XDDT = 260 мм, YDDT = 28 мм, TDDT = 0,94 мс)

Скачать (131KB)
5. Рис. 4. Кадры видеозаписи развития процесса ПГД и распространения детонации в смеси C2H4 + 3O2 в щелевом зазоре при hest = 98 ± 2 мм и зажигании одиночным разрядником с hspark = 45 мм: (а) опыт №1185 (цветная камера, XDDT = 422 мм, YDDT = 0 мм, TDDT = 1,65 мс); (б) опыт №1260 (черно-белая камера, XDDT = 394 мм, YDDT = 0 мм, TDDT = 1,7 мс)

Скачать (113KB)
6. Рис. 5. Кадры видеозаписи развития процесса ПГД и распространения детонации в смеси C2H4 + 3O2 в щелевом зазоре при hest = 98 ± 2 мм и зажигании двумя разрядниками: (а) опыт №1297 (черно-белая камера, hspark,1 = 15 мм и hspark,2 = 75 мм, XDDT = 608 мм, YDDT = 0 мм, TDDT = 1,46 мс); (б) опыт №1291 (черно-белая камера, hspark,1 = 45 мм и hspark,2 = 75 мм, XDDT = 305 мм, YDDT = 18 мм, TDDT = 1,43 мс)

Скачать (115KB)
7. Рис. 6. Кадры видеозаписи развития процесса ПГД и распространения детонации в смеси C2H4 + 3O2 в щелевом зазоре при hest = 140 ± 2 мм и зажигании одиночным разрядником на высоте hspark = 90 мм; опыт №1009 (черно-белая камера, XDDT = 0 мм, YDDT = 10 мм, TDDT = 0.39 мс)

Скачать (72KB)
8. Рис. 7. Кадры видеозаписи развития процесса ПГД и распространения детонации в смеси C2H4 + 3O2 в щелевом зазоре при hest = 140 ± 2 мм и зажигании одиночным разрядником на высоте hspark = 165 мм; опыт №1024 (черно-белая камера, XDDT = 0 мм, YDDT = 60 мм, TDDT = 0,62 мс)

Скачать (91KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».