Bedarev I. Федоров А.В.
Макро и микро подход при моделирование подавления ячеистой детонации в водородно-воздушной смеси инертными частицами
Reporter: Bedarev I.
В работе с помощью двух подходов исследуется взаимодействие детонационной волны с инертными частицами. С одной стороны, проведено моделирование задачи на макроуровне, когда ячеистая детонационная волна гасится облаком неподвижных микрочастиц. С другой стороны проведено исследование взаимодействия детонационной волны с неподвижными частицами на микроуровне. Такая постановка задачи возможна в случае взаимодействия с относительно крупными частицами (диаметром больше 100 мкм), когда за время прохождения детонационной волны скорость и температура частиц меняются не слишком сильно, в пределах 20 % от скорости и температуры потока за детонационной волной.
В результате разработана и верифицирована по времени задержки воспламенения и скорости детонационной волны простейшая модель приведенной кинетики для описания детонации водорода в воздухе. Создана методология расчета детонационных течений в ANSYS Fluent с использованием приведенной кинетики. Приведенная кинетика верифицирована по размеру детонационной ячейки в водородовоздушной смеси. Разработана технология расчетов двумерных детонационных течений в системе реагирующая газовая смесь – инертные частицы для анализа вопросов, связанных с подавлением ячеистой детонации. Получены значения объемной концентрации частиц, приводящие к срыву детонационной волны. Для малой объемной концентрации (0.0001) не наблюдается существенного изменения структуры волны. Количество ячеек сохраняется по всей длине облака. Увеличение объемной доли частиц до 0.001 приводит к изменению структуры ячеистой волны и росту величины ячейки. При объемной концентрации частиц 0.01 происходит быстрый срыв, гашение детонации и ее вырождение в ударную волну.
На микроуровне выполнено моделирование прохождения плоской детонационной волны через решетку неподвижных частиц. Анализ ударно-волновых конфигураций показал, что в зависимости от поперечного расстояния между частицами в результате формирования скачков перед частицами в потоке за детонационной волной могут возникнуть различные режимы взаимодействия ударных волн. При малых расстояниях – реализуется коллективная конфигурация ударных волн, которая с увеличением расстояния переходит сначала в маховское, а затем в регулярное взаимодействие. Кроме того, при прохождении волны наблюдается срыв детонации с разделением фронта на ударную волну и волну горения. Для больших продольных расстояний между частицами (малых объемных концентрациях) в дальнейшем волна горения может догнать ударную волну и произойдет реинициирование детонации. При росте объемной концентрации, как и ожидается, возможен полный срыв детонации без реинициирования последней.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 16-19-00010) и РФФИ (проект № 17-08-00634).
To reports list