Charasteristic features of heterogeneous detonations in polydisperse mixtures
Specific features of detonations in polydisperse gas suspensions of aluminum particles in oxygen are studied on the base of numerical simulations of one- and two-dimensional unsteady flow. The properties of non-ideal detonations of bi-dispersed mixtures are determined: existence of an internal frozen-equilibrium sonic point bounding the stationary part of the structure, double ρ-layers, stability of the detonation waves coupling with rarefaction waves, dependence of the initiation criteria on the fractional content (small addition of fine particles provides sufficient decrease in initiation energy). An influence of the fractional composition on characteristics of cellular detonations in polydisperse mixtures is analyzed. A possibility of degeneration of cellular detonations and stable propagation of planar detonation waves in mixtures with large dispersion in distribution of particles over their sizes is revealed. The results of numerical simulations are confirmed by comparison with experimental data and results of acoustic analysis of the detonation structures presented.
Численно и аналитически изучены особенности детонации полидисперсных взвесей частиц алюминия в кислороде в одномерных и двумерных нестационарных течениях. Определены свойства неидеальной детонации бидисперсных взвесей: наличие в структуре ЗНД внутренней равновесно-замороженной звуковой точки, ограничивающей стационарную часть структуры, и двойного р-слоя; устойчивость сопряжения детонационных волн с волнами разрежения, зависимость критериев инициирования от фракционного состава (малая добавка мелких частиц позволяет существенно уменьшить порог инициирования). Проанализировано влияние фракционного состава на характер ячеистой детонации в полидисперсных взвесях. Показана возможность вырождения ячеистой и устойчивого распространения плоской детонации в смесях с большим разбросом частиц по размерам. Результаты численного моделирования подтверждаются сравнениями с данными экспериментов и результатами представленного акустического анализа детонационных структур.
1. Борисов А.А., Ермолаев Б.С., Хасаинов Б.А. Неидеаль-
ная детонация в двухфракционной взвеси частиц уни-
тарного топлива // Химическая физика. 1983. № 8. С.
1129−1133.
2. Кутушев А.Г., Родионов С.П. Распространение ударных
волн в полидисперсных газовзвесях // ПМТФ. 1993. №
2. С. 24−31.
3. Ивандаев А.И., Кутушев А.Г., Родионов С.П. Матема-
тическое моделирование ударно-волновых процессов
в химически-инертных и реагирующих полидисперсных
смесях газа с твердыми частицами // Матем. моделиро-
вание. 1995. Т. 7. №12. С. 19–32.
4. Ивандаев А.И., Кутушев А.Г., Родионов С.П. Детонаци-
онные волны в полидисперсных газовзвесях унитарного
топлива с непрерывной функцией распределения частиц
по размерам // ПМТФ. 1995. Т. 36. № 6. С. 14−24.
5. Федоров А.В., Хмель Т.А. Математическое моделиро-
вание детонации алюминиевой пыли в кислороде с уче-
том скоростной неравновесности частиц // ФГВ. 1997. Т.
33. № 6. С. 80.91.
6. Fedorov A.V., Khmel’ T.A., Fomin V.M. Non-equilibrium
model of steady detonations in aluminum particles – oxygen
suspensions // Shock Waves. 1999. V. 9. N 5. Pp. 313.318.
7. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численное моделирование
инициирования детонации при вхождении ударной вол-
ны в облако частиц алюминия//ФГВ. 2002. № 1.
C. 114.122.
8. Медведев А.Е., Федоров А.В., Фомин В.М Описание
воспламенения и горения смесей газа и твердых частиц
методами механики сплошной среды // Физика горения
и взрыва. 1984. Т.20, N 2. С.3.9.
9. Федоров А.В. Структура гетерогенной детонации час-
тиц алюминия, диспергированных в кислороде // Физи-
ка гоpения и взpыва. 1992. Т. 28, № 3. С. 72–83.
10. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численное моделирование
формирования ячеистой гетерогенной детонации частиц
алюминия в кислороде // Физика горения и взрыва.
2005. Т. 41. № 4. C. 84.98.
11. Федоров А.В., Кратова Ю.В., Хмель Т.А., Фомин В.М.
Распространение ударных и детонационных волн в ка-
налах различной геометрии в газовзвесях // Физико-
химическая кинетика в газовой динамике 2008. Том 7.
http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2008-09-01-006.pdf
12. Хмель Т.А. Численное моделирование двумерных дето-
национных течений в газовзвеси реагирующих твердых
частиц // Математическое моделирование. 2004. Т. 16.
№ 6. С. 73.77.
13. Федоров А.В., Хмель Т.А. Численные технологии ис-
следования гетерогенной детонации газовзвесей. Мат.
моделирование, 2006, № 8, С. 49.63.
14. Zhang F., Gerrard K.B., Rypley R. Reaction Mechanism of
Aluminum Particles – Air Detonation // In: Seventh Intern.
Symposium on Hazard, Prevention, and Mitigation of Industrial
Explosions, St. Petersburg, Russia, July 7-11, 2008.
Proceedings. Vol. II. Pp. 223.237.
15. Barthel H.O. Predicted spacings in hydrogen-oxygen-argon
detonations // The Physics of Fluids. 1974. Vol. 17. N 8.
Pp. 1547.1553.
