Исследование нестационарных процессов горения газообразных горючих смесей в каналах

Киверин, Алексей Дмитриевич

Исследование нестационарных процессов горения газообразных горючих смесей в каналах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Киверин, Алексей Дмитриевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование нестационарных процессов горения газообразных горючих смесей в каналах»

Автореферат диссертации на тему "Исследование нестационарных процессов горения газообразных горючих смесей в каналах"

На правах рукописи

КИВЕРИН Алексей Дмитриевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ В КАНАЛАХ

Специальность 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2011

1 2 МАЙ 2011

4845974

Диссертация выполнена в Учреждении Российской академии наук Объединенном институте высоких температур РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор

Иванов Михаил Федорович.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор

Смирнов Николай Николаевич;

доктор физико-математических наук профессор

Шкадинский Константин Георгиевич.

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН.

Защита состоится И ¿ОМ9 2011 г. в ¿Л .ООит. на заседании дис-

сертационного совета Д002.40.02 при Учреждении Российской академии наук Объединенном институте высоких температур РАН, расположенном по адресу: 125412, Москва, ул. Ижорская, д. 13, стр. 2, в корпусе Л-3, в экспозиционном зале.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН. Автореферат разослан " " с* м/><?'& 2011 г.

Отзывы по автореферату в двух эюемллярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

Объединенный институт высоких температур РАН, 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена исследованию методами численного моделирования нестационарных и переходных режимов распространения волн горения в ограниченных объемах (каналах), заполненных газообразными горючими смесями.

Актуальность работы

Одной из основных задач теории горения является исследование переходных нестационарных режимов распространения пламени, что в первую очередь обусловлено задачами взрывобезопасности при хранении, транспортировке и работе с горючими смесями и задачами разработки широкого класса энергетических установок от двигателей внутреннего сгорания, включая перспективные детонационные двигатели, до камер сгорания теплоэлектроцентралей. К настоящему времени сформировались достаточно устойчивые теоретические представления о физических процессах, определяющих стационарные режимы дозвукового (медленного) горения и сверхзвуковой детонации. Однако, в реальной ситуации распространения волн горения в ограниченных объемах (будь то камера сгорания или хранилище газообразного горючего) представляет собой последовательность нестационарных режимов, обусловленных большим разнообразием физико-химических факторов.

Несмотря на то, что переходные нестационарные режимы горения являются уже более ста лет объектом интенсивных научных исследований, многие аспекты этой проблемы не получили своего окончательного решения до настоящего времени. Это в основном определяется тем фактом, что столь сложные процессы невозможно описать достаточно детально, используя аналитические оценки и результаты доступных экспериментальных методов, имеющих ограничения по пространственно-временному разрешению протекающих процессов. Остаются нерешенными многие вопросы, связанные с классическими задачами распространения пламени в ограниченных объемах (каналах и трубах) и о влиянии на нестационарное горение различных внешних и внутренних факторов. Развитые за последние 20 лет подходы с использованием численного моделирования позволяют более детально исследовать ведущие физические факторы, определяющие переходные нестационарные процессы горения. Становится возможным описать режимы горения в зависимости от состава смеси, от геометрии камеры сгорания, от взаимодействия с потоками газа и ударными волнами, возникающими в процессе развития горения в ограниченном пространстве. Настоящая диссертация посвящена исследованию закономерностей развития различных режимов распространения пламени, что определяет ее актуальность.

Полученные результаты могут быть использована для решения реальных прикладных задач.

Результаты настоящей диссертационной работы получены в рамках разрабатываемого подхода использования детализированных математических моделей для многомерных расчетов процессов горения реальных горючих смесей с учетом вязкости, сжимаемости, конвективного переноса газа, теплопроводности, многокомпонентной диффузии и выделения энергии за счет химического превращения. В качестве смесей, в которых исследуются процессы горения, выбраны водородосодержащие смеси. Это позволяет использовать результаты настоящих исследования для решения задач в области водородной энергетики и водородной безопасности.

Цель диссертационной работы

Основной целью настоящей работы является исследование методами численного моделирования механизмов развития пламени в процессе его распространения в ограниченном объеме (закрытом или полуоткрытом канале), анализ устойчивости различных режимов горения к изменению физико-химических параметров горючего и внешних условий. Для достижения целей работы были выполнены и проанализированы серии двухмерных вычислительных экспериментов в нескольких практически значимых базовых постановках:

1) распространение пламени в полуоткрытом канале от закрытого его торца;

2) распространение пламени в закрытом канале;

3) воздействие ударных волн на очаг воспламенения.

Научная новизна работы

1. Впервые нестационарные режимы горения и процессы перехода горения в детонацию исследованы методами математического моделирования с использованием табличных уравнений состояния, коэффициентов переноса и детальной химической кинетики реальных горючих смесей.

2. Выявлен и обоснован новый механизм перехода дозвукового горения в детонацию, определяемый формированием пика давления на фронте пламени.

3. На базе выявленного механизма ускорения пламени и перехода в детонацию построена детальная картина развития горения газовых смесей в закрытых каналах.

4. Дана более полная, по сравнению с приводимой в литературе, классификация режимов горения, порождаемых воздействием ударной волны на фронт пламени и приведены пиковые давления, достижимые в каждом из полученных режимов горения водородно-воздушной и водородно-кислородной смесей.

Достоверность результатов

Проведенные исследования выполнены на основе принятых в настоящее время математических моделей, отражающих фундаментальные законы горения газообразных сред. Для того, чтобы убедиться в правильном воспроизведении выбранной математической моделью, вычислительным алгоритмом и компьютерным кодом основных свойств процессов горения, были проведены тестовые расчеты, показавшие хорошее согласие результатов с имеющимися теоретическими оценками и экспериментальными данными по нормальным скоростям ламинарного горения, коэффициентам расширения, адиабатической температуре и составу продуктов горения. При расчете процесса перехода горения в детонацию было получено хорошее качественное и количественное согласие с теоретическими оценками и специально поставленными экспериментами по определению протяженности преддетонационного участка.

Научная и практическая ценность работы

Определяется новыми результатами, уточняющими картину развития нестационарных переходных процессов горения в ограниченных объемах. Сформулированные положения могут быть использованы широким кругом специалистов в области прикладной и теоретической физики горения и взрыва. Конкретные результаты могут способствовать развитию ряда новых технических подходов, связанных как с управлением эффективностью преобразования химической энергии в перспективных двигателях и энергетических установках, так и с проблемами безопасности АЭС и работ со взрывоопасными газовыми смесями.

Основные научные положения, выносимые на зашиту

1. Результаты анализа расчетов ускорения пламени, обусловленного сменой ведущих факторов, определяющих динамику процесса в полуоткрытом канале.

2. Результаты анализа расчетов развития пламени в закрытом канале.

3. Закономерности ускорения пламени и перехода горения в детонацию в высокоактивных горючих смесях.

4. Качественные закономерности развития пламени в зависимости от процентного состава горючей смеси и оттока тепла через боковые стенки канала.

5. Закономерности перехода медленного горения в детонацию при воздействии ударных волн на фронт пламени.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: XXXII, XXXIII и XXIV академических чтениях по космонавтике (Москва, 2008, 2009, 2010), XXIII и XXV международных конференциях «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус, 2008, 2010), XIV Всероссийском Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 2008), XXIV International Conference on Interaction of intense energy fluxes with matter (Эльбрус, 2009), 27th International Symposium on Shock Waves (Санкт-Петербург, 2009), 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (Минск, 2009), 10th International Conference on Fluid Control, Measurements and Visualization (Москва, 2009), 33rd International Symposium on Combustion (Пекин, Китай, 2010), 19th International Shock Interaction Symposium (Москва, 2010), 7th International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations (Санкт-Петербург, 2010), Юбилейная научная конференция, посвященная 50-летию создания ОИВТ РАН (Москва, 2010), III международная научно-техническая конференция Авиадвигатели XXI века (Москва, 2010), семинары ОИВТ РАН под руководством академика Фортова В.Е. (09.2009 и 01.2011).

Публикации

Основные научные результаты диссертации отражены в 35 научных работах, среди которых 9 статей в журналах из перечня ВАК и 26 публикаций в сборниках материалов и тезисов научных конференций.

Личный вклад автора

Вклад автора в работы, вошедшие в диссертацию, является одним из основных. Автором разработаны многие принципиальные аспекты численного моделирования переходных процессов горения и проведена большая часть компьютерных расчетов. Он принимал активное участие в валидации, верификации и модернизации компьютерной модели, постановке конкретных задач. Им были выполнены обработка и анализ полученных результатов расчетов. Автор принимал непосредственное участие в интерпретации результатов, формулировке и обосновании выводов, вошедших в диссертацию.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы; содержит 125 страниц, 2 таблицы и 54 рисунка. Список используемой литературы насчитывает 97 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и научная новизна исследований, показана научная и практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе приведена краткая историческая справка по исследованию процессов горения. Введены основные термины, используемые в специальной литературе при описании изучаемых процессов и явлений. Приведен краткий литературный обзор по имеющимся экспериментальным, теоретическим и вычислительным исследованиям в разделах физики горения и взрыва, рассматриваемых далее в диссертации. Освещены особенности численного моделирования процесса развития пламени в предварительно-перемешанной горючей смеси. Описана математическая модель и компьютерный алгоритм, используемые для проведения вычислительных экспериментов. Приведены результаты валидации и верификации компьютерного кода.

