Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Физические процессы, связанные с горением и детонацией, исследуются уже более столетия. Но и в настоящее время остается немало вопросов, которые требуют дополнительного экспериментального и теоретического изучения. Особенно это касается "иеидеальных" условий взрыва и переходных неустановившихся процессов, таких например, как развитие детонации от слабого инициатора.
Воспламенение газовых смесей традиционно исследуется в такой геометрии, которая обеспечивает течение, максимально приближенное к одномерному, что позволяет избежать формирования возмущений, распространяющихся перпендикулярно потоку. Однако в реальных условиях процессы инициирования, развития горения и детонации происходят в каналах, которые могут иметь произвольную форму, а стенки канала не обязательно гладкие. Б связи с этим воспламенение горючей смеси может происходить в условиях .сильно неравномерного распределения термодинамических параметров среды, что обусловлено многократным взаимодействием, дифракцией и фокусировкой различных газодинамических возмущений. Естественно ' ожидать, что при этом локальные значения температуры должны существенно превышать среднюю температуру, что приведет к образованию горячих очагов и "точечному воспламенению смеси. Вследствии этого, в каналах и сосудах, стенки которых имеют шероховатости либо участки, отражающие волны Под разными углами, воспламенение смесей следует ожидать при значительно меньших интенсивностях ударных волн, чем в идеальных условиях. Это обстоятельство особенно важно с точки зрения взрывобезопастности, а также при проектировании и создании различных устройств, использующих горение и детонацию в качестве рабочего процесса. Поэтому изучение инициирования горения и детонации в условиях существенно неодномерного распределения термодинамических параметров газовой среды становится особенно актуальным.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы являлось исследование различных способов газодинамического инициирования горения и детонации в условиях неодномерного распределения термодинамических параметров горючей смеси, а также развитие методов их диагностики. Основной задачей являлось сравнительное исследование процессов
ударно-волнового и струйного ишпдаирования горения и детонации газовых смесей в каналах с идеальной и.неидеальной геометрией.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. Поставленные в работе задачи решались посредством экспериментального моделирования на ударной трубе процессов взаимодействия ударных волны и импульсных сверхзвуковых струй с вогнутыми поверхностями различной геометрии. Инициирование детонации струями продуктов сгорания приводилось на импульсной детонационной трубе. . В качестве основных экперименталышх методик использовались различные количественные и качественные способы визуализации течения, такие как интерферометрия, в том числе и цифровая, теневая фотография, высокоскоростная теневая киносъемка, метод фоторазвертки и двухэкспозиционной епекл-фотографии. Одновременно с визуализацией исследуемых процессов осуществлялось измерение давления в нескольких характерных областях течения, а также свечения в интересующих спектральных интервалах. Проводился анализ, полученных экспериментальных данных и, .по возможности, их сравнение с результатами численного моделирования и работами других авторов.
- Изучена детальная структура течения при взаимодействии ударной
волны и встречных сверхзвуковых струй с полузамкнутой
циллиндрйческой полостью.
-Проведены экспериментальные исследования инициирования горения и детонаций при взаимодействии ударной волны и встречных сверхзвуковых струи с полузамкнутой циллиндрйческой й сферической полостями в стехибметрической кисярррд-водорЬдйой смеси, определены условия их реализаций.
- Для определения полей плотности и скорости в высокоскоростной
газовой и двухфазной струе развит и применен метод
двухэкспозиционной спёкл-диагностйкй
- Реализована методика определения Поля плотности в камере
сгорания, основаная на одновременной регистрации изменения
' интерференционной картины всего течения и динамики набега интерференционных полос в; нескольких реиерных точках.
- Изучены характер и необходимые условия инициирования детонаций
за. турбулизирувдиёй решеткой При истечении струй продуктов
сгорания.
; 4
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Проведенные экспериментальные исследования ударно-волнового и струйного инициирования горения и детонации ' реакционноспособных газовых смесей могут быть использованы при создания новых 'технологических процессов и аппаратов; применены для интенсификации процессов сгорания в камерах энергетических установок,- для расширения номенклатуры применяемых топлив и снижения требований к' ним; в различных отраслях техники, использующих нестационарные течения, ударно-волновые и детонационные эффекты. Реализованные методы спекл-диагностики струйных .течений, а также методика определения поля плотности, основанная на одновременной регистрации, изменения интерференционной картины всего течения и- динамики набега интерференционных полос в нескольких реперных точках, могут найти широкое применение в практике физического эксперимента.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ: -Результаты . экспериментального исследования .взаимодействия ударной волны и встречных сверхзвуковых струй с вогнутыми криволинейными. поверхностями, а также . воспламенения топливно-кислородннх смесей при струйном и ударно-волновом инициировании.
- Методика и результаты определения поля, плотности и скорости в высокоскоростной газовой и- двухфазной струе по данным двухэкспозищюнной спекл-фотографии.
Методика определения поля плотности, основаная на одновременной регистрации изменения интерференционной картины всего течения и динамики набега интерференционных полос в нескольких реперных точках.
. - Результаты экспериментального исследования по инициированию детонации струями продуктов сгорания.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Межведомственном совещании "Использование ударно-волновых и детонационных эффектов в тепловых двигателях" (Красноармейск, 1993г.),- на Международной школе,- семинаре по физике ударных волн (Минск, .7,992г.),-'на 12 и 13 Международных коллоквиумах по газодинамике взрыва и реагирующих систем (США, 1989г.г., Япония,- 1991г.),- на международном симпозиуме по диагностике и моделированию процессов горения в .двигателях
(Япония, 1994г.); на международной школе-семинаре "Неравновесные процессы и их применение" (Минск, 1994г.).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликованы 15 работ,в числе которых 10 статей в журналах и сборниках, 5 тезисов докладов, а также получено I авторское свидетельство на изобретение.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИЙ. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы 119 страниц, в том числе 52 рисунка и 123 наименования библиографии.