Расчетно-теоретическое исследование механизмов инициирования детонации в газовых смесях при воздействии неравновесной плазмы электрического разряда
Диссертация
Автор признателен научному руководителю Кириллову Игорю Александровичу за постоянное внимание к работе и плодотворные обсуждения ее результатов, а также научному консультанту Потапкину Борису Васильевичу за ценные советы и замечания, способствовавшие ее улучшению. Автор также благодарен Михаилу Владимировичу Окуню за обеспечение бесперебойной работы вычислительных ресурсов, на которых выполнялись… Читать ещё >
Список литературы
- J1.Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теоретическая физика. Том 6.
- Гидродинамика. 3-е издание. М.: Наука, 1986.
- Я.Б. Зельдович, ЖТФ, 1940, том 10, 1455 1461
- G.D. Roy, S.M. Frolov, А.А. Borisov, D.W. Netzer, Pulse Detonation
- Propulsion: Challenges, Current Statut and Future Perspectives, Progress in Energy and Combustion Sciences, Vol 30, pp. 545 672, 2004
- Зельдович Я.Б., Когарко С. М., Симонов Н. Н., Экспериментальноеисследование сферической газовой детонации, Журнал Технической Физики, Т. XXVI, вып. 8, сс. 1744 1768, 1956
- Борисов А.А., Заманский В. М., Лисянский В. В., Скачков Г.И., Трошин
- К.Я. Оценка критической энергии инициирования детонации газовых систем по задержкам воспламенения. Химическая физика, т. 5, № 12, 1986.
- Lee J.H.S., Initiation of Gaseous Detonation, Annual Review of Physical
- Chemistry, Vol. 28, pp. 75 104, 1977
- Левин В. А. Марков В.В. Возникновение детонации приконцентрированном подводе энергии. // Физика Горения и Взрыва. Том 2. № 4. с. 623−629. 1975.
- Higgins A.J., Radulescu M.I., Lee J.H.S., Initiation of Cylindrical Detonation by
- Rapid Energy Deposition Along a Line. Proceedings of the 27th Symposium (Intl.) on Combustions, pp. 2215 2223, Pittsburg, PA: The Combustion Institute, 1998
- C.A. Eckett, J.J. Quirk, and J.E. Shepherd. The role of unsteadiness in directinitiation of gaseous detonation. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 421, pp. 147 183,2000.
- Саламандра Г. Д., Баженова Т. В., Набоко И. М. Формирование детонационной волны при горении газа в трубах // Журнал Технической Физики. 1959. т. 29, в. 11. С. 1354−1359.
- Саламандра Г. Д., Баженова Т. В., Зайцев С. Г. и др. Некоторые методы исследования высокоскоростных процессов и их применение к исследованию формирования детонации. М. Изд. АН СССР. 1959. 92 с.
- Щелкин К. И. Два случая нестационарного горения. Журнал экспериментальной и теоретической Физики. 1959. № 36(2). С. 600 -609.
- Н.Н.Смирнов, А. П. Бойченко «Переход горения в детонацию в бензино-воздушных смесях», Физика Горения и Взрыва, 1986, № 2.
- Смирнов Н.Н., Панфилов И.И. «Режимы развития горения и детонации в газовых смесях» Физика Горения и Взрыва, 1992, № 5
- Oppenheim А.К., Urtiew P. A. Experimental observations of the transition to detonation in an explosive gas. Proc Roy SocA. 1966. V. 295. P. 13−28.
- E.S. Oran, V.N. Gamezo, Origins of Deflagration-to-Detonation Transition in Gas-Phase Combustion, Combustion and Flame, Vol. 148, pp. 4 47, 2007
- Smirnov N.N., Panfilov I.I., Tyumikov M.V., Berdyugin A.G. «Theoretical and experimental Study of deflagration to detonation transition and instability of detonation structure in gases» Archivum Combustionis, 1996, № 1−2
- Brophy CM, Sinibaldi JO, Netzer DW, Kailasanath K. In: Roy G, Frolov S, Santoro R, Tsyganov S, editors. Confined detonations and pulse detonation engines. Moscow: Torus Press- 2003. p. 59−72.
