И.Н. Зверев, Н.Н. Смирнов - Газодинамика горения (1161628), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Как правило, скорость детонации возрастала с увеличением рс. Нижний предел распространения детонации по давлению составлял 2ч 7 атм для значений а от 1 до 8и/и, Скорость детонации у предела составляла 400 †: 500 м!с. Отметим некоторые характерные свойства детонации в неперемешанных гетерогенных системах. Возникновение и развитие детонации для каждой гетерогенной системы зависят от количества горючего, испаряемого в пограничный слой. Поэтому существует такая минимальная тол- 259 шина слоя горючего е, ы (и среднеобъемная концентрация а ы), что при а<а,;.(а<ать,) незатухающая детонация невозможна. При небольших толщинах слоя горючего (д>>е>а ы) скорость детонации существенно зависит от толщины слоя (средне- объемной концентрации горючего а>а м). Когда толщина пленки горючего становится больше некоторой предельной толщины еп скорость детонации перестает зависеть от дальнейшего увеличения е. В этом случае в реакции участвует не все горючее, а его часть, которая остается постоянной и не зависит от толщины слоя вещества на поверхности трубы.
В случае гетерогенной детонации в пористых средах, когда диаметр пор Н мал ( — 100 мкм) и сравним с толщиной пленки горючего (Н-а), может происходить как возрастание, так и убывание скорости детонации при увеличении среднеобъемного содержания горючего а (25). При одной и той же величине среднемассовой концентрации горючего скорость детонации в гетерогенных системах «газообразный окислитель — конденсированное горючее» заметно меньше, чем в гомогенных газовых смесях.
Так, например, максимальная скорость детонации в гетерогенной системе «кислород — жидкий и-гексадекан» составляет 1800 м/с, а максимальная скорость детонации в газообразной смеси того же состава — не менее 2600 м~с. С целью изучения механизма смесеобразования при двухфазной детонации в системе «газообразный. окислитель — жидкое горючее» были проведены экспериментальные исследования поведения слоев жидкостей после прохождения ударной волны или волны детонации в среде, находящейся над жидкой пленкой (26 — 28, 33). Эксперименты показали, что поверхность пленки горючего неустойчива, Образование распыла пленки глицерина, например, при прохождении над ней детонационной волны в смеси водорода с кислородом протекало в четыре стадии: 1-я стадия — образование возмущений на поверхности жидкости за фронтом детонационной волны в течение времени 300 —:400 мкс после прохождения волны; 2-я стадия — появление и развитие заметных поверхностных волн (400 —:500 мкс); 3-я стадия — срыв и распыл капель жидкости с гребней волн (более 500 мкс); 4-я стадия — оседание распыла (3 —:4 мин).
В работах (30 — 32) предполагается, что наряду с испарением в турбулентном пограничном слое для толстых пленок (толщиной 0.1 †: 0.2 мм) существенную роль в процессе образования горючей смеси при малых скоростях головной ударной волны (-1000 и/с) играет срыв мелких капель с гребней возмущений на поверхности жидкости. Отмечаются три характерные стадии разрушения пленки жидкости: 1) сохранение гладкой поверхности; 2) развитие возмущений на поверхности пленки; 3) срыв мелкодисперсных капель с гребней поверхностных волн (31). В работах [33, 34] исследован срыв жидкости с поверхности пленки при прохождении ударной волны и приведены количественные соотношения, позволяющие оценить массу сорванной 260 жидкости в зависимости от скорости ударной волны, расстояния до нее и других определяющих параметров.
Времена задержки воспламенения капель в ударных волнах определялись в работах [5, 35) . Высокоскоростные режимы горения газовзвесей металлических частиц исследованы, например, в [50, 60]. Эксперименты показали сложный характер нестационарного процесса распространения пламени, причем па второй стадии ускорение пламени сопровождается интенсивными продольными колебаниями. В работах [16, 61, 62[ исследовано горение за ударными волнами в системах «жидкость — пузырьки газа», Рассмотрены два типа гетерогенных систем: «горючее в жидкой фазе — пузырьки газообразного окислителя», «инертная жидкость — горючая смесь газов в пузырьках».