' Как показывает мировой опыт по изучению нестационарных процессов горения, экспериментальных наблюдений и аналитических оценок часто оказывается недостаточно для построения последовательной теории протекания столь сложных явлений, включающих в себя большое разнообразие режимов и механизмов их реализации. Для получения большей информации о протекании процессов нестационарного горения получаемые экспериментально и теоретически результаты в настоящее время сопровождаются постановкой вычислительных экспериментов. Существует определенный задел по численному моделированию процессов горения [1-6]. К основным недостаткам большинства существующих исследований можно отнести то, что в расчетах используется некоторая гипотетическая газообразная горючая смесь с постоянным показателем адиабаты и простейшим описанием химической кинетики одним уравнением Аррениуса. Более того физико-химические коэффициенты среды в ряде работ [2-6] специально подбираются таким образом, что вязкость смеси примерно на два порядка больше реалистичной, а толщина фронта пламени на три-четыре порядка больше ширины фронта почти всех реальных газообразных горючих смесей. Такой выбор характеристик позволяет более детально воспроизводить динамические процессы горения на относительно грубых конечно-разностных расчетных сетках. Однако, результаты, полученные при столь сильно измененных параметрах среды, естественно, дают только качественное (и возможно искаженное) представление о рассматриваемых процессах, требующее дополнительного уточнения и подтверждения. В настоящей диссертационной работе ставилась задача изучения нестационарных процессов

горения в рамках разрабатываемого подхода численного моделирования, основанного на моделях, описывающих реальные горючие смеси с учетом более детальной кинетики. При расчете уравнений состояния смеси и продуктов горения зависимости теплоемкостей смеси и удельных энтальпий от температуры задавались из теплофизических таблиц МКАГ путем интерполяции полиномами пятого порядка [7]. Коэффициенты вязкости, теплопроводности и многокомпонентной диффузии смеси в выбранной модели определялись, исходя из молекулярно-кинетической теории газов [8]. В работе [9] была предложена модель окисления водорода, учитывающая смену ведущего механизма реакции на втором цепном пределе, позволяющая проводить сквозные расчеты во всем диапазоне температур и давлений и использующая лишь девять элементарных обратимых реакций. Именно эта схема в виду ее экономичности и достаточной корректности при описании ведущих механизмов реализации была выбрана нами для проведения вычислительных экспериментов. Эта редуцированная схема неоднократно использовалась и зарекомендовала себя в серии вычислительных работ в области газодинамики горения [10, 11 и др.]. Соответствующие кинетические постоянные для расчета скоростей химических реакций были получены в работе [9]. Результаты вали-дации и верификации компьютерного кода показали достаточно хорошее согласие с имеющимися экспериментальными и теоретическими данными, что позволяет считать апробацию математической модели, численного алгоритма и компьютерного кода удовлетворительной и обосновывает их применение к решению задач в области нестационарного горения и переходных процессов.

Вторая глава посвящена исследованию процесса распространения пламени в полуоткрытом канале от закрытого его торца. Проведен детальный анализ влияния на процесс распространения пламени гидродинамической неустойчивости, изменения химического состава смеси, неравномерности потока газа перед фронтом горения, потерь тепла на боковых стенках канала.

Основным является результат по воспроизведению на вычислительном эксперименте динамики распространения пламени в полуоткрытом канале от момента воспламенения у закрытого торца до перехода волны "медленного" горения в детонацию (ПГД). Показано, что в процессе распространения в канале от закрытого его торца пламя проходит через 5 основных стадий (1-5), сменяющих друг друга и обусловленных механизмами развития неустойчивости фронта пламени и взаимодействия пламени с неравномерным потоком. В результате анализа полученной картины развития процесса (рис. 1) были детально описаны режимы реализующиеся на выделенных стадиях. Динамика фронта пламени на первой стадии определяется расширением продуктов горения, вытесняющим

фронт пламени из зоны поджига. При этом фронт пламени искривляется, порождая широкий спектр возмущений. В случае, представленном на рис. 1, искривление изначально плоского фронта и спектр его возмущений формируется за счет торможения потоков у боковых стенок канала.

Далее из-за развития гидродинамических неустойчивостей, типа неустойчивости Дарье-Ландау, и еще в большей степени из-за неравномерного распределения массовой скорости по сечению канала, от малых значений в пограничном слое у стенок до максимальных вне пограничных слоев в центре канала, поверхность фронта пламени растет. Это приводит к увеличению суммарного притока свежего горючего к фронту и, тем самым, к увеличению скорости распространения пламени, наблюдаемом на второй стадии процесса Рост скорости фронта пламени в этом случае претерпевает несколько последовательных стадий экспоненциального роста (штриховые линии на рис. I), схожих с ростом гидродинамической неустойчивости фронта на линейной стадии процесса. С развитием процесс переходит в третью стадию, на которой за счет нелинейных факторов структура фронта пламени стабилизируется, и в ней начинают преобладать длинноволновые гармоники, которые теперь растут с меньшим инкрементом, чем следует из линейной теории. Нарастание скорости фронта теперь может быть опи-

Рис. 1 (слева). Рост скорости фронта пламени (сплошная линия) и давления на фронте (штрихпу нктирная) со временем при распространении водород-кислородного пламени в канале шириной Н= 5 мм. Цифрами 1-5 отмечены стадии процесса

Рис. 2 (справа). Профили давления (сплошные линии) и температуры (штриховые) вдоль распространения пламени на разные моменты времени с интервалом 0,1 мс, начиная с момента I- 0,1 мс

Результаты вычислительных экспериментов показали, что на стадии замедления роста скорости на фронте пламени начинает интенсивно формироваться пик давления (рис. 2), что может быть объяснено особенностя-

ми генерации ударных волн движущимся фронтом. На этой стадии при скорости фронта горения, определяемой степенной зависимостью с п< 1, рождаемые гидродинамические возмущения формируются в ударную волну непосредственно вблизи поверхности фронта. Таким образом, в зону горения теперь проникает уже предварительно сжатый и нагретый газ, что при его сгорании резко повышает давление на фронте пламени. При этом ударные волны, рождаемые непосредственно перед фронтом препятствуют релаксации пикового давления к давлению в невозмущенной среде. Нарастающее давление на фронте пламени в свою очередь усиливает сжатие газа перед фронтом. Таким образом, создается самоподдерживающийся режим усиления пикового давления. Простейшая оценка показывает, что на этой стадии давление в пике должно расти по экспоненциальному закону, как это и видно из хода кривой давления на стадии 3 (см. рис. 1). В результате увеличения плотности на переднем крае фронта скорость реакций также растет, и вместе с ней синхронно увеличивается рост скорости пламени, определяя 4 стадию процесса (см. рис. 1). На этой стадии скорость распространения пламени превосходит скорость звука в невозмущенной среде вдали от фронта. При преодолении пламенем скорости звука впереди фронта формируется сверхзвуковой поток газа. Возмущения, генерируемые на фронте горения, оказываются локализованы между их источником и звуковой линией. По мере продолжения роста скорости пламени область локализации возмущений сужается, что приводит к одновременному усилению интенсивности ударной волны и пикового давления на фронте пламени. В результате рост давления на четвертой стадии превосходит экспоненциальный.

Преодоление пламенем локальной скорости звука приводит к последней, длящейся примерно 10 мкс, стадии процесса перехода от дозвукового горения к детонации (5-я стадия на рис. 1). Происходит практически слияние фронта пламени и ударной волны, ранее расположенной перед фронтом. В результате все возмущения локализуются непосредственно на фронте пламени, это создает давление на передней границе фронта пламени, превосходящее давление в точке Чепмена-Жуге детонационной волны. В результате рождается детонации-онный режим распространения сформировавшегося комплекса ударная волна-зона горения. При этом в области, где ранее существовал пик давления, формируются условия Жуге за головной ударной волной.

На основе полученных результатов можно заключить, что одним из механизмов перехода к детонации высокоактивных газовых смесей является формирование области высокого давления на фронте волны горения, стимулирующее дальнейший интенсивный рост скорости пламени после его предварительного ускорения за счет развития гидродинамических неустойчи-

востей. При этом естественный преднагрев свежей смеси перед фронтом горения и наличие «горячих точек», порождаемых наложением переотраженных ударных волн, генерируемых пламенем, практически не сказываются на ПГД в силу значительно более слабого влияния этих факторов на изменение термодинамических параметров в зоне горения. Полученные расчетные данные по ПГД хорошо согласуются с экспериментально наблюдаемыми картинами [12-14], что говорит о состоятельности построенной модели.

Одним из внутренних факторов, обеспечивающих стабильность режима распространения пламени, является присутствие в смеси нейтральной компоненты. В приведенных в диссертации результатах это можно явно наблюдать на примере водородно-воздушной смеси, в которой согласно принятой модели химической кинетики окисления водорода азот присутствует только как нейтральная компонента, не принимающая участия в процессе окисления. При этом при распространении пламени в канале, заполненном водородно-воздушной смесью, реализуется ускоренный режим с относительно небольшой степенью нарастания скорости. Экстраполяция скорости пламени на большие времена распространения зоны горения позволяет предполагать, что скорости пламени, необходимые для реализации ПГД, например для канала шириной 5 мм, могут быть достигнуты на масштабе -100 м. В виду такой оценки естественный ПГД во взятых условиях для взятой смеси маловероятен, так как в реальной ситуации потери энергии за счет оттока тепла из зоны реакции на стенки будут приводить к уменьшению скорости роста и стабилизации неус-тойчивостей. В последнем случае механизм стабилизации проявляется через охлаждение продуктов горения, торможение фронта пламени в температурном пограничном слое и, как следствие, в сужении поверхности фронта пламени, участвующей в развитии гидродинамической неустойчивости. В сочетании с другими факторами это может привести к ситуации, в которой потери тепла на стенки канала препятствуют ПГД и способствуют формированию квазистационарных режимов распространения пламени.