- Frolov SM, Basevich VYa, Aksenov VS. Journal of Propulsion and Power Vol. 19, No. 4, pp. 573−80, 2003
- Lee JH, Knystautas R, Yoshikawa N. Photochemical initiation of gaseous detonations. Astronautica Acta Vol. 5, pp. 971−982, 1978
- Gelfand, В. E., S. V. Khomik, A. M. Bartenev, S. P. Medvedev, H. Gronig, H. Olivier, Detonation and Deflagration Initiation at the Focusing of Shock Waves in a Combustible Mixture, Shock Waves, Vol. 10, pp. 197−204, 2000
- S.I. Jackson, J.E. Shepherd, Detonation Initiation via Imploding Shock Waves in Tube, 21st ICDERS Proceedings, Poitiers, France, July, 2007
- Щелкин KM., ДАН СССР, Т. 47, С. 501, 1945
- Peraldi О, Knystautas R, Lee JH, Criteria for transition to detonation in tubes. The 22nd Symposium (International) on Combustion. The Combustion Institute, Pittsburgh, pp 1629 1637, 1988
- Smirnov NN, Nikitin VF, Tyurnikov MV, Boichenko AP, Legros JC, Shevtsova VM. In: Roy G, Frolov S, Netzer D, Borisov A, editors. Highspeed deflagration and detonation: fundamentals and control. Moscow: Elex-KMPubl- p. 3−30, 2001
- S.A Bozhenkov, S.M. Starikovskaia, A. Yu. Starikovskii, Nanosecond Gas Discharge Ignition of H2- and CH4-containing Mixtures, Combustion and Flame, Vol. 133, pp. 133 146, 2003
- S.M. Starikovskaia, E.N. Kukaev, A. Yu. Kuksin, M.M. Nudnova, A. Yu. Starikovskii, Analysis of the Spatial Uniformity of the Combustion of a Gaseous Misture Initiated by a Nanosecond Discharge, Combustion and Flame, Vol. 139, pp. 177- 187, 2004
- Напартович А.П., Кочетов И. В., Леонов С. Б., Расчет динамики воспламенения водородно-воздушной смеси неравновесным разрядом в высокоскоростном потоке. Теплофизика Высоких Температур, 2005, т. 43, № 5, с. 677.
- Кочетов И.В., Напартович А. П., Леонов С. Б., Плазменное инициирование горения в сверхзвуковом потоке в топливно-воздушныхсмесях. Проблемы моделирования. Химия Высоких Энергий, 2006, т. 40. № 2, с. 126
- A.Yu.Starikovskii Deflagration-To-Detonation Control By Non-Equilibrium Gas Discharges And Its Applications For Pulsed Detonation Engine. 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2003. AIAA Paper AIAA2003−4686.
- Liu J.B., Ronney P.D., Gundersen M.A. Premixed Flame Ignition by Transient Plasma Discharges. Proceedings of the 3rd Joint Meeting of the U.S. Sections. The Combustion nstitute. B-25, 2003.
- Wang F., Jiang C., Kuthi A., Gundersen M., Brophy C., Sinibaldi J., Lee L. Transient Plasma Ignition of Hydrocarbon-Air Mixtures in Pulse Detonation Engines. 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA Paper 2004−0834 2004.
- Г. М.Коновалов, Исследование влияния импульсного коронного разряда на процесс развития детонации в газовых смесях, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, — Москва, 2007.
- J.J. Erpenbeck, Stability of Steady-State Equilibrium Detonations, Phys of Fluids, Vol. 5, No.5, May 1962
- J.J. Erpenbeck, Stability of Idealized One-Reaction Detonations, Phys of Fluids, Vol. 7, No.5, May 1964
- Korobeinikov V.P., Levin V.A., Markov V.V., Chernyi G.G. Propagation of Blast Waves in a Combustible Gas, Astronautica Acta, 1972, Vol. 17, No. 5 -6, p. 529−537
- Марков B.B., Численное моделирование образования многофронтовой структуры детонационной волны. ДАН СССР, 1981, т. 258, № 2, с. 314 -317
- Abouseif G and Toong T.Y., Theory of unstable one-dimensional detonations. Combustion and Flame, Vol. 45, p. 64 94, 1982
- H.I. Lee, D.S. Stewart, Calculation of the Linear Detonation Instability: One-dimensional Instability of Plane Detonation, Journal of Fluid Mech, Vol. 216, pp. 103- 132, 1990
- M. Short, A.K. Kapila, J.J. Quirk, The Chemical-Gas Dynamic Mechanism of Pulsating Detonation Wave Instability, Phil. Trans. R. Soc. bond. A, Vol. 357, pp. 3621 -3637, 1999
- S. Yungster, K. Radhakrishnan, Computational Study of Near-Limit Propagation of Detonations in Hydrogen-Air Mixtures, AIAA paper 20 023 712, 2002
- G.J. Sharpe, S.A.E.G. Falle, One-Dimensional Numerical Simulations of Idealized Detonations, Proc. R. Soc. bond. A, Vol. 455, pp. 1203 1214, 1999
- V.N. Gamezo, D. Desborders, E.S. Oran, Formation and Evolution of Two-Dimensional Cellular Detonations, Combustion and Flame, Vol. 116, pp. 154 165,1999
- S.B. Dorofeev, V.P. Sidorov, M.S. Kuznetsov, I.D. Matsukov, V.I. Alekseev, Effect of scale on the onset of detonation, Shock waves, 2000, vol. 10, pp. 137 -14 950. http://www.galcit.caltech.edu/detn db/html.
