Машиностроение и компьютерные технологии. 2017; : 22-31
Дефицит скорости стационарной детонационной волны в водородно-кислородных смесях в детонационной трубке субкритического диаметра
https://doi.org/10.24108/1217.0001349Аннотация
Экспериментальным путем производилось определение дефицита скорости волны детонации в водородно-кислородной смеси при различных мольных соотношениях между водородом и кислородом. Коэффициент избытка водорода менялся от 0.4 до 2.5.
Целью данной работы было определение стационарной скорости детонационной волны в узкой детонационной трубке и сравнение полученных значений со скоростью детонации Чепмена-Жуге в широкой детонационной трубке. Также определялось мгновенное распределение параметров продуктов горения за фронтом детонационной волны вдоль оси трубки.
Описана экспериментальная установка, основная часть которой представляет собой прозрачную трубку, изготовленную из оргстекла, с внутренним диаметром 3.5 мм. Трубка предназначена для оптической регистрации процессов горения, в том числе детонации.
Приведены характеристики регистрирующей оптической аппаратуры. Приведена характерная пространственно-временная развертка движения фронта детонационной волны и продуктов сгорания вдоль оси детонационной трубки, полученная с помощью скоростной цифровой камеры «Видеоспринт». Приведена методика определения скорости продуктов сгорания на основе пространственно-временных разверток.
На основе литературных данных приведена оценка ширины детонационной ячейки, проведен анализ изменения скорости волны детонации. Приведены количественные значения дефицита скорости детонации в зависимости от мольного избытка водорода. Показано, что максимальный дефицит скорости детонации наблюдался при ширине ячейки, равной диаметру детонационной трубы.
На основе полученных данных сделано предположение о возможности использования детонации в каналах субкритического диаметра с целью создания метательных устройств, в частности в области безыгольной инъекции.
Список литературы
1. Lee J.H.S. Dynamic parameters of gaseous detonations // Annual Review of Fluid Mechanics. 1984. Vol. 16. Pp. 311-336. DOI: 10.1146/annurev.fl.010184.001523
2. Clavin P. Theory of gaseous detonations // Chaos: An Interdisciplinary J. of Nonlinear Science. 2004. Vol. 14. No. 3. Pp. 825-838. DOI: 10.1063/1.1784951
3. Bull D.C., Elsworth J.E., Hooper G. Initiation of spherical detonation in hydrocarbon/air mixtures // Acta Astronautica. 1978. Vol. 5. No. 11-12. Pp. 997-1008. DOI: 10.1016/0094-5765(78)90005-X
4. Abouseif G.E., Toong T.Y. On direct initiation of gaseous detonations // Combustion and Flame. 1982. Vol. 45. Pp. 39-46. DOI: 10.1016/0010-2180(82)90031-1
5. Голуб В.В., Баженова Т.В., Бакланов Д.И., Иванов К.В., Кривокорытов М.С. Применение детонации водородовоздушной смеси в устройствах для безыгольной инъекции // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 1. С. 147.
6. Микушкин А.Ю., Самойлова А.А., Бивол Г. Ю., Коробов А.Е., Головастов С.В. Метод расчета нестационарного тягового усилия эжекторного насадка пульсирующего реактивного двигателя // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана: электрон. журн. 2016. № 6. С. 130-144. DOI: 10.7463/0616.0842134
7. Schultz E., Shepherd J. Validation of detailed reaction mechanisms for detonation simulation. Pasadena, CA: California Inst. of Technology, 2000.
8. Lee J.H.S. The detonation phenomenon. Camb.; N.Y.: Camb. Univ. Press, 2008. 388 p.
9. Щелкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1963. 255 с.