Сравнивая характерное время охлаждения продуктов горения тт=(Н/2)2/(6х) (х - коэффициент температуропроводности) с временем установления профиля массовой скорости перед фронтом пламени та=(Н/2)2/(26ь) (и -коэффициент кинематической вязкости), можно видеть, что для газов время установления профиля оказывается много меньше времени охлаждения [15]. Таким образом, в канале успевает установиться характерная форма фронта пламени и проявиться соответствующие механизмы его эволюции и ускорения. В дальнейшем диссипация энергии на стенках либо, когда скорость развития процессов предельно велика, не подавляя механизмов ускорения пламени, только замедляет развитие неустойчивостей и ПГД, как это показано в случае

водородно-кислородной смеси, либо, когда инкремент нарастания неустойчи-востей меньше, приводит к подавлению роста скорости пламени и выходу на квазистационарный режим, как это наблюдается в расчетах для водородно-воздушной смеси. Отметим, что полученные расчетные зависимости по протяженности преддетонационного участка в водородно-кислородной смеси (рис. 3) хорошо согласуются с теоретической оценкой [15], подтверждаемой специально поставленными экспериментами [16].

При понижении начального давления в смеси падает скорость горения, а соответственно и скорость распространения пламени. Это выражается в реализации более плавного режима ускорения пламени и задерживает ПГД. Качественное различие режимов распространения пламени в отсутствии охлаждения на стенках и при учете этого фактора представлено на рис. 4. В случае отсутствия оттока тепла через боковые стенки пламя вытягивается в потоке, что влечет запуск механизма ускорения пламени и перехода его в детонационный режим аналогично пламени, распространяющемуся при нормальном давлении. Однако, при учете охлаждения смеси в температурном пограничном слое картина развития процесса резко меняется, пламя стабилизируется, тормозится и далее распространяется в низкоскоростном стационарном режиме.

1200

1000

5воо

-600 Е?

"^400 200

' 1 у ✓ у ;

Г у 1'"

А / .• у ..•'

Н, мм

Рис. 3 (слева). Зависимость протяженности преддетонационного участка от ширины канала. Сплошная линия и серые ромбы — расчет с учетом оттока тепла, штриховая и белые квадраты- без учета оттока тепла, штрихпунктирная - решение [15]

Рис. 4 (справа). Эволюция скорости водородно-кислородного пламени при начальном давлении смеси в 0,6 атм без учета (верхняя кривая) и с учетом оттока тепла через боковые стенки в канале шириной 5 мм

Результаты второй главы опубликованы в работах [а1, а2, аЗ, а5, аб, а7,61, 62, 63, 64, 65, 66, 68, 69, 611, 612, 618, 619, 620, 622, 624].

Третья глава посвящена исследованию физических механизмов, оказывающих влияние на развитие горения в полностью закрытых объемах. Рассмотрены процесс развития пламени в условиях возвратных течений, процесс генерации ударных волн и процесс перехода в детонацию в зависимости от линейных размеров камеры.

При распространении волны горения внутри замкнутого объема реальной технической установки, заполненного горючей газообразной смесью, динамика пламени может быть достаточно сильно усложнена за счет большего разнообразия физических факторов, возникающих в условиях замкнутых пространств. Наряду с гидродинамической неустойчивостью фронт пламени подвержен воздействию волн сжатия, которые генерируются самим распространяющимся пламенем и далее неоднократно переотражаются от закрытых торцов и боковых стенок [17]. При этом пламя распространяется в условиях возвратных течений и непрерывно повышающегося давления за счет энерговыделения в замкнутом объеме. Совместное влияние неустойчивости и акустических возмущений создает достаточно сложную картину эволюции фронта пламени при его продвижения по ограниченному объему. Для анализа развивающихся в этом случае процессов была проведена серия расчетов распространения пламени в двухмерных каналах, закрытых с обоих концов. Пламя, как и в случае полуоткрытого канала, инициировалось плоским нагретым слоем вблизи одного закрытого торца канала и далее распространялось в направлении противоположного закрытого торца. При этом в достаточно протяженных каналах, значительно превышающих по длине преддетонационный участок, механизм перехода к детонации оставался тем же, что и в полуоткрытых каналах. При уменьшении расстояния между торцами на динамику пламени начинают оказывать значительное влияние волны сжатия и слабые ударные волны, сформированные в ходе ускорения фронта пламени и затем отраженные от переднего торца. На рис. 5 приведено сравнение динамики пламени в каналах различной длины. Из анализа представленных результатов можно выделить три основных пути развития процесса горения, определяемых различной протяженностью закрытых каналов, заполненных высоко химически активной смесью: распространение пламени в каналах, названных короткими, в которых возникновение детонации не происходит; в каналах умеренной протяженности, в которых переход горения в детонацию происходит в условиях возвратных течений и в каналах большей протяженности, где роль возвратных течений невелика, что делает переход к детонации таким же как в полуоткрытых каналах.

В коротких каналах (вариант 10 см на рис. 5) отраженная ударная волна успевает вернуться и пересечь фронт пламени на ранней стадии его развития (на стадии экспоненциального роста скорости), чем предотвращает создание условий для формирования детонации. В каналах умеренной протяженности (варианты 20 и 30 см на рис. 5) длина канала становится достаточной для того, чтобы отраженная от переднего торца ударная волна достигла фронта пламени, когда уже сформировалась квазистабильная структура фронта и на нем начинает образовываться пик давления. В этом случае наблюдается несколько стадий, через которые проходит торможение и дальнейший рост скорости фронта пламени. При этом пламя приближается достаточно близко к переднему закрытому торцу канала, где и происходит переход в детонацию. Первое торможение происходит при взаимодействии пламени со встречной ударной волной. Амплитуды

1000

о 5

500

-1 Г. |",-1 1 | 1 1 1 | Г-ГТ| 1 I 1 II 1 1-1 40 -■ ' 1 ' 1 1

полуоткрытый ^^ ,Л .4

» 30

1 , 20

^ 10

.......1 I , I 1 , , , 1 , , , ......

0.2 0.4

0.6 0.8 I, МС

1.2 1.4

Рис, 5. Эволюция скорости пламени в каналах шириной 5 мм и различной длины (числа соответствуют длине закрытого канала в сантиметрах)

этот момент одного порядка, причем пик на этой стадия еще не локализован на самом фронте, поэтому ударная волна стремится снести его из зоны горения, разрушая структуру, необходимую для дальнейшего ускорения пламени и перехода в детонацию. Фронт пламени тормозится и в течении некоторого времени практически не продвигается вперед за счет того, что перед ним отраженные волны формируют встречный поток сильно сжатой холодной смеси. По мере того, как ударная волна уходит к заднему торцу канала, смесь впереди фронта пламени разгружается и пламя возобновляет свое движение. За это время ударная волна отражается от заднего торца, усиливается и далее нагоняет с тыла фронт пламени. Воздействие ударной волны вызывает существенное ускорение пламени в потоке за ударной волной. Ускоренное ударной волной пламя распространяется по сжатому и нагретому ударной волной горючему, что приводит к формированию и очень быстрому росту пика давления на фронте. Таким образом, реализуется переход в детонацию по сценарию, описанному в главе 2 настоящей диссертации.

Результаты третьей главы опубликованы в работах [а4, а8, 614, 615, 616, 617, 621, 623,625,626].

В четвертой главе рассмотрена задача о взаимодействии ударной волны с пламенем в полуоткрытых каналах, заполненных стехиометрическими водо-родно-кислородной или водородно-воздушной смесями при нормальных условиях (давлении - 1 атм, температуре - 300 К). Рассмотрение проводится в постановке близкой к принятой в работах [6, 18]. Рассматривался полуоткрытый канал, заполненный газообразной горючей смесью, левый конец канала закрыт, а на противоположном открытом (правом) конце в канал входит ударная волна (УВ). Поджиг горючего задавался на расстоянии 25 калибров от закрытого торца. Фронт УВ задавался скачком термодинамических параметров на расстоянии 60 калибров от закрытого конца канала и распространялся в направлении к очагу воспламенения. Скачок параметров рассчитывался на основании соотношений Гюгонио при заданном числе Маха ударной волны. Было получено и проанализировано 6 возможных ситуаций смены режима горения детонацией в зависимости от начальной интенсивности падающей ударной волны (рис. 6). В качестве параметра, характеризующего степень взаимодействия, выбиралось максимальное давление, возникающее при взаимодействии пламени с ударной волной.

