Структура детонационной волны в двухфазной системе газообразный окислитель – капли жидкого горючего

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Приведены результаты трехмерного моделирования распространения детонационных волн (ДВ) 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 сравнением расчетных и измеренных скоростей гетерогенной капельной детонации в вертикальном канале квадратного сечения. Рассмотрено влияние предыстории формирования двухфазной горючей смеси на скорость и структуру ДВ. Получены новые данные о структуре ДВ в двухфазных системах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Владислав Сергеевич Иванов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук; Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivanov.vls@gmail.com

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник; научный сотрудник

Россия, Москва; Москва

Сергей Михайлович Фролов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»; Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук

Email: smfrol@chph.ras.ru

доктор физико-математических наук, заведующий отделом, заведующий лабораторией; профессор; ведущий научный сотрудник

Россия, Москва; Москва; Москва

Алан Эльбрусович Зангиев

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

Email: sydra777@gmail.com

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

Россия, Москва

Список литературы

  1. Roy G. D., Frolov S. M., Borisov A. A., Netzer D. W. Pulse detonation propulsion: Challenges, current status, and future perspective // Prog. Energ. Combust., 2004. Vol. 30. Iss. 6. P. 545–672.
  2. Фролов С. М., Аксёнов В. С., Иванов В. С., Шамшин И. О., Набатников С. А. Бросковые испытания беспилотного летательного аппарата с прямоточным воздушно-реактивным импульсно-детонационным двигателем // Горение и взрыв, 2019. Т. 12. № 1. С. 63–72. doi: 10.30826/CE19120108.
  3. Быковский Ф. А., Ждан С. А. Непрерывная спиновая детонация. — Новосибирск: ИГиЛ СО РАН, 2013. 422 с.
  4. Фролов С. М., Иванов В. С., Шамшин И. О., Аксёнов В. С., Вовк М. Ю., Мокрынский И. В., Брусков В. А., Игонькин Д. В., Москвитин С. Н., Илларионов А. А., Марчуков Е. Ю. Форсажная камера с детонационным горением керосина // Горение и взрыв, 2022. Т. 15. № 1. С. 67–71. doi: 10.30826/ CE22150108.
  5. Smirnov N., Nikitin V., Dushin V. R., Filippov Yu. G., Nerchenko V., Khadem J. Combustion onset in nonuniform dispersed mixtures // Acta Astronaut., 2015. Vol. 115. doi: 10.1016/j.actaastro.2015.04.021.
  6. Федоров А. В., Хмель Т. А. Численное моделирование формирования ячеистой гетерогенной детонации частиц алюминия в кислороде // Физика горения и взрыва, 2005. Т. 41. №4. с. 84–98. EDN: NXVFDT.
  7. Dabora E. K., Weinberger L. P. Present status of detonations in two-phase systems // Acta Astronaut., 1974. Vol. 1. No. 3-4. P. 361–372. doi: 10.1016/00945765(74)90103-9.
  8. Митрофанов В. В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. — Новосибирск: Изд-во Ин-та гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 2003. 200 с.
  9. Kailasanath K. Recent developments in the research on pulse detonation engines // AIAA J., 2003. Vol. 41. No. 2. P. 145–159.
  10. Tangirala V., Dean A., Peroomian O., Palaniswamy S. Investigations of two-phase detonations for performance estimations of a pulsed detonation engine. AIAA Paper No. 2007-1173, 2007. doi: 10.2514/6.2007-1173.
  11. Frolov S. M., Posvyanskii V. S. Detonability of liquid-fuel drop suspensions in air // Explosion dynamics and hazards / Eds. S. M. Frolov, F. Zhang, P. Wolanski. — Moscow: TORUS PRESS, 2010. P. 337–364.
  12. Meng Q., Zhao M., Xu Y., Zhang L., Zhang H. Structure and dynamics of spray detonation in n-heptane droplet–vapor–air mixtures, 2022. 43 p. doi: 10.48550/ arXiv.2209.11913.
  13. Jourdaine N., Tsuboi N., Hayashi A. K. Investigation of liquid n-heptane/air spray detonation with an Eulerian– Eulerian model // Combust. Flame, 2022. Vol. 244. P. 112278. doi: 10.1016/j.combustflame.2022.112278.
  14. Иванов В. С., Фролов С. М. Математическое моделирование перехода горения в детонацию в трубе со спиралью Щелкина и фокусирующим устройством // Горение и взрыв, 2010. Т. 3. С. 63–70.
  15. 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.
  16. Фролов С. М., Аксёнов В. С., Шамшин И. О. Переход горения в детонацию в стратифицированной системе кислород – пленка жидкого топлива // Хим. физика, 2017. Т. 36. №6. С. 34–44.
  17. Tannehill J. C., Dale A. A., Pletcher R. H. Computational fluid mechanics and heat transfer. — Washington, DC, USA: Taylor and Francis, 1997. 792 p.
  18. Versteeg H. K., Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics: The finite volume method. — London: Longman Scientific and Technical, 2007. 696 p.
  19. Dukowicz J. K. Quasi–steady droplet change in the presence of convection. — Los Alamos, CA, USA: University of California, 1979. 18p.
  20. Reitz R. D. Modeling atomization processes in highpressure vaporizing sprays // Atomisation Spray Technology, 1987. Vol. 3. No. 4. P. 309–337.
  21. Pope S. B. PDF methods for turbulent reactive flows // Prog. Energ. Combust., 1985. Vol. 11. No. 2. P. 119–192.
  22. Frolov S. M., Ivanov V. S. Combined flame tracking particle method for numerical simulation of deflagrationto-detonation transition // Deflagrative and detonative combustion / Eds. G. Roy, S. Frolov. — Moscow: TORUS PRESS, 2010. P. 133–156.
  23. Frolov S. M., Ivanov V. S., Basara B., Suffa M. Numerical simulation of flame propagation and localized preflame autoignition in enclosures // J. Loss Prevent. Proc., 2013. Vol. 26. P. 302–309.
  24. Басевич В. Я., Беляев А. А., Медведев С. Н., Посвянский В. С., Фролов C. М. Кинетические детальный и глобальный механизмы для суррогатного топлива // Горение и взрыв, 2015. Т. 8. № 1. С. 21–28.
  25. Benmahammed М. А., Veyssiere В., Khasainov B. A., Mara М. Effect of gaseous oxidizer composition on the detonability of isooctane–air sprays // Combust. Flame, 2016. Vol. 165. P. 198–207.
  26. Ivanov V. S., Frolov S. M. Three-dimensional mathematical simulation of two-phase detonation in the system of a gaseous oxidizer with fuel droplets // Russ. J. Phys. Chem. B, 2024. Vol. 18. No. 5. P. 1341–1349. doi: 10.1134/S1990793124701112.
  27. Фролов С. М., Поленов А. Н., Гельфанд Б. Е., Борисов А. А. Особенности детонации в системах с произвольными потерями // Хим. физика, 1986. Т. 5. № 7. С. 978–988.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расчетные распределения скорости газа (1) и массовой доли паров горючего (2) при заполнении канала капельно-воздушной газовзвесью изо-октана с каплями начального диаметра (перед началом продувки канала) 400 мкм

