Об отражении плоской ударной волны от жесткой стенки в детонирующем газе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены физико-математическая модель, вычислительные алгоритмы и результаты расчетов воспламенения и детонации горючей смеси за отраженной ударной волной. Численное решение осуществляется методом Годунова для двумерных нестационарных уравнений газовой динамики, дополненных уравнениями химической кинетики. Приводятся результаты расчетов возникновения и распространения детонационной волны в метано-воздушной смеси с использованием упрощенного кинетического механизма горения метана. Получены режимы распространения детонационной волны с постоянной скоростью и в колебательном режиме. Показано, что на большом расстоянии от стенки средняя скорость детонационной волны и доминирующие параметры за ее фронтом могут быть определены из решения автомодельной задачи об отражении ударной волны от стенки в предположении о замороженности течения перед волной и термодинамическом равновесии за ней.

Об авторах

Владимир Юрьевич Гидаспов

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: gidaspov@mai.ru
ORCID iD: 0000-0002-5119-4488
SPIN-код: 9954-7270
Scopus Author ID: 6506396733
ResearcherId: B-4572-2019
https://www.mathnet.ru/rus/person26168

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник; профессор; каф. 806 вычислительной математики и программирования

Россия, 125993, Москва, Волоколамское шоссе, 4

Наталья Сергеевна Северина

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: severinans@mai.ru
ORCID iD: 0000-0001-5951-4629
SPIN-код: 5512-8170
Scopus Author ID: 56638598100
ResearcherId: T-4276-2018
https://www.mathnet.ru/rus/person51389

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент; каф. 806 вычислительной математики и программирования

Россия, 125993, Москва, Волоколамское шоссе, 4

Список литературы

  1. Зельдович Я. Б. Теория горения и детонации газов. М.: АН СССР, 1944. 72 с.
  2. Солоухин Р. И. Ударные волны и детонация в газах. М.: Физматлит, 1963. 175 с.
  3. Станюкович К. П. Неустановившиеся движения сплошной среды. М.: Наука, 1971. 856 с.
  4. Nettleton M. A. Gaseous Detonations. Their nature, effects and control. Dordrecht: Springer, 1987. xiv+256 pp. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-009-3149-7
  5. Митрофанов В. В. Детонация гомогенных и гетерогенных систем. Новосибирск: ИГиЛ СО РАН, 2003. 200 с. EDN: QKASZF.
  6. Андреев С. Г., Бабкин А. В., Баум Ф. А. [и др.] Физика взрыва. Т. 1 / ред. Л. П. Орленко. М.: Физматлит, 2004. 832 с. EDN: VYIRVX.
  7. Левин В. А., Мануйлович И. С., Марков В. В. Инициирование и распространение многомерных волн детонации // Физ. гор. взр., 2015. Т. 51, №1. С. 47–56. EDN: TJHZHH.
  8. Васильев А. А. Детонация как горение в сверхзвуковом потоке горючей смеси // Физ. гор. взр., 2022. Т. 58, №6. С. 75–88. EDN: LYKDHN. DOI: https://doi.org/10.15372/FGV20220607.
  9. Гидаспов В. Ю., Кононов Д. С., Северина Н. С. Моделирование воспламенения и детонации метано-воздушных смесей за отраженной ударной волной // ТВТ, 2020. Т. 58, №6. С. 909–914. EDN: ZYFUTH. DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364420060101.
  10. Гурвич Л. В., Вейц И. В., Медведев В. А. [и др.] Термодинамические свойства инди- видуальных веществ: Справ. изд. в 4-х т. М.: Наука, 1982.
  11. Гидаспов В. Ю., Северина Н. С. Некоторые задачи физической газовой динамики. М.: МАИ, 2016. 196 с. EDN: YSPXSH.
  12. Гидаспов В. Ю., Иванов И. Э., Крюков И. А. Численное моделирование инициирования детонации в фокусирующем канале // Матем. моделирование, 1992. Т. 4, №12. С. 85–88.
  13. Гидаспов В. Ю., Иванов И. Э., Крюков И. А. [и др.] Исследование процессов распространения волн горения и детонации в кумулирующем объеме // Матем. моделирование, 2004. Т. 16, №6. С. 118–122.
  14. Бам-Зеликович Г. М. Распад произвольного разрыва в горючей смеси / Теоретическая гидромеханика: Сб. ст. № 4. М.: Оборонгиз, 1949. С. 112–141.
  15. Басевич В. Я., Фролов С. М. Глобальные кинетические механизмы, разработанные для моделирования многостадийного самовоспламенения углеводородов в реагирующих течениях // Хим. физ., 2006. Т. 25, №6. С. 54–62. EDN: HTUKWV.
  16. Гидаспов В. Ю., Северина Н. С. Численное моделирование детонации пропано-воздушной горючей смеси с учетом необратимых химических реакций // ТВТ, 2017. Т. 55, №5. С. 795–799. EDN: ZFSJST. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364417050076.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема течения при отражении ударной волны от стенки в детонирующем газе. Обозначения: $O$ — момент взаимодействия падающей УВ со стенкой; $B$ — момент самовоспламенения; $C$ — точка взаимодействия волны горения с отраженной УВ. Волны: ISW — падающая ударная волна (ПУВ); RSW — отраженная ударная волна (ОУВ); CW — волна горения (ВГ); DW — детонационная волна (ДВ). Области течения: 0 — перед ПУВ; 1 — за ПУВ; 2 — за ОУВ; 3 — за ДВ