- M. Kaneshige, J.E. Shepherd, Detonation database. Explosion Dynamics Laboratory report FM97−8, California Institute of Technology, Pasadena, July 30, 1997
- Shepherd J.E., Moen I.O., Murray S.B., Thibault P.A., Analyses of the Cellular Structure of Detonation, Twenty-first Symposium on Combustion, Combustion Inst., Pittsburg, PA, 1986, pp. 1649 1658.
- A.A. Vasil’ev, Cell Size as the Maiin Geometrical Parameter of a Multifront Detonation Wave, Journal of Propulsion and Power, Vol. 22, No. 6, 2006
- Oran E. S., Weber J. E., Stefaniw E. I., Lefebvre M. H. and Anderson J. D, A numerical study of two-dimensional H2−02-Ar detonation using a detailed chemical reaction model Combustion and Flame, Vol. 113, pp. 147−63
- R. Deiterding, Parallel adaptive Simulation of Multi-dimensional Detonation Structures, PhD thesis, Brandenburgische Technische Universitat Cottbus, Sep 2003, 280 pages.
- И.А.Кириллов, Е. В. Осинина, А. В. Панасенко, М. В. Стрелкова, Моделирование формирования детонации с использованием детальной химической кинетики, Математическое моделирование, Т. 17, № 11, С. 93, 2005.
- X.Y. Ни, B.C. Khoo, D.L. Zhang, Z.L. Jiang, The cellular structure of a two-dimensional H2/02/Ar detonation wave, Combust Theory and Modeling, Vol. 8, pp. 339−359, 2004.
- Sharpe G. J., Transverse waves in numerical simulations of cellular detonations Journal of Fluid Mech, Vol. 447, pp. 31−51, 2001.
- Gavrikov, A. I., Efimenko, A. A., Dorofeev, S. В., A Model for Detonation Cell Size Prediction from Chemical Kinetics, Combustion and Flame, Vol. 120, No. 1−2, 2000, pp. 19−33.
- Z. Liang, S. Browne, R. Deiterding and J.E.Shepherd, Detonation front Structure and Competition for Radicals, Proceedings of the Combustion Institute, Volume 31. Issue 2, January 2007, Pages 2445−2453
- Frolov S. M., Aksenov V. S., Shamshin I. O. Detonation propagation through U-bends. In: Nonequilibrium Processes. Volume 1: Combustion and Detonation. G. Roy, S. Frolov, A. M. Starik, Eds. Moscow, Torus Press, 2005, pp. 348−364.
- Eckett C.A., Numerical and Analytical Studies of Gaseous Detonations. PhD Theses, California Institute of Technology, Pasadena, California, 2001.
- Eckett C.A., Numerical and Analytical Studies of Gaseous Detonations. PhD Theses, California Institute of Technology, Pasadena, California, 2001.
- Taki, S and Fujiwara, T, Numerical analysis of. two-dimensional nonsteady detonations, AIAA Journal, 16(1978): pp. 73−77
- Kailasanath, K., Oran, E. S., Boris, J. P., and Young, T. R.,"Determination of Detonation Cell Size and the Role of Transverse Waves in Two-Dimensional Detonations," Combustion and Flame, Vol. 61, No. 3, 1985, pp. 199−209.
- M. H. Lefebvre and E. S. Oran. Analysis of the shock wave on a regular detonation. Shock Waves, 4:277−283, 1995.