Скачать (62KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетные зависимости скорости фронта ДВ вдоль вертикального канала, заполненного капельно-воздушной газовзвесью изо-октана с каплями начального диаметра (до начала заполнения канала) 400 мкм при Φ = 0.7 (1), 1,0 (2) и 1,8 (3). Горизонтальные пунктирные линии соответствуют термодинамической скорости детонации ЧЖ для гомогенных изооктановоздушных смесей тех же составов. Вертикальная штрихпунктирная линия соответствует контрольному сечению канала (3,37 м), в котором изучается структура ДВ

Скачать (89KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение усредненных по сечению канала расчетных профилей давления (а) и температуры (б) для установившейся ДВ, бегущей по стехиометрической капельно-воздушной газовзвеси изо-октана с каплями начального диаметра (до начала продувки канала) 150 (1) и 400 мкм (2); сечение X = 0 соответствует фронту ДВ в момент прихода в контрольное сечение

Скачать (78KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Усредненные по сечению канала расчетные профили давления (а) и температуры (б) для ДВ, бегущей по капельно-воздушным газовзвесям изо-октана с каплями начального диаметра (до начала продувки канала) 400 мкм при Φ = 0,7 (1), 1,0 (2) и 1,8 (3); сечение X = 0 соответствует фронту ДВ в момент прихода в контрольное сечение

Скачать (88KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Расчетные мгновенные распределения размеров капель изо-октана и зон энерговыделения с наложением (верхние картинки) и без наложения (нижние картинки) полей за лидирующим фронтом ДВ, бегущих по капельным газовзвесям с Φ = 0,7 (а), 1,0 (б) и 1,8 (в) при начальном диаметре капель (до начала заполнения канала) 400 мкм. Зоны энерговыделения показаны серыми точками, соответствующими самовоспламенившимся ГЧ

Скачать (197KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Расчетные мгновенные распределения массовой доли паров горючего (верхние картинки) и температуры (нижние картинки) в ДВ, бегущих по газовзвесям капель изо-октана начального диаметра (до начала заполнения канала) 400 мкм при Φ = 0,7 (а), 1,0 (б) и 1,8 (в)

Скачать (157KB)
Метаданные

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».