10. Бивол Г.Ю., Головастов С.В., Голуб В.В. Формирование пересжатой волны детонации в потоке метано-кислородных смесей в канале переменного сечения // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. № 4. С. 576-581. DOI: 10.7868/S0040364417030036
Mechanical Engineering and Computer Science. 2017; : 22-31
Deficit of Stationary Detonation Velocity in Hydrogen-oxygen Mixtures Propagated in a Detonation Pipe of a Subcritical Diameter
https://doi.org/10.24108/1217.0001349Abstract
The paper deals with an experimentally determined deficit of the detonation velocity in the hydrogen-oxygen mixture at various molar ratios between hydrogen and oxygen. The excess hydrogen ratio varied from 0.4 to 2.5.
The objective was to determine the stationary velocity of the detonation wave in a narrow detonation tube and compare the obtained values with the Chapman-Jouguet detonation velocity in a wide detonation tube. An instantaneous distribution of the combustion product parameters behind the detonation wave front along the axis of the tube was also determined.
The article describes an experimental setup, the main part of which is a transparent plexiglas with an internal diameter of 3.5mm. The tube is intended for optical recording of combustion processes, including detonation.
The characteristics of the recording optical equipment are given. A characteristic space-time diagram of the detonation and combustion products motion along the axis of the detonation tube is obtained using a high-speed digital camera "VideoSprint." A technique to determine the velocity of combustion products based on space-time scans is presented.
Based on the data from the references, the article estimates a width of the detonation cell, and analyzes detonation velocity. Gives the quantitative values of the deficit of the detonation velocity as a function of the mole excess of hydrogen. Shows that the maximum deficit of the detonation velocity has been observed with a cell width equal to the diameter of the detonation tube.
On the basis of the data obtained, there is a suggestion to use detonation in the channels of subcritical diameter in order to create propellant devices (throwers), in particular in the field of needleless injection.
References
1. Lee J.H.S. Dynamic parameters of gaseous detonations // Annual Review of Fluid Mechanics. 1984. Vol. 16. Pp. 311-336. DOI: 10.1146/annurev.fl.010184.001523
2. Clavin P. Theory of gaseous detonations // Chaos: An Interdisciplinary J. of Nonlinear Science. 2004. Vol. 14. No. 3. Pp. 825-838. DOI: 10.1063/1.1784951
3. Bull D.C., Elsworth J.E., Hooper G. Initiation of spherical detonation in hydrocarbon/air mixtures // Acta Astronautica. 1978. Vol. 5. No. 11-12. Pp. 997-1008. DOI: 10.1016/0094-5765(78)90005-X
4. Abouseif G.E., Toong T.Y. On direct initiation of gaseous detonations // Combustion and Flame. 1982. Vol. 45. Pp. 39-46. DOI: 10.1016/0010-2180(82)90031-1
5. Golub V.V., Bazhenova T.V., Baklanov D.I., Ivanov K.V., Krivokorytov M.S. Primenenie detonatsii vodorodovozdushnoi smesi v ustroistvakh dlya bezygol'noi in\"ektsii // Teplofizika vysokikh temperatur. 2013. T. 51. № 1. S. 147.
6. Mikushkin A.Yu., Samoilova A.A., Bivol G. Yu., Korobov A.E., Golovastov S.V. Metod rascheta nestatsionarnogo tyagovogo usiliya ezhektornogo nasadka pul'siruyushchego reaktivnogo dvigatelya // Nauka i obrazovanie. MGTU im. N.E. Baumana: elektron. zhurn. 2016. № 6. S. 130-144. DOI: 10.7463/0616.0842134
7. Schultz E., Shepherd J. Validation of detailed reaction mechanisms for detonation simulation. Pasadena, CA: California Inst. of Technology, 2000.
8. Lee J.H.S. The detonation phenomenon. Camb.; N.Y.: Camb. Univ. Press, 2008. 388 p.
9. Shchelkin K.I., Troshin Ya.K. Gazodinamika goreniya. M.: Izd-vo Akad. nauk SSSR, 1963. 255 s.
10. Bivol G.Yu., Golovastov S.V., Golub V.V. Formirovanie pereszhatoi volny detonatsii v potoke metano-kislorodnykh smesei v kanale peremennogo secheniya // Teplofizika vysokikh temperatur. 2017. T. 55. № 4. S. 576-581. DOI: 10.7868/S0040364417030036
