И.Н. Зверев, Н.Н. Смирнов - Газодинамика горения (1161628), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Картина течения (рис. 5.10) является 2яР-периодической ( — радиус трубы) по оси з. Из.лому головной ударной волны на рис. 5,10 соответствует точка разветвления С. Система координат (х, г) связана с волной детонации в зоне .У так, что точка разветвления С покоится, а газ втекает в образующуюся систему волн под некоторым углом к осн х. Передняя кромка зоны возможной детонации условно изображена прямой .У2', Фронт детонационной волны АВ переходит во вторичную ударную волну ВС. На участке ВВ' зона химической реакции ВА' отстает от ударного фронта [55, 57[.
Пунктирной линией В'А' условно изображена траектория частиц, пересекающих поперечную волну АС в точке В'. Линия В'А' отделяет горючую смесь, которая прореагирует к моменту завершения детонационной волной одного полного оборота, от смеси, которая вступит в реакцию при последующем обороте детонационной волны АВ (волна А'В на рис. 5.10). За фронтом детонации АВ в зоне продуктов реакции Ф (рис. 5.10) вторичная ударная волна вырождается в размытую слабую волну н образует шлейф, что условно изображено прерывистой линией АН Периодом спинозой гетерогенной детонации 4и называется время одного полного оборота поперечной волны. 266 При взаимодействии со вторичной волной интенсивность головной ударной волны и угол наклона к набегающему потоку в области излома скачком увеличиваются, а затем следующее за вторичной волной разрежение постепенно ослабляет головную ударную волну.
Таким образом, спнновая детонация в предварительна не перемешанных двухфазных системах представляет собой комплекс, состоящий из головной ударной волны, поперечной волны (детонационной на участке АВ и ударной на участке ВС), фронта горения ВА', зовы догорания и системы волн н контакт- Рнс. 5.10 Рис. 5.11 ных поверхностей, образующихся при взаимодействии вторичных и головной волн. Теоретически в рамках выбранной модели возможны случаи существования при спиновой детонации в двухфазных системах структур, содержащих две и более поперечных волн, попарнст вращающихся в противоположные стороны.
Рассмотрим процесс возникновения детонации в зоне возможной детонации. Фронт детонации, распространяясь от места первого случайного инициирования, доходит до передней кромки зоны возможной детонации и распадается на две детонационные волны АВ и А'В', вращающиеся в разные стороны и соединенные ударной волной ВВ', в которую вырождается детонация вне зоны У (рнс. 5.11). Вторичная ударная волна догоняет головную ударную волну и взаимодействует с ней. В результате взаимодействия на головной волне образуются две точки разветвления С и С', которые вра- щаются в направлении вращения волн АВ и А'В'. Прн одновременном (или почти одновременном) возникновении детонации на различных участках зоны У возможно образование структур, содержащих большее число поперечных волн. Существование наблюдаемых в эксперименте структур с одной поперечной волной объясняется, по-видимому, тем, что при инициировании вслед= стане неоднородности одна из детонационных волн вырождается.
В существующих экспериментах необходимая начальная несимметричность течения задавалась вставленным у переднего конца трубы отрезком направляющей спирали [22]. Следует отметить, что кроме двух рассмотренных случаен (пульсирующей и спиновой детонации) существуют режимы, когда структура гетерогенной детонации не содержит сильных вторичных разрывов за головной ударной волной [13]. Такие режимы распространения детонации без видимых вторичных волн имеют место, когда скорости химических реакций за головной волной достаточно велики, так что зона возможной детонации не успевает возникнуть ввиду быстрого сгорания образующейся горючей смеси. Исследование гетерогенной детонации такого типа проводится в работах [36 — 49, 51, 67 — 70].
Процесс развития детонации для конкретного состава гетерогенной системы зависит от интенсивности инициирующей ударной .волны, которая должна обеспечить образование горючей смеси и возможность ее воспламенения. Одним из основных факторов, определяющих режим распро-' странения детонации в двухфазных системах, является процесс образования горючей смеси за головной ударной волной. Используются различные модели механизма смесеобразования.
Так, в работе [37] предполагается мгновенный срыв, перемешивание и испарение капель горючего по всему сечению потока. В работах [20, 26 — 33] предполагается, что срыв капель с поверхности жидкости происходит за счет образования поверхностных волн и неустойчивости поверхности раздела фаз. В работах [30, 31] для относительно толстых пленок горючего при малых скоростях детонации основным механизмом массоподачи в пограничный слой считается срыв капель, а при больших скоростях (более 1000 м/с) горючая смесь первоначально образуется в результате испарения и диффузии.
