Диссертация (786512), страница 10
Текст из файла (страница 10)
2). Кривая 5 соответствует случаю пересжатой детонации(D=1600 м/c), при этом поведение фазовой траектории существенно отличается отописанного выше.Второй сценарий. В начале, давление и температура заметно возрастают,практически при неизменном объеме, затем плотность и давление уменьшаются,температура продолжает возрастать, причем параметры практически доходят доравновесной детонационной адиабаты горючей смеси при отсутствии капель(кривая 3, рис. 3.39-3.40); далее, из-за испарения капель плотность смеси растет, адавление и температура уменьшаются.
Необходимо отметить, что для частицдиаметром 10 мкм при скорости детонационной волны 1600 м/с фазоваятраектория соответствует первому сценарию развития событий.При скорости детонационной волны 1800 м/c и для 10 мкм и для 50 мкмчастиц фазовые траектории соответствуют второму сценарию. В целом первыйсценарий изменения параметров можно интерпретировать как детонационнуюволну, второй сценарий как срыв детонации, а промежуточные режимы каквозможность для развития галопирующей детонации.714.5e+006124e+0063867p, Па3.5e+0063e+0062.5e+00652e+00641.5e+0060.050.10.150.20.250.30.350.4V , м 3 / кгРис.
3.39. p-V диаграмма. 1- ударная адиабата; 2 –детонационная адиабата; 3– детонационная адиабата, соответствующая отсутствию капель воды; 4 – D=1436 м/с – минимальная скорость при которой существует решение ( d 50мкм ); 5- D= 1600 м/с, d 50мкм ; 6 – D= 1600 м/с, d 10мкм ; 7 - D= 1800 м/с, d 50мкм , 8 D= 1800 м/с, d 10мкм350030003217T, K250085200015006410005000.050.10.150.20.250.30.350.4V , м 3 / кгРис. 3.40. V-T диаграмма (вода/топливо=0.4). 1- ударная адиабата; 2 –детонационная адиабата; 3 – детонационная адиабата, соответствующаяотсутствию капель воды; 4 – D = 1436 м/с – минимальная скорость при которойсуществует решение ( d 50мкм ); 5 - D= 1600 м/с, d 50мкм ; 6 – D= 1600 м/с,d 10мкм ; 7 - D= 1800 м/с, d 50мкм , 8 - D= 1800 м/с, d 10мкм723.2 Математическое моделирование метаноло-воздушной газокапельнойгорючей смесиТакже было проведено численное моделирование структуры стационарнойдетонационной волны в двухфазной горючей смеси метанола с воздухом.
