ЕНЕРГЕТИЧНІ ОСОБЛИВОСТІ КЛАСИЧНОЇ МОДЕЛІ СУМІШІ ДЛЯ ОЦІНКИ ПАРАМЕТРІВ ДЕТОНАЦІЇ В ОБМЕЖЕНОМУ ОБ’ЄМІ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2222-0631.2025.02(9).17Ключові слова:
детонація, дефлаграційно-детонаційний перехід (DDT), реактивна сила, імпульсна камера згоряння, рівняння енергіїАнотація
Наведено особливості оцінки параметрів детонації в обмеженому об’ємі з урахуванням кінетики узагальненої реакції горіння в контексті параметричної задачі максимізації одиничного реактивного імпульсу. Розрахунок характерних величин ударного фронту та безпосереднього
стану середовища базуються на моделі суміші без урахування можливої морфологічної гетерогенності у вигляді об’ємних сил, що характеризують міжфазну взаємодію. Реагенти та продукти горіння розглядаються індивідуальними компонентами (з точки зору їх теплофізичних властивостей) та описуються єдиним полем швидкості, тиску та температури з відстежуванням матеріальних співвідношень. Загалом такий підхід безпосередньо для опису переносу середовища є розповсюдженим для такого типу задач, проте виникає певна незручність з точки зору розрахунку енергетичного виходу реакції, яка базується на тепломасообмінному члені (в загальному – дифузійний член) рівняння енергії для суміші. Це призводить до того, що в переважній більшості випадків необхідним є узгодження залежностей теплофізичних властивостей компонент (ізобарна/ізохорна теплоємність, ентальпія та ентропія). При цьому принципово відсутня можливість будь-яким чином впливати на енергетичний вихід реакції, що здебільшого призводить до значно більших прогнозних температур середовища у порівнянні з адіабатичними параметрами детонації. У роботі в першому наближенні запропонована модифікація, яка дозволяє враховувати енергетичний вихід реакції явним чином, та значною мірою спрощує вимоги щодо підготовки самоузгоджених функцій калоричного рівняння стану кожної із компонент. Для врахування кінетики реакції детонаційного горіння на основі співвідношення Арреніуса побудована модифікована функція швидкості прямої реакції, яка мультиплікативно враховує «турбулізацію» потоку, що все ще потребує обговорення. Запропоновані модельні співвідношення були імплементовані у вигляді користувацької моделі горіння в ANSYS CFX, та застосовувалися для попередньої оцінки одиничного детонаційного імпульсу в обмеженому просторі.
Посилання
Zhao W., Deiterding R., Cai X., Liang J., Yang X., Sun M. Flame acceleration and detonation transition in premixed and inhomogeneous supersonic flows. Journal of Fluid Mechanics. 2024, 1001:A36. DOI:10.1017/jfm.2024.812.
Mikoshiba K., Sardeshmukh S. V., Stephen D. Heister, Impulse generated from detonation waves in non-premixed and partially premixed reactants. Applications in Energy and Combustion Science. 2024, V. 18. DOI: 10.1016/j.jaecs.2024.100264.
Xiao Liang, Rui-li Wang. Verification and validation of detonation modeling. Defence Technology. 2019, Volume 15, Issue 3, pp. 398–408. DOI: 10.1016/j.dt.2018.11.005.
Shamsadin Saeid M. H., Ghodrat M. Numerical Simulation of the Influence of Hydrogen Concentration on Detonation Diffraction Mechanism. Energies. 2022, 15, 8726. DOI: .3390/en15228726.
Wandong Zhao, Caizhi Fan, Ralf Deiterding, Xiaokang Li, Jianhan Liang, Xiong Yang. A new rapid deflagration-to-detonation transition in a short smooth tube. Physics of Fluids. 2024; 36 (3): 036104. DOI: 10.1063/5.0191500.
Romick Christopher M., Aslam Tariq D. High-order shock-fitted detonation propagation in high explosives. United States: N. p., 2016. Web. DOI: 10.1016/j.jcp.2016.11.049.
Fotis Rigas, Spyros Sklavounos. Experimentally validated 3-D simulation of shock waves generated by dense explosives in confined complex geometries. Journal of Hazardous Materials. 2005, Volume 121, Issues 1–3, pp. 23–30. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.01.031.
Trifonov O. V., Brega D. A., Bolokhovets A. A., Palazyuk E. S. Vliyanie vybora modeley goreniya i mekhanizmov reaktsiy na dostovernost' prognozirovaniya perekhoda goreniya v detonatsiyu [The influence of the combustion models and reaction mechanisms choice on the reliability of predicting the transition of combustion to detonation]. Otkrytye informatsionnye i komp"yuternye integrirovannye tekhnologii: sb. Nauch. Tr. Nats. Ayerokosm. Un-ta im. N.E. Zhukovskogo "KhAI" [Open Information and Computer Integrated Technologies: coll. of scientific papers. National Aerospace University. "Kharkiv Aviation Institute"]. Kharkov, 2014, vol. 63, pp. 160–169.
Manninen, Mikko, Taivassalo and other. On the mixture model for multiphase flow. Espoo 1996, Technical Research Centre of Finland, VTT Publications, 1996. 288. 67 p.
ANSYS Inc., ANSYS CFX 18 -Solver Theory Guide, 2017.
Nalys'ko N. N. Parametry makrokinetiki goreniya uglevodorodov v chislennom raschete avariynykh vzryvov v gornykh vyrabotkakh [Parameters of hydrocarbon combustion macrokinetics in numerical calculation of emergency explosions in mine workings]. Nadzvychayni sytuatsiyi: poperedzhennya ta likvidatsiya [Emergency Situations: Prevention and Liquidation]. 2017, no. 1 (2017), pp. 75–88.
Poinsot T., Veynante D. Theoretical and numerical combustion. 2nd ed. Philadelphia, Edwards, 2005. 522 p.
Frank Lu, Meyers Jason, Wilson Donald. Experimental study of propane-fueled pulsed detonation rocket. 12th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies. 2003. 6974.