Дробление капель в ударных волнах названо также основным контролирующим механизмом при распространении детонации в газокапельной среде [3, 6]. В работах [51, 76 — 78) основным механизмом смесеобразования считаетск испарение и диффузия паров горючего в пограничном слое. Механизм смесеобразовання зависит от вида горючего, толщины пленки н размера частиц. Для большинства тонких пленок горючего (е(1000 мкм1 основным механизмом является испарение и диффузия [38 — 47]; для толстых пленок — срыв капель с поверхности [3, 6, 34, 49, 79). Срыв и дробление капель происходят на расстоянии за ударной волной н приводят к резкому возрастанию плошади межфазной поверхности и испарению в объеме. 270 Таким образом, при детонации в гетерогенной среде, содержащей диспергированные капли и пленку жидкости на стенках трубы, возможны фазовые переходы различных типов. Во-первых, горючее может испаряться с поверхности пленки и капель жидкости.
Во-вторых, может происходить срыв мелкодисперсных капель с поверхности пленки и дробление крупных капель (пленка и диспергированные капли рассматриваются как различные фазы). В-третьих, может происходить осаждение крупных капель на поверхность трубы и образование пленки, а также слияние мелких капель в крупные. Структура детонации в гетерогенных системах сложна ввиду неодномерности задачи и наличия сильных нестационарных разрывов в потоке за головной ударной волной.
Прн математическом описании задачи вводятся упрощающие предположения, позволяющие определить основные параметры детонации с необходимой точностью. й З.4. ВЗАИМОДЕИСТВИЕ ВТОРИЧНОИ ВОЛНЫ С ГОЛОВНОИ ВОЛКОВ ПРИ СПИНОВОИ ДЕТОНАДИИ В НЕПЕРЕМЕШАННЕ4Х ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ Рассмотрим спнновую детонацию с одной поперечной волной в неперемешанных системах. Вращающаяся по спирали в зоне У" детоиационная волна вырождается вне зоны во вращающуюся вторичную ударную волну, которая взаимодействует с головной волной. В области взаимодействия на головной ударной волне образуется вращающийся излом. При исследовании структуры течения в окрестности точки разветвления, течение вблизи поверхности трубы полагается плоским двумерным, как и при рассмотрении гомогенной спиновой детонации (80, 81]. Излому головной волны в плоскости (х, г) соответствует точка разветвления С (рис.
5.10). При взаимодействии со вторичной волной угол наклона головной волны к набегающему потоку и, следовательно, ее интенсивность увеличиваются, а затем за Время одного полного оборота вторичной волны интенсивность головной волны и угол ее наклона к набегающему потоку постепенно уменьшаются за счет взаимодействия с волнами разрежения, следующими за фронтом вторичной волны. Методы локального исследования возникающих в потоке газа тройных ударных конфигураций с помощью ударных поляр хорошо известны [82 — 841.
Переходя в систему координат, связанную с точкой пересечения волн, можно рассматривать течение в окрестности точки пересечения ударных волн как стационарное. При этом предполагается, что значения параметров не зависят от расстояния до точки разветвления и все угловые области течения однородны в малой окрестности этой точки. В точке разветвления могут сходиться ударные волны, контактные разрывы и волны разрежения. Локальное исследование точек разветвления производится с 271 помощью ударных поляр в плоскости (р, О) и обратимых аднабат для решения простой волны.
Отсчет угла 0 ведется от направления потока, набегающего на головную ударную волну и системе координат (х, г). Уравнение поляры т !(р», О»)„полученное из законов сохранения потоков массы, импульса и энергии при переходе через косой скачок для политропного газа имеет вид л(2 18 (О, — О,) = 7+1 — 1, (5. 1) Й Ры — + 1 27 где Ры= (р» — )(!)/р! — относительное приращение давления на скачке.
Переход в простой волне в плоскости (р, 0) определяется обратимой адиабатой !85, 861 агсс(н 7+1 1 1 -1- агс1н -1- агс1и У1Н»' — 1 ~м,' — ! 0» — 01- и= ~/ /т+! 7 †! ! — агсс(н + (т — 1) (М,'. — 1) 272 Соотношения (5.2) являются параметрической записью (параметром является М») кривой Я,*(р», О»), которая в плоскости (р, О) представляет собой геометрическое место всех возможных состояний, характеризуемых точками (р», 0»), которые могут быть получены из данного начального состояния, характеризуемого (рь О!) и числом Маха Мь при прохождении через простую волну.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