Длямоделирования химических превращений использовалось 56 обратимых реакций(Таблица 3.3) [226]. Варьировались начальный диаметр капель метанола вдиапазоне от 5 до 50 мкм и отношение массы капель к массе воздуха от 5 до 50%.Таблица 3.3. Реакции для смеси метанола с воздухомРеакцияКоэффициенты ф-лы АррениусаAnE/RCH3O+ M<=>CH3 + OH + M3.162E+12 0.003.349E+05CH3O+ O2<=>CH2O+ HO23.981E+07 0.002.131E+05CH3O+ OH<=>CH2O+ H2O3.981E+06 0.008.373E+03CH3O+ O<=>CH2O+ OH1.585E+06 0.009.629E+03CH3O+ H<=>CH2O+ H23.162E+07 0.002.931E+04CH3O+ H<=>CH3 + H2O5.012E+06 0.002.219E+04CH3O+ CH3<=>CH2O+ CH41.995E+05 0.004.103E+04CH3O+ HO2<=>CH2O+ H2O26.310E+06 0.008.122E+04CH2O+ M<=>CH2O+ H + M2.512E+07 0.001.214E+05CH2O+ O2<=>CH2O+ HO21.000E+06 0.002.512E+04CH4 + M<=>CH3 + H + M1.259E+11 0.003.701E+05CH4 + H<=>CH3 + H21.259E+08 0.004.982E+04CH4 + OH<=>CH3 + H2O3.162E-03 3.088.373E+03CH4 + O<=>CH3 + OH1.585E+07 0.003.852E+04CH4 + HO2<=>CH3 + H2O21.995E+07 0.007.536E+04CH3 + HO2<=>CH3O+ OH1.585E+07 0.000.00CH3 + OH<=>CH2O+ H23.981E+06 0.000.00CH3 + O<=>CH2O+ H1.259E+08 0.008.373E+0373Таблица 3.3 (продолжение)РеакцияКоэффициенты ф-лы АррениусаAnE/RCH3 + O2<=>CH3O+ O2.512E+07 0.001.214E+05CH2O+ CH3<=>CH4 + HCO1.000E+04 0.5002.512E+04CH3 + HCO<=>CH4 + CO3.162E+05 0.5000.00CH3 + HO2<=>CH4 + O21.000E+06 0.001.675E+03CH3O+ M<=>CH2O+ H + M5.012E+07 0.008.792E+04CH3O+ O2<=>CH2O+ HO21.000E+06 0.002.512E+04CH2O+ M<=>HCO + H + M5.012E+10 0.003.014E+05CH2O+ OH<=>HCO + H2O5.012E+08 0.002.637E+04CH2O+ H<=>HCO + H23.981E+06 0.001.591E+04CH2O+ O<=>HCO + OH5.012E+07 0.001.926E+04CH2O+ HO2<=>HCO + H2O21.000E+06 0.003.349E+04HCO + OH<=>CO + H2O1.000E+08 0.000.00HCO + M<=>H + CO + M1.585E+08 0.007.954E+04HCO + H<=>CO + H21.995E+08 0.000.00HCO + O<=>CO + OH1.000E+08 0.000.00HCO + HO2<=>CH2O+ O21.000E+08 0.001.256E+04HCO + O2<=>CO + HO23.162E+06 0.002.931E+04CO + OH<=>CO2 + H12.61.30-3.349E+03CO + HO2<=>CO2 + OH1.000E+08 0.009.629E+04CO + O + M<=>CO2 + M6.310E+03 0.001.716E+04CO2 + O<=>CO + O22.512E+06 0.001.834E+05H + O2<=>O + OH1.995E+08 0.007.033E+04H2 + O<=>H + OH1.995E+04 1.003.726E+04H2O + O<=>OH + OH3.162E+07 0.007.703E+04H2O + H<=>H2 + OH1.000E+08 0.008.499E+04H2O2+ OH<=>H2O + HO21.000E+07 0.007.536E+0374Таблица 3.3 (продолжение)РеакцияКоэффициенты ф-лы АррениусаAnE/RH2O + M<=>H + OH + M1.995E+10 0.004.400E+05H + O2 + M<=>HO2 + M1.585E+03 0.00-4.187E+03HO2 + O<=>OH + O25.012E+07 0.004.187E+03HO2 + H<=>OH + OH2.512E+08 0.007.954E+03HO2 + H<=>H2 + O22.512E+07 0.002.931E+03HO2 + OH<=>H2O + O25.012E+07 0.004.187E+03H2O2+ O2<=>HO2 + HO23.981E+07 0.001.783E+05H2O2+ M<=>OH + OH + M1.259E+11 0.001.905E+05H2O2+ H<=>HO2 + H21.585E+06 0.001.591E+04O +H +M<=>OH + M1.000E+04 0.000.00O2 + M<=>O +O +M5.012E+09 0.004.814E+05H2 + M<=>H +H +M1.995E+08 0.004.019E+05На рис.