- Fujiwara Т., Fukiba K., Influence of transport processes on two-dimensional structure of detonation, In: High-Speed Deflagration and Detonation:
- Fundamentals and Control. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov, D. Netzer, and A.A. Borisov. ELEX-KM Publishers, Moscow, 2001.
- M. Sichel, N.A. Tonello, E.S. Oran, D.A. Jones, A two-step kinetic model for numerical simulation of explosions and detonations in H2−02 mixtures. Proc, R. Soc. bond. A, vol. 458, 49−82
- Ю.А. Николаев, Модель кинетики химических реакций при высоких температурах, Физика Горения и Взрыва, 1978. Т. 14, № 5, С 73
- А. В. Троцюк, Численное моделирование структуры двумерной газовой детонации смеси Н2 02 — Аг, Физика горения и взрыва, 1999, № 5
- А. В. Троцюк, Численное исследование отражения детонационных волн от клина. Физика горения и взрыва, 1999, № 6
- Lefebvre М.Н., Oran E.S., Kailasanath К., and Van Tiggelen P.J. The influence of the heat capacity and diluent on detonation structure. Combustion and Flame, 95:206−218, 1993.
- Meyer J. W., Urtiew P. A., Oppenheim A. K., On the Inadequacy of Gasdynamic Processes for Triggering the Transition to Detonation, Combustion and Flame, Vol. 14, No. 1, 1970.
- Zajac L. J., Oppenheim A. K., Dynamics of an Explosive Reaction Center, AIAA Journal, Vol. 9, No. 4, pp. 545−553, 1971
- Зельдович Я. Б., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М., Сивашинский Г. М. Развитие детонации в неравномерно нагретом газе. Журнал прикладной механики и технической физике. 1970. № 2. С. 76−82.
- Зельдович Я.Б., Классификация режимов экзотермической реакции в зависимости от начальных условий, Препринт ОИХФ АН СССР, Черноголовка, 7 с., 1978.
- Смирнов Н.Н., Панфилов И.И. «Численное моделирование перехода горения в детонацию в гомогенных горючих газовых смесях» Вестник МГУ, серия 1, математика и механика, 1993, N 3
- Bartenev A.M., Gelfand В.Е., Spontaneous Initiation of Detonations, Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 26, pp. 29 55, 2000
- Б.Е. Гельфанд, А. Н. Поленов, С. М. Фролов, С. А. Цыганов. Возникновение детонации в системах с неоднородным распределением температуры и концентрации. Химическая Физика. 1986. Т. 5, № 9, С. 1277−1284.
- Г. М. Махвиладзе, Д. И. Рогатых. Начальные неоднородности температуры и концентрации причина взрывного протекания химической реакции в горючем газе. Химическая Физика. 1989. Т. 8, № 2, С. 272−285.
- Г. М. Махвиладзе, Д. И. Рогатых. Образование и распад квазистационарного детонационного комплекса в неравномерно нагретом реагирующем газе. Известия Академии Наук СССР. Механика Жидкости и Газа, № 2, 1991
- J.W. Dold, А.К. Kapila, М. Short, Theoretical description of the Direct initiation of detonation for one-step chemistry. Dynamic structure of detonation in Gaseous and dispersed media (Borisov A.A. ed.). Kluwer Academic Publishers. 1991. P. 109−141.
- M. Short, On the Critical Conditions for the Initiation of a Detonation in a Non-uniformly Perturbed Reactive Fluid. SI AM J. Appl. Math. V. 57. No. 5. P. 1242−1280, 1997
- M. Short, J.W. Dold, Weak detonations, their paths and transition to strong detonation. Combustion Theory and Modeling. V. 6. P. 279−296. 2002
- A. K. Kapila, D.W. Schwendeman, J.J. Quirk, T. Hawa. Mechanisms of detonation formation due to a temperature gradient. Combustion Theory and Modeling. V. 6. P. 553−594. 2002
- G.J. Sharpe, M. Short, Detonation Ignition from a Temperature Gradient for a Two-step Chain-branching Kinetic Model, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 476, pp. 267−292, 2003
- X.J. Gu, D.R. Emerson, D. Bradley, Modes of Reaction Front Propagation from Hot Sots, Combustion and Flame, Vol. 133, pp. 63 74, 2003
- J1.B. Овсянников, Лекции по основам газовой динамики. М.: Наука, 1981.
