Введение к работе
Актуальность темы. Широкое применение различных режимов горения и взрывного превращения горючих газовых смесей в разнообразных технологических процессах, проблемы обеспечения пожаро- и взрывобезопасности в химической промышленности и энергетике определяют высокий интерес к изучеіппо фундаментальных физических механизмов и критических условий, определяющих динамику детонационных волн и волн горения. Для понимания характера волновой динамики детонации и горения необходимо изучение закономерностей нелинейного кинетико-волнового взаимодействия в химически активных средах. Широкий класс задач этой области характеризуется наличием дисперсии фазовой скорости и неустойчивостью линейных возмущений. Решением подобных задач занимается интенсивно развивающаяся теория нелинейных процессов. Теоретическое изучение закономерностей процессов спонтанного структурообразования з ряде случаев приводит к выводу эволюционного уравнения, допускающего нахождение аналитических решений и экономичное численное моделирование явлений.
Целью настоящей диссертационной работы является теоретическое изучение закономерностей и моделирование динамики многомерного фронта газовой детонации и ламинарного пламени с помощью численных алгоритмов, позво-тяющих получать решения в рамках имеющихся нелинейных эволюционных моделей данных явлений.
Научная новизна работы заключается в том, что: » на основе существующей приближенной модели динамики многомерного фронта волны газовой детонации впервые численно смоделирован процесс спон-ганного перехода от регулярной двумерной ячеистой структуры к режиму нере--улярной структуры детонационного фронта, определено критическое значение управляющего параметра модели динамики детонационного фронта, разграничи-іающее области существования регулярного и нерегулярного режимов распространения волны газовой детонации;
> смоделирован эффект сужения области существования околопредельных де-. хжациошшх режимов в каналах с акустически поглощающими стенками, что юзволило уточнить формулировку и физический смысл известного ранее крите->ия, определяющего устойчивость детонационного режима; впервые на основе вида точного аналитического решения задачи о структуре (фонта плоского и цилиндрического пламени численно исследован эффект само-'скорения ячеистого фронта, проанализирована связь с механизмом гидродина-«теской неустойчивости плоского ламинарного пламени. На защиту выносятся
-
Разработанный численный алгоритм и созданный пакет программ для іасчета динамики и структуры двумерной волны газовой детонации, распростра-ипощейся в плоских каналах, узких кольцевых зазорах и каналах с акустически юглощающими стенками.
-
Смоделирован эффект сужения области существования околопредельных 'етонационных режимов в каналах с акустически поглощающими стенками.
Уточнен критерий, позволяющий судить об устойчивости детонационного ре жима.
-
Определено критическое значение управляющего параметра модели ди намики детонационного фронта, разграничивающее области существования регу лярного и нерегулярного режимов распространения волны газовой детонации.
-
Показана возможность и объяснен механизм резкого повышения скоросп распространения волны дефлаграции, вследствие гидродинамической неустойчи вости плоского фронта.
-
На основе аналитического решения задачи о динамике расходящегося ци линдрического фронта пламени, смоделирован эффект самоускорения фронта проанализирована связь с самоорганизующейся ячеистой структурой поверхно сти пламени.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной раббты докла дывались на Международной студенческой конференции "Студент и научно-тех нический прогресс", Новосибирск, НГУ, апрель 1993 г.; на III международное, семинаре по устойчивости гомогенных и гетерогенных жидкостей, г. Новоси бирск, НГАС, 10-12 апреля 1996 г.; на объединенном семинаре Института Вычис лительных Технологий СО РАН и Кафедры математического моделировании НГУ 26 июня 1997 г.; на объединенном семинаре лаб. 6:1, 7.4 Института Тепло физики СО РАН под руководством д.ф.-м.н. С.В. Алексеенко 8 июля 1997 г.; на \ Международной конференции ученых "Актуальные вопросы теплофизики і физической гидрогазодинамики", 27-30 апреля 1998 г., Новосибирск; на V семи наре СНГ "Акустика неоднородных сред", 26-30 мая 1998 г., Новосибирск.
Личный вклад автора заключается:
в адаптации существующей аналитической модели динамики многомерно!
детонационной волны к поставленной задаче, построении и реализации числен
ного метода решения, проведении численного моделирования и анализе получен
ныхрезультатов; ' '.,.'' ,. '
« в анализе свойств системы уравнений, полученных на основе вида точной частного решения уравнения, описывающего распространение плоского фронт; ламинарного пламени, в построении численной схемы решения этой системь уравнений, численном моделировании и анализе полученных результатов;
в анализе свойств системы уравнений, полученных на основе вида точной
частного решения уравнения, описывающего динамику расширяющегося цилин
дрического пламени, в построении численной схемы решения этой системы урав
нений, численного моделирования и анализе полученных результатов.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 6 работ, отра жающих основные результаты.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав заключения и списка литературы.
Объем диссертации составляет 106 страниц, в том числе 36 иллюстраций, і таблица и список литературы из 71 наименования.