Установлено, что в гетерогенных системах рассмотренных типов возможно распространение самоподдерживающейся детонационной волны, инициировать которую способны ударные волны сверхкритической интенсивности р(р») )р'/рм В процессе формирования волна детонации отделяется от инициирующей ударной волны, ускоряется и достигает постоянной скорости ()э, большей скорости идущей за ней инициирующей ударной волны, Горение в пузырьках происходит за фронтом детонационной волны, скорость которой (7з изменяется в пределах 400 †: 1200 м/с в зависимости от объемной концентрации пузырьков ао и начального давления рь При аз<а ы (0.25»7з) детонация затухает, при а,)а,» (8'(,) критическое давление инициирования р«превышает 50 атм и инициировать детонацию не удавалось.
В исследованных пределах скорость детонации уменьшается с ростом а» н увеличивается с ростом рь Первая попытка теоретически определить скорость детонации в предварительно пе перемешанных двухфазных системах («газ— пленка») основана на предложении, что потери энергии, вызванные нестационарностью, равны половине энергии, выделившейся при вторичных взрывах [36[. Такая постановка сводится по существу к рассмотрению одномерной детонации Чепмена — Жуге, в которой только половина выделившейся энергии идет па поддержание ударной волны, вследствие чего скорость гетерогенной детонации в У2 раз меньше скорости детонации Чепмена — Жуге.
Одномерная модель детонации в гетерогенных системах была также рассмотрена в [371 при следующих основных предположениях: а) детонационная волна распространяется по газу с постоянной скоростью; б) горючее срывается со стенок ударной волной н потоком газа, перемешивается равномерно по сечению трубы, испаряется и горит; в) испарившееся и сгоревшее горючее мгновенно приобретает скорость потока за ударной волной. Таким образом, определение скорости гетерогенной детонации сводится к исследованию детонации в гомогенной смеси.
Рас- смотрен случай, когда процесс лимитируется скоростью химической реакции (кинетикой), а подвод горючего достаточно интенсивный. В работах [10, 38 — 42] были предложень1 теории стационарной (без учета вторичных ударных волн) детонации в предварительно не перемешанных двухфазных системах. Предполагалось, что течение за головной волной непрерывно. При этом использовалась модель детонации, в которой выделеиие энергии при горении происходит в пограничном слое за гоЛовной ударной волной. Изменение параметров потока за головиой ударной волной, обусловленное влиянием пограничного слоя, испарения и горения, определяется в рамках одномерной стационарной задачи. Теоретически получены согласующиеся с экспериментальными данными значения скорости самоподдерживающейся детонации для различных видов горючего и окислителя Детонация гетерогенных систем рассматривалась в трубах квадратного и круглого поперечного сечения.
В работах [44 — 46] рассмотрена детонация в случаях, когда горючим смочена часть внутренней поверхности трубы. В качестве основного механизма образования горючей смеси в большинстве работ рассматривались испарение и диффузия в пограничном слое за ударной волной. В работе [49] рассматривались срыв н дробление капель за головной ударной вол. ной. В работе [44] для каждой гетерогенной системы были теоретически определены две возможные скорости гетерогенной стационарной детонации, меньшая из которых неустойчива, а большая — устойчива. В работах [40, 45] показано, что сущестйование самоподдерживающейся гетерогенной детонации возможно только в случае, если пограничный слой неавтомоделен.
Двухфазная детонация с учетом неавтомодельного пограничного слоя за ударной волной исследована в [45, 51, 63]. Теоретические исследования [36 — 49] проведены для такого класса гетерогенных систем, когда вторичные ударные волны в процессе развития детонации исчезают или их влиянием можно пренебречь. Однако сугцествуют гетерогенные системы, в которых вторичные ударные волны наблюдаются как при развитии детонации, так н при самоподдерживающемся ре'.киме распространения [9 — 11, 18 — 23] и являются одним из механизмов, передающих энергию от зоны реакции к головной ударной волне [19, 20].
Тем не менее происхождение, механизм расг~ространения и природа этих вторичных ударных волн долгое время оставались непонятными [10, 21, 50]. Нестационарная модель детонации в предварительно не перемешанных гетерогенных системах в трубах прямоугольного поперечного сечения предложена в [12 — 14] Рдссмотрен механизм возникновения и распространения вторичных ударных волн, исследовано взаимодействие вторичных ударных волн с головной ударной волной, определены свойства и параметры самоподдерживающейся детонации при учете вторичных волн и влияния по- 262 граничного слоя с испарением и горением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
