Моделирование взаимодействия гомогенной водородно-воздушной детонации с пористым фильтром

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведены расчеты взаимодействия ячеистой детонационной волны с инертным пористым фильтром на основе разработанной физико-математической модели механики гетерогенной среды, учитывающей детальную химическую кинетику химических реакций в газовой фазе. Под инертным пористым фильтром понимается неподвижная решетка инертных частиц. Выявлены следующие режимы течения: распространение ослабленной ячеистой детонационной волны со скоростями меньше скорости Чепмена–Жуге и срыв детонации с разрушением ячеистой структуры. Рассчитаны критические объемные концентрации частиц фильтра, соответствующие режиму срыва детонации. Рассчитаны зависимости нормированной скорости детонационной волны и размера детонационной ячейки от объемной концентрации частиц в фильтрах. Определены концентрационные пределы детонации (критические объемные концентрации частиц, приводящие к срыву детонации) в фильтрах частиц диаметром 50, 100 и 200 мкм. Рассчитаны зависимости нормированной скорости детонационной волны и размеров детонационной ячейки от объемной концентрации и диаметра частиц в фильтрах.

Об авторах

Дмитрий Анатольевич Тропин

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: d.a.tropin@itam.nsc.ru

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Россия, Новосибирск

Кирилл Александрович Вышегородцев

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

Email: vyshegorodcev.k.a@gmail.com

лаборант

Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Gottiparthi K. C., Menon S. A study of interaction of clouds of inert particles with detonation in gases // Combust. Sci. Technol., 2012. Vol. 184. No. 3. P. 406–433.
  2. Tropin D. A., Fedorov A. V. Mathematical modeling of detonation wave suppression by cloud of chemically inert solid particles // Combust. Sci. Technol., 2014. Vol. 186. No. 10-11. P. 1690–1698.
  3. Tropin D. A., Bedarev I. A. Problems of detonation wave suppression in hydrogen–air mixtures by clouds of inert particles in one- and two-dimensional formulation // Combust. Sci. Technol., 2021. Vol. 193. No. 2. P. 197–210.
  4. Hui N. Y., Chen J., Kao T., Chiu H., Tsai H., Chen J. Kaohsiung vapor explosion — a detailed analysis of the tragedy in the harbour city // Chem. Engineer. Trans., 2016. Vol. 48. P. 721–726. doi: 10.3303/CET1648121.
  5. Борисов А. А., Гельфанд Б. Е., Губин С. А., Когарко С. М. Влияние твердых инертных частиц на детонацию горючей газовой смеси // Физика горения и взрыва, 1975. №6. С. 909–914.
  6. Woli‚nski M., Wola‚nski P. Gaseous detonation processes in presence of inert particles // Archivum Combustionis, 1987. Vol. 7. P. 353–370.
  7. Wola‚nski P., Liu J. C., Kaufman C. W., Nicholls J. A., Sichel M. The effects of inert particles on methane– air detonations // Archivum Combustionis, 1988. Vol. 8. No. 1. P. 15–32.
  8. Teodorczyk A., Benoan F. Interaction of detonation with inert gas zone // Shock Waves, 1996. Vol. 6. P. 211–223.
  9. Papalexandris M. V. Numerical simulation of detonations in mixtures of gases and solid particles // J. Fluid Mech., 2004. Vol. 507. P. 95–142.
  10. Фёдоров А. В., Тропин Д. А., Бедарев И. А. Математическое моделирование подавления детонации водородокислородной смеси инертными частицами // Физика горения и взрыва, 2010. Т. 46. № 3. С. 103–115.
  11. Фёдоров А. В., Тропин Д. А. Определение критического размера облака частиц, необходимого для подавления газовой детонации // Физика горения и взрыва, 2011. Т. 47. №4. С. 100–108.
  12. Shafiee H., Djavareshkian M. H. CFD simulation of particles effects on characteristics of detonation // Int. J. Computer Theory Engineering, 2014. Vol. 6. No. 6. P. 466–471.
  13. Тропин Д. А., Фёдоров А. В. Влияние инертных микро- и наночастиц на параметры детонационных волн в силановодородовоздушных смесях // Физика горения и взрыва, 2019. Т. 55. № 2. С. 119–126. doi: 0.15372/FGV20190212.
  14. Tropin D. A., Bedarev I. A. Physical and mathematical modeling of interaction of detonation waves with inert gas plugs // J. Loss Prevent. Proc., 2021. Vol. 72. P. 104595.
  15. Бедарев И. А., Рылова К. В., Фёдоров А. В. Применение детальных и приведенных кинетических схем для описания детонации водородовоздушных смесей с разбавителем // Физика горения и взрыва, 2015. Т. 51. №5. С. 22–33. doi: 10.15372/FGV20150503.
  16. Bedarev I. A., Temerbekov V. M., Fedorov A. V. Simulating the regimes of oblique detonation waves arising at detonation initiation by a small-diameter projectile // Thermophys. Aeromech., 2019. Vol. 26. No. 1. P. 59–68.
  17. Бедарев И. А., Федоров А. В., Шульгин А. В. Расчет бегущей волны в гетерогенной среде с двумя давлениями при уравнении состояния газа, зависящем от концентраций фаз // Ж. вычислительной математики и математической физики, 2018. Т. 58. № 5. С. 806– 820. doi: 10.7868/S0044466918050101.
  18. Фролов С. М., Гельфанд Б. Е. Ослабление ударной волны в канале с проницаемыми стенками // Физика горения и взрыва, 1991. № 6. С. 101–106.
  19. Беликов В. В., Беликова Г. В., Головизнин В. М., Семенов В. Н., Стародубцева Л. П., Фокин А. Л. Подавление детонации в водородовоздушных смесях // Теплофизика высоких температур, 1995. Т. 33. Вып. 3. С. 452– 457.
  20. Pinaev A. V., Vasilev A. A., Pinaev P. A. Suppression of gas detonation by a dust cloud at reduced mixture pressures // Shock Waves, 2015. Vol. 25. No. 3. P. 267–275.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).