Введение к работе
Диссертация посвящена численному моделированию распространения волн горения и детонации в химически реагирующих газовых системах, анализу закономерностей перехода горения в детонацию в зависимости от различных определяющих процесс параметров.
Актуальность темы. Теоретический анализ развития детонации от начального очага горения, выяснение влияния, которое могут оказать на этот процесс свойства среда имеет большое практическое значение при решении прикладных вопросов, связанных с совершенствованием существующих и конструированием новых энергопреобразующих аппаратов, основой рабочего цикла в которых является переход горения в детонацию (генераторов детонационных волн, детонационных камер сгорания и т.п.). Практика повседневной эксплуатации таких установок требует принятия мар для ускорения (форсирования) взрывного превращения.
С другой стороны, с точки зрения взрывобезопасности технологических процессов на химических предприятиях необходима разработка мер по срыву и подавлению детонационных волн на стадии их зарождения в целях уменьшения последствий от возникающих при этом разрушений. Определение величин вероятных амплитуд и длительности возникающих при инициировании и распространении детонации пиков давления важно при конструировании сооружений, способных локализовать действие детонации. Особой тщательности требует изучение смесей, близких к детонационным пределам, так как в некоторых ситуци-ях эти смеси являются более опасными, чем стехиометрические.
Цель работы - создание численной модели, позволяющей описать с единых позиций процессы распространения в химически реагирующих
газовых системах волн горения и детонации, исследовать различные способы инициирования плоской детонационной волны, изучить вопросы устойчивости этой волны, проанализировать закономерности перехода горения в детонацию в зависимости от различных определяющих процесс параметров: энергетических и массовых характеристик горючей смеси, величины ее диссипативных свойств (вязкости, теплопроводности, диффузии), кинетики энерговыделения в потоке газа, а также от способа инициирования зажигания смеси.
Научная новизна работы заключается в -следующем:
разработана одномерная нестационарная модель течения вязкого теплопроводного химически реагирующего газа, в котором возможно распространение волн горения и детонации;
на основании предложенной модели построен численный алгоритм расчета течений горючей смеси газов;
для модельной смеси проведена классификация режимов течения в зависимости от кинетики выделения химической энергии в зоне реакции, определена область изменения кинетических параметров смеси, при которых возможен переход горения в детонацию;
численно проанализированы различные механизмы возбуждения детонации, показана возможность возникновения детонации вблизи контактной поверхности, образованнной в результате взаимодействия догоняющих друг друга ударных волн;
проведено численное исследование устойчивости детонационных волн в зависимости от кинетики энерговыделения в зоне реакции;
выполнено численное исследование размеров и месторасположения переходной области в плоскости кинетических параметров (Еа,Еа) в зависимости от определяющих параметров задачи.
Практическая ценность диссертации определяется возможностью использования разработанных методик, и пакетов программ для исследований процессов распространения волн горения и детонации, перехода горения в детонацию в газовых смесях, а также возможностью дачи рекомендаций по решению вопросов ускорения переходного процесса, либо подавления и срыва детонации.
Апробация работы. Результаты диссертации обсуждались и получили положительную оценку на семинарах кафедры газовой и волновой динамики механико-математического факультета МГУ и Института механики МГУ, докладывались на Всесоюзной конференции "Взрывобезопас-ность технологических процессов, пожаро- и взрывозащита оборудования и зданий." (Северодонецк, 1990 г.), 13-м Международном коллоквиуме по динамике взрыва и реагирующих систем (Нагойя, 1991 г.), VII Всесоюзном Съезде механиков (Москва, 1991 г.), Всесоюзном симпозиуме по газодинамике взрывных и ударных волн (Алма-Ата, 1991 г.), II Школе по моделям механики сплошной среды (Владивосток, 1991 г.), Ломоносовских чтениях МТУ (Москва, 1991 г.), Конференции Молодых Ученых МГУ (Москва, 1991 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в Ь работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы - 160 страниц машинописного текста и 66 рисунков.