Скачать (29KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Образование детонационной волны при отражении ударной волны от стенки: a) режим с образованием пересжатой детонационной волны (ПДВ); b) режим с образованием детонационной волны Чепмена—Жуге (ДВЧЖ) и примыкающего веера волн разрежения (ВВР). Области течения: 0 — перед ПУВ; 1 — за ПУВ; 3 — непосредственно за детонационной волной; 4 — пристеночная область (для случая b). Обозначения: ISW — падающая ударная волна; ODW — пересжатая детонационная волна; CJDW — детонационная волна Чепмена—Жуге; EF — веер волн разрежения

Скачать (44KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Цветовые шкалы для визуализации изолиний: a) давление, Па; b) температура, К (онлайн в цвете)

Скачать (136KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изолинии температуры в различные моменты времени: a, b — $t = 1.411$ мс; c, d — $t = 2.538$ мс. Параметры падающей ударной волны: $M_{\text{ISW}} = 3.2$; начальные условия: $p = 10000$ Па, $T = 300$ К (онлайн в цвете)

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изолинии давления в различные моменты времени: a, b — $t = 1.411$ мс; c, d — $t = 2.538$ мс. Параметры падающей ударной волны: $M_{\text{ISW}} = 3.2$; начальные условия: $p = 10000$ Па, $T = 300$ К (онлайн в цвете)

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости температуры от продольной координаты: 1 — $t = 1.411$ мс; 2 — $t = 2.538$ мс; 3 — $t = 3.353$ мс; 4 — температура за пересжатой детонационной волной; 5 — температура за детонационной волной Чепмена—Жуге

Скачать (73KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости давления от продольной координаты: 1 — $t = 1.411$ мс; 2 — $t = 2.538$ мс; 3 — $t = 3.353$ мс; 4 — давление за пересжатой детонационной волной; 5 — давление за детонационной волной Чепмена—Жуге

Скачать (61KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость скорости детонационной волны от числа Маха падающей ударной волны $M_{\text{ISW}}$: маркеры — средние значения скорости, рассчитанные на большом расстоянии от стенки; 1 — скорость равновесной пересжатой детонационной волны; 2 — скорость детонационной волны Чепмена—Жуге

Скачать (57KB)
Метаданные

© Авторский коллектив; Самарский государственный технический университет (составление, дизайн, макет), 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).