3.41 представлены распределения параметров в стационарной ДВпри различных числах Маха. При числах Маха менее 3.3 решение системы (2.262.34) существует, но воспламенение горючей смеси отсутствует. При числах Маха3.5–4.5 решение системы (2.26-2.34) отсутствует, кривые относительной скоростигаза и скорости звука сходятся. При числах Маха более 4.7 решение системы(2.26-2.34) существует, воспламенение горючей смеси происходит. Минимальноечисло Маха, при котором образуется ДВ, равно 4.673, что соответствует скоростиУВ D 1620 м/с.751000D - u , a , [ M /C ]9008007006005004003002000.0010.010.1Xsi, [ M ]110Рис.
3.41. Распределения относительной скорости газа (сплошная кривая) искорости звука (пунктирная кривая) при числах Маха ударной волны 3.3, 3.5, 3.7,3.9, 4.1, 4.3, 4.5, 4.7. 0.79 N 2 0.21O2 + капли метанола ( CH 3OH ) диаметром 10 мкм.Масса капель равна 10% от массы газаИсследовалось влияние отношения массы капель метанола к массе воздухана минимальную скорость ДВ. Зависимость минимальной скорости ДВ (кривая 2)и максимальной температуры (кривая 3) представлено на рис. 3.42. Кривая (1)соответствует скорости равновесной детонации Чепмена – Жуге, рассчитанной изсистемы уравнений (2.39-2.42).(а)(б)76(в)(г)Рис.
3.42. Параметры детонации Чепмена-Жуге в смеси 0.79 N 2 0.21O2 +капли метанола ( CH 3OH ) диаметром 10 мкм; (a) – скорость детонации ЧепменаЖуге (газофазная) – кривая 1, минимальная скорость ДВ (газокапельная смесь) –кривая 2, максимальная достигаемая температура – 2, в зависимости ототношения массы капель к массе воздуха; (б) распределение температуры, (в) –скорость газа- сплошная кривая и капель - пунктирная, (г) – масса капли; 1 M l / M V 0.05 , 2 - M l / M V 0.1 , 3 - M l / M V 0.3 , 4 - M l / M V 0.5Минимальная скорость ДВ в газокапельной среде до массовых долейжидкой фазы M l / M V0.3 практически совпадает со скоростью детонацииЧепмена-Жуге, определенной в результате равновесного расчета (рис. 3.42а). Впервом рассмотренном случае с испарением капель воды указанные скоростиотличались уже при M l / M V0.02 .
При M l / M V0.3 кинетика испарения имеханизм химических превращений оказывают существенное влияние наминимальную скорость ДВ и она начинает превышать равновесную скоростьдетонации.Необходимо отметить, что стехиометрическое соотношение M l / M VмаксимальныеM l / MVзначенияскоростиитемпературыДВ0.154 ,достигаютсяапри0.2 . Это связано с неравновесным протеканием химических реакций ипроцесса испарения капель метанола. На рисунках 3.42б - 3.42г представленыизменения характерных параметров течения в ДВ при различных массовых доляхметанола.77Цифрой 1 помечены графики с недостаточным количеством горючегоM l / MV0.05 ; процесс воспламенения начинается после полного испарения капель(рис. 3.42б, 3.42г), при этом в процессе испарения температура падает до 900 К(рис 3.42б); расстояние от ударной волны, на котором происходит воспламенение,равно 140 см (рис.
8б); скорость газа в волне воспламенения падает (рис. 3.42в),температура после воспламенения практически не изменяется и остается науровне 1550 К. При M l / M V0.1 точки воспламенения горючей смеси и полногоиспарения капель горючего практически совпадают. Наиболее интенсивномуиспарению капель соответствует участок снижения температуры газовой фазы,предшествующийвоспламенению(рис.3.42б).ПриM l / MV0.3 0.4,воспламенение горючей смеси происходит, тогда когда капли горючего ещеполностью не испарились (рис. 3.42б, 3.42г), кислород, содержащийся в газовойфазе, при этом, полностью расходуется, так как соотношение горючее-окислительвыше стехиометрического. Соответственно, после роста температуры в волневоспламенения следует ее спад, связанный с испарением капель в среду где уженет молекул окислителя (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
