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 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

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».