Рис. 6. Реализованные на вычислительном эксперименте сценарии развития ПГД в условиях взаимодействия пламени с ударной волной: I - ПГД развивается за падающей ударной волной (IS). 11 - ПГД реализуется при взаимодействии пламени со встречной отраженной ударной волной. 111 - ПГД развивается за прошедшей через пламя отраженной ударной волной {RS), в том числе при генерации "горячей точки" (режим 1Пс). Для более четкого выделения неоднородностей течений, поверхностей пламен и ударных волн на рисунке представлена величина градиента плотности. Наиболее темный цвет соответствует большему градиенту плотности

На рис. 6 отображены все полученные в расчетах случаи возникновения "взрывной" смены режима, вызванные взаимодействием ударной волны с пламенем. "Взрыв" может произойти в результате значительного ускорения пламени после взаимодействия с падающей или отраженной ударной волной (сценарии 1а, Ша). Несколько другой сценарий реализуется при больших ин-тенсивностях ударной волны. В этом случае можно говорить о непосредственном переходе ударной волны при взаимодействии с фронтом пламени в детонацию (сценарии Ib, IUb). Помимо этого возможен сценарий, по которому условия для интенсивного локального энерговыделения реализуются между ударной волной и фронтом пламени на значительном расстоянии как от ударной волны так и от фронта пламени (сценарий 111с) (этот сценарий наблюдался в достаточно узком диапазоне интенсивностей ударной волны и только в менее активной водородно-воздушной смеси в варианте моделирования УВ импульсом бесконечной протяженности). Из представленных сценариев выделим сценарий II, где ПГД в результате взаимодействия сильно ускоренного пламени с бегущей ему навстречу отраженной ударной волной в непосредственной близости от закрытого торца. В этом случае "взрыв" происходит в небольшой области между фронтом пламени и торцом. Результатом такого «взрыва» является генерация наиболее высокого давления из всех наблюдаемых в остальных сценариях возбуждения детонации приходящей из вне ударной волной (рис. 7).

Сравнение процессов ПГД в двух выбранных горючих смесях с близким химическим составом показало качественное сходство условий реализации различных сценариев ударно-индуцированной смены режимов горения. Пиковые давления в обеих выбранных горючих смесях существенно зависили от давления в запускающих процесс УВ. Принципиальным при этом являлся тот факт, что эта зависимость немонотонна и имеются интервалы интенсивности падающей УВ, в которых пиковое давление уменьшается с ростом интенсивности УВ. Расчеты показали, что достигаемые давления могут более чем в 100-200 раз превосходить давление в начальной УВ. При этом более опасными с точки зрения возникновения высоких давлений являются ситуации, когда в канал входят УВ с интенсивностью существенно меньшей, чем необходимо для прямого возбуждения детонации ударной волной. Так для водородно-кислородной смеси УВ, вызывающая наибольшее давление во «взрыве» (сценарий II), имеет давление в десять раз меньшее, чем в волне, приводящей к прямому инициированию детонации. На рис. 7 приведена зависимость максимальных давлений от чисел Маха падающих ударных волн для различных сценариев развития ПГД в результате ударно-волнового воздействия на очаг пламени.

Рис. 7. Максимальные давления, возникающие при возможных сценариях развития ПГД (отмеченных соответствующими значками) в условиях взаимодействия пламени с ударной волной в зависимости от чисел Маха внешней ударной волны

Выявленная на вычислительном эксперименте резкая зависимость пиковых давлений от интенсивности падающей УВ позволяет предвидеть нестабильность результатов воздействия УВ на зону горения газообразных смесей в реальных условиях. Этот фактор может быть принципиальным при разработке критериев и систем защиты от аварийных взрывов.

При взаимодействии пламени с ударной волной ПГД практически во всем диапазоне интенсивностей падающей ударной волны реализуется в ситуации, аналогичной наблюдаемой в закрытом объеме, когда УВ выходит с поверхности фронта пламени в свежую горючую смесь (сценарии la, Ib, Illa, Illb). В случае меньших интенсивностей ударной волны (сценарии la, Illa) ПГД реализуется на фронте пламени по рассмотренному в главах 2 и 3 сценарию через рост пика давления на фронте пламени. В случае больших интенсивностей (сценарии Ib, Illb) □ ПГД реализуется непосредственно на фронте ударной волны, пересекающей фронт пламени. В последней ситуации сама сторонняя ударная волна, пересекая область интенсивного энерговыделения, совместно с фронтом пламени непосредственно формирует детонационную волну.

В отличии от перечисленных выше режимов, ПГД по сценарию II реализуется в результате взаимодействия фронта пламени с отраженной от заднего торца и идущей ему навстречу УВ. В этой ситуации также возникал пик давления, локализованный в зоне горения и распространяющийся со сверхзвуковой скоростью. Здесь точка максимального давления представляет собой точку пересечения трех ударных волн (падающей, преломленной и отраженной), что определяет максимальное давление в ней. Проведенное выше рассмотрение

различных сценариев ПГД подтверждает, что основным механизмом перехода в детонацию для наиболее химически-активных газообразных горючих (таких как водород-кислород) является формирование пика давления, локализованного в зоне горения и распространяющегося с локально сверхзвуковой скоростью.

В то же время наши исследования показали, что наиболее часто встречающийся в работах по ПГД сценарий возникновения детонации в результате объемного взрыва в "горячей точке" (см. например [2, 6 и др.]) реализовывался только при наложении нескольких факторов, главными из которых являются торможение и дополнительный разогрев распространяющихся от пламени волн сжатия направленным навстречу потоком от сторонней УВ, что соответствует в наших расчетах сценарию Шс. В этом случае фронт пламени и его структура непосредственно не участвуют в формировании детонационной волны. Этот механизм реализовывался только при достаточно большом предварительном сжатии и прогреве смеси ударными волнами (-1400-1500 К). Развитие детонации в таком режиме ведет к возникновению очень высоких давлений. По-видимому, вероятность такого сценария развития детонации растет с переходом к менее активным смесям (медленным углеводородным смесям [1]).

Результаты четвертой главы опубликованы в работах [а9, 67,610, 613].

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Численное моделирование процессов неустойчивости горения и перехода горения в детонацию проведено с использованием табличных уравнений состояния, коэффициентов переноса и детальной химической кинетики реальных горючих смесей.

2. На основе анализа результатов численного моделирования показано, что механизмом перехода к детонации высокоактивных газовых смесей в каналах является формирование области высокого давления на фронте волны горения, стимулирующее дальнейший интенсивный рост скорости пламени после его предварительного ускорения за счет развития гидродинамических неустойчивостей, что влечет за собой формирование детонационной волны. Предложенный механизм ПГД определяет временной ход скорости фронта пламени, хорошо согласующийся с наблюдаемым в лабораторных экспериментах.

3. На примере сравнения водородно-кислородной и водородно-воздушной смесей выявлена качественная зависимость динамики пламени и структуры его фронта от состава горючей смеси.

4. Выделены ситуации, в которых потери тепла на стенки канала препятствуют ПГД и приводят к формированию квазистационарных режимов распространения пламени.

5. Установлено, когда волны сжатия и слабые У В, возникающие при распространении пламени в закрытых каналах, могут способствовать и когда препятствовать ПГД. Показана связь реализации ПГД с длиной канала.

6. Выделены и описаны (ранее не рассматриваемые) сценарии возникновения ПГД в результате взаимодействия пламени с УВ.

7. Показано, что воздействие УВ является только запускающим механизмом ПГД, а сам переход в детонацию происходит по ранее рассмотренному механизму (см. пункт 2 заключения).

8. Обнаружена немонотонная зависимость пикового давления при ПГД от интенсивности падающей УВ. Определены режимы возникновения ПГД в водородно-кислородной и водородно-воздушной смеси, для которых пиковые давления имеют наибольшие значения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

Статьи в журналах из перечня ВАК:

al Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Об одном способе ускорения перехода от дефлаграции к детонации в газообразных смесях // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Естественные науки». 2008. № 4. С. 38-45. а2 Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Численное моделирование ускорения пламени путем дополнительного энерговложения перед фронтом горения // Химическая Физика. 2009. № 5. С. 35-39. аЗ Иванов М.Ф., Киверин АД. Влияние состава горючей смеси на развитие неустойчивости фронта пламени // Химическая Физика. 2010. Т. 29. № 2. С. 48-54.

а4 Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Рыков Ю.В. Особенности распространения пламени в замкнутых объемах // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Естественные науки» 2010. № 1. С. 21-38. а5 Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Либерман М.А., Фортов В.Е. Механизм ускорения пламени и переход в детонацию водородно-кислородной смеси в канале // Доклады Академии наук. 2010. Т. 434. № 6. С. 756-759. аб Liberman М.А., Ivanov M.F., Kiverin A.D., Kuznetsov M.S., Chukalovsky A.A.. Rakhimova Т. V. Deflagration-to-detonation transition in highly reactive combustible mixtures//Acta Astronáutica. 2010. 67. P. 688-701. a7 Либерман M.A., Иванов Ы.Ф., Киверин А.Д., Кузнецов M.C., Рахимова Т.В., Чукаловский А.А. О механизме перехода медленного горения в детонацию в водородно-кислородной смеси // ЖЭТФ. 2010. Т. 138, Вып. 4(10). С. 772-788.

dS, Голуб B.B., Бакланов Д.И., Головастое C.B., Иванов КВ., Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Володин В.В. Воздействие акустического поля на развитие пламени и переход в детонацию // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. №6. С. 901-907.

а9 Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A. Computational study of the external shock-wave impact on the combustion regime // Combustion Science Technology. 2010. V. 182. Iss. 11, P. 1683 — 1692.

Статьи в сборниках материалов и тезисов научных конференции

опубликованы следующие работы:

61 Киверин А.Д. Численный анализ инициирования перехода от дефлаграции к детонации путем дополнительного импульса энерговложения // Студенческий научный вестник. М.: HTA «АПФН», 2007. T. IV. Ч. 2. С. 117-118.

62 Киверин АД. Численный анализ ускорения пламени при горении реальных топлив путем дополнительного энерговложения // Студенческий научный вестник. M.: HTA «АПФН», 2008. Т. 6. Ч. 2. С. 75-76.

