Problems of shock wave and detonation wave propagation in gas-particle mixtures in flat ducts with a cross-sectional
jump are investigated numerically within the framework of a physical-mathematical model of the mechanics of heterogeneous
media in the two-velocity and two-temperature approximation. It has been found that on the whole, the
flow structure in mixture at the SW diffraction on a cross-section discontinuity qualitatively corresponds to a similar
flow in gases. The presence of particles affects the shape and dimensions of the forming flow structures. The influence
of particle size on diffraction pattern is the most pronounced in the time interval when the typical dimensions of
structures are comparable with scales of relaxation zones. Different scenarios of detonation wave propagation in the
channel are revealed depending on the geometric parameters and particle size. Complete failing of detonation or
separation of the leading shock wave and the combustion front with following re-initiation of detonation in the reflected
shock wave are possible. The transverse wave formation promotes the cellular detonation development with
the cell size proper for the given mixture.
Предложена физико-математическая модель и численная технология для расчетов ударно-волновых и детонационных процессов в гетерогенных смесях газа и мелких реагирующих частиц в каналах сложной геометрии. Математическая модель гетерогенной детонации газовзвесей основана на двухскоростном двухтемпературном приближении механики реагирующих континуумов. Математическая технология включает использование схемы TVD для газовой фазы и Джентри − Мартина − Дэйли для частиц. Метод адаптирован для расчета двумерных течений в областях произвольной формы. Особенностью является простота реализации: расчет
проводится в покрывающем область канале, значения на границах области переопределяются согласно условиям непротекания. В качестве приложений развитой методики рассмотрена задача о распространении ударных и детонационных волн в газовзвесях алюминиевых частиц в кислороде в канале с внезапным расширением. Отмечается, что дифракция ударных волн на обратном уступе в газовзвесях принципиально отличается
от соответствующих течений в газовых смесях отсутствием автомодельности течения и влиянием процессов
релаксации фаз. Выявлена возможность формирования зон, практически свободных от частиц и слоев их
повышенной концентрации. При выходе детонационной волны из узкой части канала в широкую часть возможна реализация различных сценариев развития течения: от частичного ослабления до полного срыва гетерогенной детонации, включая возможность частичного срыва с последующим ренициированием. Показано
влияние размера частиц и их массовой загрузки на процесс. После прохождения плоской волной разрыва
сечения формируется ячеистая детонация с характерным для данной смеси размером ячейки.
