Пульсирующее горение водородно-воздушной смеси в канале с внезапным расширением

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Численно исследовано высокоскоростное турбулентное реагирующее течение в канале с внезапным расширением в виде двух симметрично расположенных уступов. Описаны различные фазы горения: начальная с низкой полнотой сгорания и интенсивная с высокой полнотой сгорания. В интенсивной фазе в зависимости от мощности тепловыделения могут реализоваться пульсирующий (автоколебательный) режим с периодическим движением зоны интенсивного тепловыделения вверх и вниз по потоку и режим с тепловым запиранием, при котором образовавшийся в тепловом горле прямой скачок уплотнения, распространяясь вверх по потоку, выходит в узкую инжекторную часть канала и перекрывает (“запирает”) канал. Переход к дозвуковому течению происходит, если тепловыделение превышает суммарный тепловой поток на входе в полтора и более раза. Пульсационный режим, в котором скорость в ядре потока остается сверхзвуковой, реализуется, если суммарная мощность тепловыделения примерно равна тепловому потоку на входе в канал. Анализ этапов пульсирующего режима горения предварительно неперемешанной водородно-воздушной смеси показал, что движение области активного горения вверх по потоку, сопровождающееся повышением тепловыделения, связано с отрывом пограничного слоя от стенок канала и формированием горячей пристенной струи, направленной к уступу, т.е. против основного потока. После стабилизации теплового источника в начале прямой секции канала интенсивность тепловыделения снижается из-за полного выгорания окислителя, в результате чего тепловое горло расширяется, и в канал начинают поступать свежие реагенты. В конце прямого участка канала формируется новый тепловой источник, который начинает двигаться вверх по потоку, и весь процесс периодически повторяется.