63 Иванов М.Ф., Киверин А:Д, Шамардин В.В., Гальбурт В.А. Численное моделирование ускорения перехода горения в детонацию путем воздействия на фронт пламени / XXXII академические чтения по космонавтике. М., 29-31 января, 2008. С. 182-183.

64 Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Шамардин В.В. Численный анализ ускорения пламени при горении реальных топлив путём дополнительного энерговложения / XXIII международная конференция «Уравнения состояния вещества». 1-6 марта, 2008, Эльбрус, С. 118.

65 Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Ускорение пламени при слабом дополнительном импульсном вложении энергии / XIV Симпозиум по горению и взрыву. 13-17 октября, 2008, Черноголовка, С. 75.

66 Киверин АД. Влияние состава горючей смеси на эволюцию пламени // Актуальные проблемы фундаментальных наук. М.: НИИ PJIМГТУ, 2009. С. 102-104.

67 Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A., Petukhov V.A. Influence of the shock wave impact on the combustion regimes // Physics of Extreme States of Matter. Chernogolovka. 2009. P. 135-137.

68 Ivanov M.F., Kiverin A.D. Combustion of explosive mixtures of various composition H Physics of Extreme States of Matter. Chernogolovka. 2009. P. 137140.

69 Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Развитие гидродинамической неустойчивости фронта горения реальных водородосодержащих смесей /

XXXIII академические чтения по космонавтике. М., 26-30 января, 2009.

С. 181-182.

6\0 Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A., Petukhov V.A. Influence of the shock wave impact on the combustion regimes / XXIV International Conference on Interaction of intense energy fluxes with matter. 2009. Elbrus. P. 114^

611 Ivanov M.F., Kiverin A.D. Combustion of explosive mixtures of various composition / XXIV International Conference on Interaction of intense energy fluxes with matter. 2009. Elbrus. P. 115.

612Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A. Explosive mixture composition influence on flame evolution / 27-th International Symposium on Shock Waves. 19-24 july, 2009, St.Petersburg, P.46.

б 13 Kiverin A., Ivanov M., Galburt V. Computational study on the external shockwave impact on the combustion regime / 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. 27-31 july, 2009, Minsk, Belarus, P. 112. P#035.

614Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A. Hydrogen combustion regimes in confined volume / 10th International Conference on Fluid Control, Measurements and Visualization. 17-21 august, 2009, Moscow, Russia. P#228.

615Ivanov M.F., Kiverin A.D., Rikov Yu.V. Flame evolution within closed volumes II Physics of Extreme States of Matter. Chernogolovka. 2010, P. 115118.

616Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Рыков Ю.В. Развитие процесса горения в закрытых объемах / XXXIV академические чтения по космонавтике. М., 25-29 января, 2010. С. 188.

617Ivanov M.F., Kiverin A.D., Rikov Yu.V. Flame evolution within closed volumes / XXV International Conference on Equations of state for matter. 2010. Elbrus. P. 92-93.

б 18Ivanov M.F., Kiverin A.D. Flame in channel propagation regimes: mixture chemistry and heat outflow factors / XXV International Conference on Equations of state for matter. 2010. Elbrus. P. 93-94.

619Kiverin A.D., Kuznetsov M.S., Chukalovsky A.A. Flame acceleration in channels and mechanism of the deflagration-to-detonation transition in highly reactive combustible mixtures / 33rd Internationa] Symposium on Combustion. 1-6 august, 2010, Beijing, China. W4P117.

620 Chukalovsky A.A., Kuznetsov M.S., Kiverin A.D. Modeling of the deflagration-to-detonation transition experiments in hydrogen-oxygen and ethylene-oxygen mixtures / 33rd International Symposium on Combustion. 1-6 august, 2010, Beijing, China. W4P124.

621 Gohib V.V., Baklanov D.I., Golovastov S.V., Ivanov K.V., Ivanov M.F., Kiverin A.D., Volodin V.V. Acoustic field influence on flame propagation and transition to detonation / 33rd International Symposium on Combustion. 1-6 august, 2010, Beijing, China. W4P120.

622Ivanov M.F., Kiverin A.D. Natural limit to the existence of deflagration regime in gaseous combustion within channels and tubes / 19th International Shock Interaction Symposium. 31 august - 3 September, 2010, Moscow, Russia.

623Ivanov M.F., Kiverin A.D. Transient Combustion regimes in closed channels / 7th International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations. 4-8 October, 2010, St.-Petersburg, Russia. P. 6.

624Иванов М.Ф., Каверин А.Д. Самоподдерживаемый режим ускорения пламени и переход в детонацию / Юбилейная научная конференция, посвященная 50-летию создания ОИВТ РАН. 21 октября, 2010, Москва, Россия. С. 1402-1404.

625Голуб В.В., Бакланов Д.И., Володин В.В., Головастое С.В., Иванов К.В., Иванов М.Ф., Киверин А.Д. Влияние акустических полей на переход горения в детонацию / Юбилейная научная конференция, посвященная 50-летию создания ОИВТ РАН. 21 октября, 2010, Москва, Россия. С. 167-169.

626 Иванов М.Ф., Киверин А.Д. Переход горения в детонацию в закрытых каналах / Авиадвигатели XXI века. 20 ноября - 3 декабря, 2010, Москва, Россия. С. 265-268.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ В АВТОРЕФЕРАТЕ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Smirnov N.N., Panfilov I.I. Deflagration to detonation transition in combustible gas mixtures U Combustion Flame. 1995. № 101. P. 91-100.

2. Kagan L., Sivashinsky G. The transition from deflagration to detonation in thin channels // Combustion flame. 2003. № 134. P. 389-397.

3. Liberman M.A., Ivanov M.F., PeilO.E., Valiev D.M., Eriksson L.-E. Numerical studies of curved stationary flames in wide tubes // Combust.Theory and Modelling. 2003. V. 7. P. 653-676.

4. Liberman, M.A., Sivashinsky, G.I., Valiev, D.M., Ericsson, L.-E. Numerical Simulation of deflagration-to-detonation transition:The Role of Hydrodynamic Instability // The international Journal of transport phenomena. 2006. № 8(3), P. 253-276.

5. Akkerman V., Bychkov V., Petchenko A., Eriksson L.-E. Accelerating flames in cylindrical tubes with nonslip at the walls // Combustion Flame. 2006. V. 145. P. 206-219.

6. Oran E.S., Gamezo V.N. Origins of the deflagration-to-detonation transition in gas-phase combustion // Combust. Flame. 2007. № 148. P. 4-47.

7. Slull D.R., Prophet H. Thermochemical Tables. 2nd ed. - Washington: Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1971.

8. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд. Иностранной Литературы, 1961.

9. Бохон Ю.А., Галъбурт В.А., Гостинцев Ю.А. и др. Развитие взрыва газовой смеси за ударными волнами. Препринт ИВТАН № 2-416. - М., 1998. 59 с.

Ю.Баженова Т.В., Брагин М.В., Голуб В.В., Иванов М.Ф. Самовоспламенение горючего газа при импульсном истечении его в окислительную среду // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32. Вып. 6. С. 77-82

11..Галъбурт В.А. Иванов М.Ф., Петухов В.А. Механизмы формирования сверхвысоких давлений при распространении взрывных волн в конических полостях // Теплофизика высоких температур. 2008. Т. 46. № 6. С. 937-943.

12.Salamandra, G.D., Bazhenova, T.Y., Naboko, I.M. Formation of detonation wave during combustion of gas in combustion tube // Proc. Combust. Inst. 1959. №7. P. 851.

13.Urtiew P., Oppenheim A. K. Experimental observations of the transition to detonation in an explosive gas // Proc. Roy. Soc. Lond. 1966. Ser. A. V. 295. P. 13.

\AXuznetsov, M., Alekseev, K, Matsukov, I., Dorofeev, S. DDT in a smooth tube filled with a hydrogen-oxygen mixture // Shock Waves. 2005. № 14. P. 205215.

15.Зельдович Я.Б. К теории возникновения детонации в газах // ЖТФ. 1947. Т. 17. Вып. 1.С. 3-26.

\6.BoUinger, L.E. Experimental detonation velocities and induction distances in hydrogen mixtures // AIAA J. 1964. № 2. V. 1. P. 131-133.

M.Gonzalez M. Acoustic instability of a premixed flame propagation in a tube // Combust. Flame. 1996. V.107. P. 245-259.

M.Thomas G.O., Bambrey R.J., Brown C.J. Experimental observations of flame acceleration and transition to detonation following shock-flame interaction // Combust. Theory and Modeling. 2001. № 5. P. 574-594.