- J, F. Clarke. Small amplitude gasdynamic disturbances in an exploding atmosphere. Journal of Fluid Mechanics, 1978. V. 89. Part 2, P. 343−355
- Тодес O.M. Адиабатический тепловой взрыв. ЖФХ, том 4, № 1, с. 71, 1933
- J. Е. Shepherd. Chemical kinetics of hydrogen-air-diluent detonations. PAA, 106:263−293, 1986.
- Marinov, N. M., Westbrook, С. K., and Pitz, W. J., «Detailed and Global Chemical Kinetic Model for Hydrogen» in Eighth (International) Symposium on Transport Processes, vol. 1, 1995, pp. 118−129
- Petersen E., Davidson D., Rohrig M., Hanson R. «Hight-pressure shock-tube measurements of ignition times in stoichiometric H2/02/Ar mixtures» 20th International Symposium on Shock Waves (1996), 941−946
- Chemkin 4.0. Theory Manual, Reaction Design, 2004, May.
- S. Gordon, B.J. Mc Bride, 1994, Computer program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications, NASA Reference publication 1311, October 1994
- Oran E.S. and Boris J.P., Combustion and Flame, 48: 149−161, (1982)
- Frolov S., Aksenov V., Shamshin I. Shock-to-detonation transition in tubes with U-bends. In: Pulsed and Continuous Detonations, G. Roy, S. Frolov, J. Sinibaldi, Eds., Moscow, Torus Press, 2006, pp. 146−158
- Ф.В. Шугаев, Взаимодействие ударных волн с возмущениями, М: Изд-во МГУ, 1983,-96 с.
- В.А. Андрющенко, Л. А. Чудов, Взаимодействие плоской ударной волны и сферического объема горячего газа. Известия Академии Наук СССР, Механика жидкости и газа, 1988, № 1, С. 96 100.
- Левин В.А., Анненков В. А., Трифонов Е. В. Разрушение падающей ударной волны источником энерговыделения. Прикладная механика и техническая физика. 2006. вып. 2. С. 3−7.
- Ryo Ono and Tetsuji Oda, Measurement of gas temperature and OH density in the afterglow of pulsed positive corona discharge, J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 35 204.
- A.A. Borisov. On the origin of exothermic centers in gaseous mixtures. Acta Astronautica, 1:909−920, 1974.
- Lee, J. H. S. & Moen, I. O., The mechanism of transition from deflagration to detonation, Prog. Energy Combust. Sci. 6 (1978) 359−389.
- Д.А. Франк-Каменецкий, Диффузия и теплопередача в химической кинетике. 2-е изд. М.: Наука, 1967
- Я.Б. Зельдович. Теория ударных волн и введение в газодинамику. Москва-Ижевск: изд-во РХД, 2002.
- Коробейников В.П., Задачи теории точечного взрыва, М.: Наука, 1985.
- Т. Nirasawa, A. Matsuo, Multidimensional wave propagation of direct initiation on detonation, Proceedings of 21st ICDERS, July, 2007, Poitiers, France, available online http://www.icders2007-poitiers.org/ICDERS program/Authors.htm
- J.-F. Haas, B. Sturtevant, Interaction of weak shock waves with cylindrical and spherical gas inhomogeneities, J. Fluid Mech., Vol. 181, pp. 41 76, 1987
- С.М. Стариковская, И. Н. Косарев, Е. И. Минтусов, А. Ю. Стариковский Plasma Aided Combustion. 17th International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC), 2005. August 7−12, 2005 Toronto, Canada
- Ю.С. Акишев, А. А. Дерюгин, И. В. Кочетов, А. П. Напартович, Н. И. Трушкин, Эффективность генерации химически активных частиц в самостоятельном тлеющем разряде, Физика плазмы, 1994, т. 20, № 6, с. 585−592.
- Ю.С. Акишев, А. А. Дерюгин, В. Б. Каральник, И. В. Кочетов, А. П. Напартович, Н. И. Трушкин, Экспериментальное исследование и численное моделирование тлеющего разряда постоянного тока атмосферного давления, Физика плазмы, 1994, т. 20, № 6, с. 571 — 584.
- A.A. Ionin, I.V. Kochetov, А.Р. Napartovich, N.N. Yuryshev, Physics and Engineering of singlet delta oxygen production in low-temperature plasma. J. Phys. D: Appl. Phys., 2007, 40, R25 R61.