Об авторах

Н. Н. Федорова

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: nfed@itam.nsc.ru
Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. Anderson J.D. Fundamentals of Aerodynamics. New York: McGraw-Hill, 2007.
  2. M. Sun, H. Wang, Z. Cai, J. Zhu Unsteady Supersonic Combustion. Singapore: Springer, 2020. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3595-6
  3. Liberman M.A. Combustion Physics: Flames, Deto­nations, Explosions, Astrophysical Combustion and Inertial Confinement Fusion. Springer Int. Publ., 2021.
  4. Ларионов В.М., Зарипов Р.Г. Автоколебания газа в установках с горением. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2003.
  5. Meng X., de Jong W., Kudra T. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2016. V. 55. P. 73. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.110
  6. Poinsot T. // Proc. Comb. Inst. 2017. V. 36. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.proci.2016.05.007
  7. Раушенбах Б.В. Вибрационное горение. М.: Физматгиз, 1967.
  8. Lieuwen T. C. Unsteady Combustor Physics. Cambridge: Cambridge University Press, 2021. https://doi.org/10.1017/9781108889001
  9. Mejia D., Selle L., Bazile R., Poinsot T. // Proc. Combust. Inst. 2015. V. 35. № 3. P. 3201. https://doi.org/10.1016/j.proci.2014.07.015
  10. Choi J.-Y., Ma F., Yang V. // Ibid. 2005. V. 30. P. 2851. https://doi.org/10.1016/j.proci.2004.08.250
  11. Lin K.-C., Jackson K., Behdadnia R. et al. // J. Propul. Power. 2010. V. 26. P. 1161. https://doi.org/10.2514/1.43338
  12. Wang H., Wang Z., Sun M. // Exp. Therm. Fluid Sci. 2013.V. 45. P. 259. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2012.10.013
  13. Wang H., Wang Z., Sun M., Wu H. // Sci. China Technol. Sc. 2013. V. 56. P. 1093. https://doi.org/10.1007/s11431-013-5198-1
  14. Wang H., Wang Z., Sun M., Qin N. // Int. J. Hydrogen Energ. 2013. V. 38. P. 5918. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.02.100
  15. Ouyang H., Liu W., Sun M. // Acta Astronaut. 2015. V. 117. P. 90. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.07.016
  16. Han Y., He Y., Tian Y., Zhong F., Le J. // Aerosp. Sci. Technol. 2018. V. 72. P. 114. https://doi.org/10.1016/j.ast.2017.11.003
  17. Zhao G.-Y., Sun M.-B., Song X.-L., Li X.-P., Wang H.-B. // Acta Astronaut. 2019. V. 155. P. 255. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.12.011
  18. Nguyen T.M., Sirignano W.A. // AIAA J. 2019. V. 57. P. 5351. https://doi.org/10.2514/1.J057743
  19. Vlasenko V.V., Sabelnikov V.A., Molev S.S. et al. // Shock Waves. 2020. V. 30. P. 245. https://doi.org/10.1007/s00193-020-00941-4
  20. Jeong S.-M., Han H.-S., Sung B.-K., Lee E. S., Choi J. AIAA Paper 2021-3535. https://doi.org/10.2514/6.2021-3535
  21. Jeong S.-M., Han H.-S., Sung B.-K., Kim W., Choi J.-Y. // Aerospace. 2023. V. 10. P. 932. https://doi.org/10.3390/aerospace10110932
  22. Wang T., Wang Z., Sun M., Li F., Huang Y. // AIAA J. 2023. V. 61. P. 2591. https://doi.org/10.2514/1.J062051
  23. Guo S., Zhang X., Liu Q., Yue L. // Phys. Fluids. 2023. V. 35. P. 045108. https://doi.org/10.1063/5.0142210
  24. Jeong S.-M., Lee J.-H., Choi J.-Y. // Proc. Combust. Inst. 2023. V. 39. P. 3107. https://doi.org/10.1016/j.proci.2022.07.245
  25. Boulal S., Genot A., Klein J.-M. et al. // Combust. and Flame. 2023. V. 257. P. 112999. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2023.112999
  26. Mohamadi M., Tahsini A. M., Tavazohi R. // Int. J. Hydrogen Energ. 2024. V. 67. P. 769. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.205
  27. Yasunaga S., Nakaya S., Tsue M. // Proc. Combust. Inst. 2024. V. 40. P. 105302. https://doi.org/10.1016/j.proci.2024.105302
  28. Zhang L., Li S., Liu T., Zhou H., Ren Z. // Int. J. Hydrogen Energ. 2025. V. 97. P. 444. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.11.402
  29. Zakharova Y.V, Fedorova N. N., Goldfeld M. A., Vankova O. S. // J. Phys. Conf. Ser. 2019. V. 1382. P. 012055. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1382/1/012055
  30. Федорова Н.Н., Гольдфельд М.А // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. № 2. С. 3. http://dx.doi.org/10.21883/PJTF.2021.02.50536.18525
  31. Федорова Н.Н., Ванькова О.С., Гольдфельд М.А.// Физика горения и взрыва. 2022. Т. 58. № 2. С. 3. https://doi.org/ 10.15372/FGV20220201
  32. Федорова Н.Н., Гольдфельд М.А., Пикалов В.В.// Физика горения и взрыва. Т. 58. № 5. С. 33. https://doi.org/ 10.15372/FGV20220505
  33. Федорова Н.Н., Гольдфельд М.А., Пикалов В.В.// Физика горения и взрыва. Т. 58. № 5. С. 44. https://doi.org/ 10.15372/FGV20220506
  34. Федорова Н.Н. // Физика горения и взрыва. 2023. Т. 59. № 4. С. 12. https://doi.org/ 10.15372/FGV2023.9304
  35. Гольдфельд М.А.// Теплофизика и аэромеханика. 2020. Т. 27. № 4. С. 601.
  36. Maas U., Warnatz J. // Combust. and Flame. 1988. V. 74. № 1. P. 53. https://doi.org/10.1016/0010-2180(88)90086-7
  37. Ванькова О.С., Фёдорова Н.Н.// Физика горения и взрыва. 2021. Т. 57. № 4. С. 18. https://doi.org/ 10.15372/FGV20210402
  38. Yamashita H., Shimada M., Takeno T. // Proc. Combust. Inst. 1996. V. 26. P. 27. https://doi.org/10.1016/S0082-0784(96)80196-2
  39. Gerlinger P., Stoll P., Kindler M., Schneider F., Aig­ner M. // Aerosp. Sci. Technol. 2008. V. 12(2). P. 159. https://doi.org/10.1016/j.ast.2007.04.003

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

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».