Киверип Алексей Дмитриевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ В КАНАЛАХ

Автореферат

Формат 60x84/16 Усл.-печ.л. 1,39 Бесплатно

ОИВТ РАН. 125412, Москва, Ижорская ул., 13, стр. 2 24

Подписано в печать 11.04.2011

Печать офсетная Уч.-изд.л. 1,5

Тираж 100 экз. Заказ № 70

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Киверин, Алексей Дмитриевич

Введение

Глава 1 - Математическая модель и особенности численного моделирования нестационарных процессов горения газообразных смесей]

1.1 Основные положения газодинамики горения

Стационарные режимы горения: дефлаграг{ия и детонация

Переходные прог(ессы горения

1.2 Математическая модель горения предварительно-перемешанных смесей

Газодинамическая модель горения

Процессы молекулярного переноса

Учет протекания химических реакций

Численная реализация математической модели

Начальные и граничные условия

Валидацш и верификация математической модели и компьютерного кода

Глава 2 - Развитие горения в полуоткрытых каналах

2.1 Неустойчивость фронта пламени в каналах без учета взаимодействия потока со стенками

2.2 Неустойчивость фронта пламени в каналах с учетом взаимодействия потока со стенками

2.3 Переход горения в детонацию

2.4 Устойчивость волны горения

2.5 Неадиабатические пламена

2.6 Основные результаты

Глава 3 - Особенности распространения пламени в закрытых объемах

3.1 Динамика пламени в закрытом канале

3.2 Переход горения в детонацию в закрытых объемах

Развитие пламени в коротких каналах

Развитие пламени в каналах умеренной протяженности

3.3 Основные результаты

Глава 4 - Смена режимов горения в результате воздействия ударной волны на зону горения

4.1 Постановка задачи

4.2 Классификация сценариев развития процесса и механизмы перехода в детонацию

Классификация сценариев развития процесса

Механизмы перехода в детонацию

4.3 Основные результатыП

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование нестационарных процессов горения газообразных горючих смесей в каналах"

Актуальность работы

Одной из основных задач теории горения является исследование переходных нестационарных режимов распространения пламени, что в первую очередь обусловлено задачами взрывобезопасности при хранении, транспортировке и работе с горючими смесями и задачами разработки широкого класса энергетических установок от двигателей внутреннего сгорания, включая перспективные детонационные двигатели, до камер сгорания теплоэлектроцентралей. К настоящему времени сформировались достаточно устойчивые теоретические представления о физических процессах, определяющих стационарные режимы дозвукового (медленного) горения и сверхзвуковой детонации. Однако, в реальной ситуации распространения- волн горения в ограниченных объемах (будь то камера сгорания или хранилище газообразного горючего) представляет собой последовательность нестационарных режимов, обусловленных большим разнообразием физико-химических факторов.

Несмотря на то, что переходные нестационарные режимы горения являются уже более ста лет объектом интенсивных научных исследований, многие аспекты этой проблемы не получили своего окончательного решения до настоящего времени. Это в основном определяется тем фактом, что столь сложные процессы не возможно описать достаточно детально, используя аналитические оценки и результаты доступных экспериментальных методов, имеющих ограничения по пространственно-временному разрешению протекающих процессов. Остаются нерешенными многие вопросы, связанные с классическими задачами распространения пламени в ограниченных объемах каналах и трубах) и о влиянии на нестационарное горение различных 4 внешних и внутренних факторов. Развитые за последние 20 лет подходы с использованием численного моделирования позволяют более детально исследовать ведущие физические факторы, определяющие переходные нестационарные процессы горения. Становится возможным описать режимы горения в зависимости от состава смеси, от геометрии камеры сгорания, от взаимодействия с потоками газа и ударными волнами, возникающими в процессе развития горения в ограниченном пространстве. Настоящая диссертация посвящена исследованию закономерностей развития различных режимов распространения пламени, что определяет ее актуальность. Полученные результаты могут быть использована для решения реальных прикладных задач.

Результаты настоящей диссертационной работы получены в рамках разрабатываемого подхода использования детализированных математических моделей для многомерных расчетов процессов горения реальных горючих смесей с учетом вязкости, сжимаемости, конвективного переноса газа, теплопроводности, многокомпонентной диффузии и выделения энергии за счет химического превращения. В качестве смесей, в которых исследуются процессы горения, выбраны водородосодержащие смеси. Это позволяет использовать результаты настоящих исследования для решения задач в области, водородной энергетики и водородной безопасности.

Цель диссертационной работы

1) распространение пламени в полуоткрытом канале от закрытого его торца;

2) распространение пламени в закрытом канале;

3) воздействие ударных волн на очаг воспламенения.

Научная новизна работы 1

Достоверность результатов

Проведенные исследования выполнены на основе принятых в настоящее время математических моделей, отражающих фундаментальные законы горения газообразных сред. Для того, чтобы убедиться в правильном воспроизведении выбранной математической моделью, вычислительным ' алгоритмом и компьютерным кодом основных свойств процессов горения, были проведены тестовые расчеты, показавшие хорошее согласие результатов с имеющимися теоретическими оценками и экспериментальными данными по нормальным скоростям ламинарного горения, коэффициентам расширения, адиабатической температуре и составу продуктов горения. При расчете процесса перехода горения в детонацию было получено хорошее качественное и количественное согласие с теоретическими оценками и специально поставленными экспериментами по определению протяженности преддетонационного участка.

Научная и практическая ценность работы

Основные научные положения, выносимые на защиту

2. Результаты анализа расчетов развития пламени в закрытом канале.

3. Закономерности ускорения пламени и перехода горения в детонацию в высокоактивных горючих смесях.

5. Закономерности перехода медленного горения в детонацию при воздействии ударных волн на фронт пламени.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: ХХХП,

XXXIII и XXIV академических чтениях по космонавтике (Москва, 2008, 2009, 2010), XXIII и XXV международных конференциях «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус, 2008, 2010), XIV Всероссийском Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 2008), XXIV International Conference on Interaction of intense energy fluxes with matter (Эльбрус, 2009), 27th International Symposium on Shock Waves (Санкт-Петербург, 2009), 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (Минск, 2009), 10th International Conference on Fluid Control, Measurements and Visualization (Москва, 2009), 33rd International Symposium on Combustion (Пекин, Китай, 2010), 19th International Shock Interaction Symposium (Москва, 2010), 7th International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations (Санкт-Петербург, 2010), Юбилейная научная конференция, посвященная 50-летию создания ОИВТ РАН (Москва, 2010), III международная научно-техническая конференция Авиадвигатели XXI века (Москва, 2010), семинары ОИВТ РАН под руководством академика Фортова В.Е. (09.2009 и 01.2011).

Публикации

Статьи в журналах из перечня ВАК:

I. Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Об одном способе ускорения перехода от дефлаграции к детонации в газообразных смесях.// Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Естественные науки». 2008. №4. С. 38-45. II. Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Численное моделирование ускорения пламени путем дополнительного энерговложения перед фронтом горения.//Химическая Физика. 2009. №5. С. 35-39. Ш. Иванов М.Ф., Киверин А.Д. Влияние состава горючей смеси на развитие неустойчивости фронта пламени.// Химическая Физика. 2010. Т.29. №2. С. 48-54.

IV. Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Рыков Ю.В. Особенности распространения пламени в замкнутых объемах.// Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Естественные науки» 2010. №1. С.21-38.

V. Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Либерман М.А., Фортов В.Е. Механизм ускорения пламени и переход в детонацию водородно-кислородной смеси в канале.// Доклады Академии наук. 2010. Т.434. №6. С. 756-759. VI. Liberman М.А., Ivanov M.F., Kiverin A.D., Kuznetsov M.S., Chukalovsky A.A., Rakhimova Т. V. Deflagration-to-detonation transition in highly reactive combustible mixtures.// Acta Astronáutica. 2010. 67. P. 688-701. VII. Либерман M.A., Иванов М.Ф., Киверин АД., Кузнецов М.С., Рахимова Т.В., Чукаловский А.А. О механизме перехода медленного горения в детонацию в водородно-кислородной смеси.// ЖЭТФ. 2010. Т. 138, Вып. 4(10). С. 772-788.

VIII. Голуб В.В., Бакланов Д. И, Головастое С.В., Иванов КВ., Иванов М.Ф., Киверин АД., Володин В.В. Воздействие акустического поля на развитие пламени и переход в детонацию.// Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. №6. С. 901-907. IX. Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A. Computational study of the external shock-wave impact on the combustión regime.// Combustión Science Technology. 2010. V. 182. Iss. 11, P. 1683 — 1692.

Статьи в сборниках материалов и тезисов научных конференций опубликованы следующие работы:

1. Киверин АД. Численный анализ инициирования перехода от дефлаграции к детонации путем дополнительного импульса энерговложения./ Студенческий научный вестник М.: НТА «АПФН», 2007, Т. IV, Часть 2, С. 117-118.

2. Киверин АД. Численный анализ ускорения пламени при горении реальных топлив путем дополнительного энерговложения./

Студенческий научный вестник М.: НТА «АПФН», 2008. Т. 6. Часть 2, С. 75-76.

3. Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Шамардин В.В., Галъбурт В.А. Численное моделирование ускорения перехода горения в детонацию путем воздействия на фронт пламени./ XXXII академические чтения по космонавтике. 29-31 января, 2008, Москва, С. 182-183.

4. Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Шамардин В.В. Численный анализ ускорения пламени при горении реальных топлив путём дополнительного энерговложения./ XX3II международная конференция «Уравнения состояния вещества». 1-6 марта, 2008, Эльбрус, С. 118.

5. Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Галъбурт В.А. Ускорение пламени при слабом дополнительном импульсном вложении энергии./ XIV Симпозиум по горению и взрыву. 13-17 октября, 2008, Черноголовка, С. 75.

6. Киверин АД. Влияние состава горючей смсеи на эволюцию пламени.// Актуальные проблемы фундаментальных наук. М.: НИИ PJI МГТУ 2009. С. 102-104.

7. Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A., Petukhov V.A. Influence of the shock wave impact on the combustion regimes.// Physics of Extreme States of Matter. Chernogolovka. 2009. P. 135-137.

8. Ivanov M.F., Kiverin A.D. Combustion of explosive mixtures of various composition.// Physics of Extreme States of Matter. Chernogolovka. 2009. P. 137-140.

