Propagation of cellular heterogeneous detonation under the condition of variable geometry




Two-dimensional flows of heterogeneous cellular detonations in channels with sudden expansion are numerically investigated on the model of detonation of suspensions of aluminum particles in oxygen. Influence of phase interaction processes on properties of the detonation wave diffraction behind a backward step and on following propagation in a wide part of the channel is investigated. The common properties with corresponding processes in gases are established: existence of three propagation regimes behind a step, re-initiation in the transverse waves, reconstructions of cellular structures, similar critical conditions of propagation in terms of geometrical parameters of the channel at diffraction of planar and cellular detonations. Characteristic features of scenarios of heterogeneous detonation development, caused by more complex flow structure and velocity and temperature interactions of the phases are revealed. Dependence of the flow patterns and diffraction regimes on dispersion (the size of particles) is established, the regime map is presented in the plane: particle size - exit channel width. Threefold decrease of critical number of cells in the channel in comparison with the gaseous detonations, caused by constitutive influence of processes of thermal and velocity relaxation on the ignition process, is shown and physically proved. The critical ratio of the transverse sizes of the channel for detonation propagation in the 3.5- micron mixture corresponds to data for gaseous detonations. However, this criterion cannot be universal applying to two-phase mixtures.

Распространение ячеистой гетерогенной детонации в условиях изменяющейся геометрии

На модели детонации взвесей частиц алюминия в кислороде численно исследуются двумерные течения гетерогенной ячеистой детонации в каналах с внезапным расширением. Исследуется влияние процессов межфазного взаимодействия на свойства дифракции детонационной волны за обратным уступом и дальнейшее распространение в широкой части канала. Установлены общие свойства с соответствующими процессами в газах: режимы распространения за уступом, ре-инициирование в поперечных волнах, перестройка ячеистой структуры, соответствие критических условий распространения в терминах геометрических параметров канала при дифракции плоской и ячеистой детонации. Определены характерные особенности сценариев развития гетерогенной детонации, обусловленные более сложной структурой течения, межфазным силовым и температурным взаимодействием. Установлена зависимость картин течения и режимов дифракции от дисперсности (размера частиц), представлена карта режимов в плоскости: размер частиц, ширина выходного канала. Показано и физически обосновано трехкратное уменьшение критического числа ячеек в канале в сравнении с газовой детонацией, обусловленное определяющим влиянием процессов тепловой и скоростной релаксации фаз на воспламенение. Критическое отношение поперечных размеров канала для распространения детонации в смеси 3.5 мкм соответствует данным для газовой детонации. Однако для двухфазной смеси данный критерий не может быть универсальным.