9. Иванов М.Ф., Киверин АД., Галъбурт В.А. Развитие гидродинамической неустойчивости фронта горения реальных водородо-содержащих смесей./ XXXIII академические чтения по космонавтике. 26-30 января, 2009, Москва, С. 181-182.

10.Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A., Petukhov V.A. Influence of the shock wave impact on the combustion regimes./ XXIV International f Conference on Interaction of intense energy fluxes with matter. 2009.

Elbrus. P. 114. i !

11 Jvanov M.F., Kiverin A.D. Combustion of explosive mixtures of various composition./ XXIV International Conference on Interaction of intense energy fluxes with matter. 2009. Elbrus. P. 115.

2.Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A. Explosive mixture composition influence on flame evolution./ 27-th International Symposium on Shock Waves. 19-24 july, 2009, St.Petersburg, P.46.

Yi.Kiverin A., Ivanov M., Galburt V. Computational study on the external shock-wave impact on the combustion regime./ 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. 27-31 july, 2009, Minsk, Belarus, P.l 12. P#035.

14.Ivanov M.F., Kiverin A.D., Galburt V.A. Hydrogen combustion regimes in confined volume./ 10th International Conference on Fluid Control, Measurements and Visualization. 17-21 august, 2009, Moscow, Russia. P#228.

15.Ivanov M.F., Kiverin A.D., Rikov Yu. V. Flame evolution within closed volumes.// Physics of Extreme States of Matter. Chernogolovka. 2010, P. 115-118.

1 б.Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Рыков Ю.В. Развитие процесса горения в закрытых объемах./ XXXIV академические чтения по космонавтике. 25-29 января, 2010, Москва.

П.Ivanov M.F., Kiverin A.D., Rikov Yu. V. Flame evolution within closed volumes./ XXV International Conference on Equations of state for matter. 2010. Elbrus. P. 92-93.

18.Ivanov M.F., Kiverin A.D. Flame in channel propagation regimes: mixture chemistry and heat outflow factors./ XXV International Conference on Equations of state for matter. 2010. Elbrus. P. 93-94.

19.Kiverin A.D., Kuznetsov M.S., Chukalovsky A.A. Flame acceleration in channels and mechanism of the deflagration-to-detonation transition in highly reactive combustible mixtures./ 33rd International Symposium on Combustion. 1-6 august, 2010, Beijing, China. W4P117.

20.Chukalovsky A.A., Kuznetsov M.S., Kiverin A.D. Modeling of the deflagration-to-detonation transition experiments in hydrogen-oxygen and ethylene-oxygen mixtures./ 33rd International Symposium on Combustion. 1-6 august, 2010, Beijing, China. W4P124. ll.Golub V.V., Baklanov D.I., Golovastov S. V., Ivanov К. V., Ivcmov M.F., Kiverin A.D., Volodin V. V. Acoustic field influence on flame propagation and transition to detonation./ 33rd International Symposium on Combustion. 1-6 august, 2010, Beijing, China. W4P120. 22.Ivanov M.F., Kiverin A.D. Natural limit to the existence of deflagration regime in gaseous combustion within channels and tubes./ 19th International Shock Interaction Symposium. 31 august - 3 September, 2010, Moscow, Russia. 23.Ivanov M.F., Kiverin A.D. Transient Combustion regimes in closed channels./ 7th International Colloquium on Pulsed and Continuous Detonations. 4-8 october, 2010, St.-Petersburg, Russia.

24.Иванов М.Ф., Киверин А.Д. Самоподдерживаемый режим ускорения пламени и переход в детонацию./ Юбилейная научная конференция, посвященная 50-летию создания ОИВТ РАН. 21 октября, 2010, Москва, Россия.

25.Голуб В.В., Бакланов Д.И., Володин В.В., Головастое С.В., Иванов К.В., Иванов М.Ф., Киверин АД. Влияние акустических полей на переход горения в детонацию./ Юбилейная научная конференция, посвященная 50-летию создания ОИВТ РАН. 21 октября, 2010, Москва, Россия.

26.Иванов М.Ф., Киверин АД. Переход горения в детонацию в закрытых каналах./ Авиадвигатели XXI века. 20 ноября - 3 декабря, 2010, Москва, Россия.

Личный вклад автора

12 результатов расчетов. Автор принимал непосредственное участие в интерпретации результатов, формулировке и обосновании выводов, вошедших в диссертацию.

Структура и объем диссертации

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

4.3 Основные результаты,

При воздействии; ударных волн различной интенсивности на уже существующий очаг горения водородно-воздушной или водородно-кислородной смеси в прямоугольном канале методами численного моделирования были получены достаточно большие давления, во много раз превышающие давления в падающей ударной волне. Максимально высокие давления в этом случае возникали в результате смены режима «медленного» горения на стадию «взрывного» выделения энергии с последующим переходом на нестационарную стадию пересжатой детонации. Сравнение процессов ПГД в двух выбранных горючих смесях с близким химическим составом показало качественное сходство условий реализации различных сценариев ударно-индуцированной смены режимов горения. Пиковые давления в обеих выбранных горючих смесях существенно зависили от давления в запускающих процесс УВ. Принципиальным при этом являлся тот факт, что эта зависимость немонотонна и имеются интервалы интенсивности падающей УВ, в которых пиковое давление уменьшается с ростом интенсивности УВ. Расчеты показали, что достигаемые давления могут более чем в 100-200 раз превосходить давление в начальной УВ: При этом более опасными с точки зрения возникновения высоких давлений являются ситуации, когда в канал входят УВ с интенсивностью существенно меньшей, чем необходимо для прямого возбуждения детонации ударной волной. Так для водородно-кислородной смеси УВ, вызывающая наибольшее давление во «взрыве» (сценарий Ша), имеет давление в десять раз меньшее, чем в волне, приводящей к прямому инициированию детонации.

Выявленная на вычислительном эксперименте возникающая в довольно узком интервале чисел Маха резкая зависимость пиковых давлений от интенсивности падающей УВ позволяет ожидать нестабильность результатов воздействия УВ на зону горения газообразных смесей в реальных условиях. Этот фактор может быть принципиальным при разработке критериев и систем защиты от аварийных взрывов.

Детальный анализ динамики ПГД, развивающегося в разных режимах, показал, что наиболее общим механизмом ПГД (по крайней мере в наиболее химически активных средах) представляется именно сценарий локализации в зоне реакции пика давления, распространяющегося со сверхзвуковой скоростью. Сценарий перехода к детонации по механизму формирования "горячих точек" впереди пламени наблюдался в относительно узком диапазоне начальных условий. Этот механизм реализовывался только при достаточно большом предварительном сжатии и прогреве смеси (-1400-1500К) и был сродни тепловому взрыву с очень быстрым локальным энерговыделением, ведущем к формированию детонации, которая в столь сжатой смеси обладает большой степенью пересжатия. Развитие детонации в таком режиме ведет к возникновению очень высоких давлений. По-видимому вероятность такого сценария развития детонации растет с переходом к менее активным смесям (медленным углеводородным смесям [28, 35]).

Заключение

В заключение сформулируем основные результаты работы:

1. Численное моделирование процессов неустойчивости горения и перехода горения в детонацию проведено с использованием табличных V уравнений состояния, коэффициентов переноса и детальной химической кинетики реальных горючих смесей.

2. На основе анализа результатов численного моделирования показано, I что механизмом перехода к детонации высокоактивных газовых смесей в каналах является формирование области высокого давления на фронте волны горения, стимулирующее дальнейший интенсивный рост скорости пламени после его предварительного ускорения за счет развития гидродинамических неустойчивостей, что влечет за собой формирование детонационной волны. Предложенный механизм ПГД

1 определяет временной ход скорости фронта пламени, хорошо согласующийся с наблюдаемым в лабораторных экспериментах.

3. На примере сравнения водородно-кислородной и водородноI воздушной смесей выявлена качественная зависимость динамики пламени и структуры его фронта от состава горючей смеси.

5. Установлено, когда волны сжатия и слабые УВ, возникающие при распространении пламени в закрытых каналах, могут способствовать и когда препятствовать ПГД. Показана связь реализации ПГД с длиной канала.

7. Показано, что воздействие УВ является только запускающим механизмом ПГД, а сам переход в детонацию происходит по ранее I рассмотренному механизму (см. пункт 2 заключения).

116 I

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Киверин, Алексей Дмитриевич, Москва

1. Peter O.K. Krehl History of Shock Waves, Explosions and 1.pact. Berlin: Springer. 2009.

2. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. Пер. с англ., М.: ИЛ, 1948.

3. Хитрин Л.Н. Физика горения и взрыва. М.: Изд. МГУ, 1957.

4. Семенов H.H. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: Изд. АН СССР, 1958.

5. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука. 1980.

6. Зельдович Я.Б., Франк-Каменецкий Д.А. Теория теплового распространения пламени.//ЖФХ, 1938, т. 12, вып. 1, с. 100-105.

7. Heywood J.B. Internal combustion engine fundamentals. Mc.Graw-Hill, New York. 1988.

8. Физика взрыва./ под. ред. Орленко Л.П. 3-е изд. В 2 т. М.: Физматлит, 2002.

9. Roy G.D., Frolov S.M., Borisov A.A., Netzer D. W. Pulse detonation propulsion: challenges, current status, and future perspective. J. Progress in energy and combustion science. 2004;30:545-672.

10. Ю.Импульсные детонационные двигатели./ под. ред. Фролова С.М. М.: Торус-пресс, 2006.1..Оран Э., Борис Дж. Численное моделирование реагирующих потоков: пер. с англ. -М.: Мир, 1990.

11. ВарнатцЮ., Маас У., Диббл Р. Горение. М.: Физматлит. 2003.

12. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука. Гл. ред. Физ. Мат. Лит., 1988.

13. Седое ЛИ. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1970, Т.1, 2.

14. MallardE., Le ChatelierH.il Compt. Rend. Acad. Sci., Paris, 93, 145, 1881.

15. Berthelot M. Sur la force des matières explosives d'après la thermochimie./ Gauthier-Villars, Paris, 1, 135, 1883.

16. Chapman D.L. On the rate of explosion in gases. Phil. Mag. 47 V., pp. 90-104, 1899. 21.Salamandra, G.D., Bazhenova, T. Y., Naboko, I.M. Formation of detonation waveduring combustion of gas in combustion tube.// Proc. Combust. Inst., 7, 851, 1959.

17. Щёлкин КН., Трошин Я.К. Газодинамика горения. М.: Изд АН СССР. 256 с. 1963.

18. G.H. Markstein. Nonsteady Flame Propagation. New York: Macmillan, 1964, Chapter D.

19. Oppenheim K., Soloukhin R.I. Experiments in gasdynamics of explosion.// Am.

20. Kuznetsov, M., Alekseev, V., Matsukov, I., Dorofeev, S. DDT in a smooth tube filled with a hydrogen-oxygen mixture.// Shock Waves, 2005, 14, 205-215.

21. ЗельдовичЯ.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. Гос. изд. тех.-теор. лит, 1955.

22. Darrieus GJ Conference: Congress de Mechanique Applique. Paris, 1938.

23. A.K. Oppenheim, P.A. Utriew, Weinberg F.J. On the use of laser light source in schlieren-interferometer systems// Proc. Roy. Soc. Lond. 1965. Ser. A. P. 279.

24. Smirnov N.N., Panfilov II. Deflagration to detonation transition in combustible gas mixtures.// Combustion Flame, 1995, 101, pp. 91-100.

25. Kagan L., Sivashinsky G. The transition from deflagration to detonation in thin channels.// Combustion flame, 2003, 134, pp. 389-397.

26. Liberman M.A., Ivanov M.F., Peil O.E., Valiev D.M., Eriksson L.-E. Numerical studies of curved stationary flames in wide tubes.// Combust.Theory and Modelling, 2003, V. 7, pp. 653-676.

27. Liberman, M.A., Sivashinsky, G.I., Valiev, D.M., Ericsson, L.-E.: Numerical Simulation of deflagration-to-detonation transition: The Role of Hydrodynamic Instability. The international Journal of transport phenomena. 8(3), 253-276 (2006)

28. Л2.Liberman M.A., Kuznetsov M., Ivanov A., Matsukov I. Formation of the preheated zone ahead of a propagating flame and the mechanism underlying the deflagration-to-detonation transition.// Physics Letters A 373 (2009) 501-510

29. Valiev D., Bychkov V., Akkerman V, Law C.K., Eriksson L.-E. Flame acceleration in channels with obstacles in the deflagration-to-detonation transition.// Combustion flame, 2010, 157, pp. 1012-1021.

30. Urtiew P., Oppenheim A. K.Transverse flame-shock interactions in an explosive gas Л Proc. Roy. Soc. Lond. 1968. Ser. A. V. 304. pp. 379-385.

31. AS.Thomas G.O., Bambrey R.J., Brown C.J. Experimental observations of flame acceleration and transition to detonation following shock-flame interaction.// Combust. Theory and Modeling, 2001, 5, pp. 574 594.

32. Tyndall J. On Acoustic Reversibility.// Proc. R. Soc. L., 1874-1875, Vol. 23, pp. 159-165.

33. Wangher A., Searby G., Quinard J. Experimental investigation of the unsteady response of premixed flame fronts to acoustic pressure waves.// Combustion flame, 2008, 154, pp. 310-318.

34. Suzuki M., Hamatani Т., Umeda Т., Masuda W. Fluid-dynamical Characteristics of Bifurcating Jet inside Diffusion Flame under Transverse Acoustic Excitation./ 22nd ICDERS, 2009.

35. Liberman M.A., Ivanov M.F., Peil O.E., Valiev D.M., Eriksson L.-E. Numerical modeling of a propagating flame and knock occurrence in spark-ignition engines.// Combust Sci. and Tech. 2005. V. 177. №1. pp. 151-182.

36. Гальбурт В.А. Иванов М.Ф., Петухов В.А. Механизмы формирования сверхвысоких давлений при распространении взрывных волн в коническихполостях.// Теплофизика высоких температур. 2008. Т.46, № 6, сс.937-943.j

37. Stull, D.R., Prophet, Н.: Thermochemical Tables. 2 ed. Washington: Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1971.

38. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд. Иностранной Литературы, 1961.

39. Glassman I., Yetter R.A. Combustion. 4th. ed. Elsevier, 2008.

40. Giovangigli V., Smooke M.D. Extinction of strained premixed laminar flames with complex chemistry.// Combustion Science and Technology, 1987, 53, pp. 23-49.

41. Гонтковская В.Г., Гордополова И.С., Озерковская Н.И. Окисление водорода в неизотермических условиях//Физика горения и взрыва, 1988, Т.24, № 6, С.42.

42. Гостинцев Ю.А., Гамера Ю.В., Петухов В.А., Фортов В.Е. Адаптация системы кинетических уравнений для расчета газодинамики реагирующей водород-кислородной смеси// Химическая физика, 1998, Т.17, № 5, С.67.

43. Левин В.А., Марков В.В., Журавская Т.А., Осинкин С.Ф. Инициация газовой детонации электрическими разрядами./ Импульсные детонационные двигатели. 2006, 235-256.

44. Oran E.S., Weber J.W., Stefaniw E.I., Lefebvre М.Н., Anderson J.D. A numerical study of two-dimensional H2-02-Ar detonation using a detailed chemical reaction model.//Combustion flame, 1998, 113, pp. 147-163

45. Бохон Ю.А., Галъбурт В.А., Гостинцев Ю.А. и др. Развитие взрыва газовой смеси за ударными волнами. Препринт ИВТАН №2-416. Москва: 1998. 59с.

46. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. М.: Мир, 1999.

47. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. Вычислительный эксперимент. М.: Наука, 1982.

48. Bychkov, V.V., Golberg, S.M., Liberman, М.А., Ericsson L.-E.: Propagation of Curved Stationary flames in tubes.//Phys. Rev. E. 54, 3713-3724 (1996)

49. Travnikov, O.Yu., Bychkov, V.V., Liberman, M.A.: Numerical studies of flames in wide tubes: Stability limits of curved stationary flames.// Phys. Rev. E. 61, 468-474 (2000)

50. Gonzalez M., Borghi R., Saonab A. Interaction of a flame front with its self-generated flow in an enclosure: "Tulip flame" phenomenon.// Combust. Flame. 1992. V.88. pp. 201-220.

51. Gonzalez M. Acoustic instability of a premixed flame propagation in a tube.// Combust. Flame. 1996. V.107. pp. 245-259.

52. Илъгамов М.А., Ггтъманов А.Н. Неотражающие условия на границах расчетной области. М.: Физматлит, 2003.

53. Гелъфанд Б.Е., Попов О.Е., Чайванов Б.Б. Водород: параметры горения и взрыва. М.: Физматлит. 2008. С. 288.

54. Kuznetsov М., Liberman М., Matsukov I. Experimental study of the preheat zone formation and deflagration-to-detonation transition./ 22nd ICDERS, 2009.

55. Senior D.A. Burning velocities of hydrogen-air and hydrogen-oxygen mixtures.// Combust. Flame, 1961, 5, pp. 7-10.1..HordJ. Is hydrogen a safe fuel.// International Journal of Hydrogen Energy, Vol.3, pp. 157-176.

56. Kazakov, K.A, Liberman, M.A.: Effect of Vorticity Production on the Structure and Velocity of Curved Flames.// Phys. Rev. Lett. 88, 064502 (2002)

57. Clavin P. Premixed combustion and gasdynamics.// Ann. Rev. Fluid. Mech. 1994. V.26. pp. 321-352.

58. Valiev, D., Bychkov, V., Аккегтап, V., Eriksson, L.E., Marklund, M.: Heating of the fuel mixture due to viscous stress ahead of accelerating flames in deflagration-to-detonation transition.// Phys. Let. A. 372, 4850-4857 (2008)

59. Meyer, J.W., Urtiew, P.A., Oppenheim, A.K. On the inadequacy of gas dynamic processes for triggering the transition to detonation.// Combust. Flame. 14, 13-20 (1970).

60. Ю.А. Гостинцев, А.Г. Истратов, Ю.В. Шуленин Автомодельный режим распространения свободного турбулентного пламени в перемешанных газовых смесях// ФГВ. 1988. №5. с. 63.

61. Zaytsev, M., Bychkov, V.: Effect of the Darieus-Landau instability on turbulent flame velocity. Phys. Rev. E. 66, 026310 (2002)

62. Clanet C, Searby G. On the 'tulip flame' phenomena.// Combust. Flame, 1996, 105, p. 225.

63. Zeldovich Y.B., Librovich V.B., Makhviladze G.M., Sivashinsky G.I. On the development of detonation in a non-uniformly preheated gas.// Astronautic Acta, 1970, 15, pp. 313-321.

64. Мержанов А.Г., Хайкин Б.И. Теория волн горения в гомогенных средах. Черноголовка: ИСМАН, 1992.