Управление процессами воспламенения и детонации в газовых средах
Диссертация
Не менее важной задачей является задача реализации пульсирующего детонационного горения предварительно неперемешанных компонентов топлива в детонационных устройствах. При детонации газов термодинамическая эффективность сжигания заметно повышается, так как степень сжатия увеличивается в 20−30 раз, а время выделения энергии составляет 10″ 6−10″ 5 микросекунд. Преимущества детонационного сжигания… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Обзор исследований воспламенения газовых смесей
- 1. 1. Взрывное разложение ацетилена
- 1. 2. Диффузионное самовоспламенение водорода
- 1. 3. Формирование детонации в газах
- Выводы к гл
- Глава 2. Ингибирование взрывного разложения ацетилена
- 2. 1. Экспериментальный стенд
- 2. 1. 1. Экспериментальный стенд. Методика проведения экспериментов
- 2. 1. 2. Анализ погрешностей
- 2. 1. 3. Анализ достоверности экспериментальных данных
- 2. 2. Численный метод. Постановка задачи
- 2. 2. 1. Математическая модель
- 2. 2. 2. Кинетическая модель
- 2. 2. 3. Начальные и граничные условия
- 2. 3. Результаты исследований
- 2. 3. 1. Экспериментальные исследования при начальном давлении 1 атм
- 2. 3. 2. Анализ поглощения тепла в процессах взрывного разложения
- 2. 3. 3. Численное исследование при начальном давлении 1 атм
- 2. 3. 4. Экспериментальные исследования при начальном давлении 1,80−2,5 атм
- 2. 1. Экспериментальный стенд
- 3. 1. Экспериментальный стенд
- 3. 1. 1. Экспериментальный стенд. Методика проведения экспериментов
- 3. 1. 2. Анализ погрешностей
- 3. 1. 4. Анализ достоверности экспериментальных данных
- 3. 2. Численный метод. Постановка задачи
- 3. 2. 1. Математическая модель
- 3. 2. 2. Кинетическая модель
- 3. 2. 2. Начальные и граничные условия
- 3. 3. Результаты исследований
- 3. 3. 1. Экспериментальное исследование в каналах круглого и прямоугольного сечений
- 3. 3. 2. Численное исследование в канале круглого сечения
- 3. 3. 3. Влияние пограничного слоя на скорость воспламенения водорода
- 4. 1. Экспериментальный стенд
- 4. 1. 1. Экспериментальный стенд. Метод проведения экспериментов
- 4. 1. 2. Анализ погрешностей
- 4. 1. 3. Анализ достоверности экспериментальных данных
- 4. 2. Результаты экспериментов
- 4. 2. 1. Влияние буферного газа на инициирование детонации
- 4. 2. 2. Влияние положения препятствий на формирование детонации в потоке
Список литературы
- Astbury G.R., Hawksworth S.J. Spontaneous ignition of hydrogen leaks: A review of postulated mechanisms // 1. Proc. of The International Conference on Hydrogen Safety, Pisa, 2005. P. 11.
- Wolaski P., Wjcicki S. Investigation into the mechanism of the diffusion ignition of a combustible gas flowing into an oxidizing atmosphere // In Proc. of The Nth Int. Symp. on Comb., 1973, p. 1217.
- Зельдович Я.Б. К вопросу об энергетическом использовании детонационного горения//ЖЭТФ. 1940. Т. 10. С. 542
- Миллер С.А. Ацетилен, его свойства, получение и применение. Санкт-Петербург: Химия, 1969. 680 с.
- Hoffmann, герм. Пат. 549 456, 1930.
- Xuejun Xu and Philip D. Pacey. An induction period in the pyrolysis of acetylene // Physics Chemistry Chemistry Physics, 2001, 3, 2836−2844.
- S. Bajohr, F. Graf, R. Khan, R. Reimeri, II Molecules, 2007. 12. P. 290−296.
- B. Haynes, H. Wagner, Progr. Energy Combustion Science, 1981. 7, 11. Paper 2293.
- B. Haynes, H. Jarden, H. Matzig, H. Wagner, 19-th Int. Symposium on Combustion, Pittsburgh: The Combustion institute, 1982 Paper 1379.
- R. Dibble, U. Maas, J. Warnatz, Combustion, Heidelberg: Springer Verlag, 1996
- Теспер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы // Химия. 1972. С. 136.
- JI.M. Бородина, П. А. Теснер. Кинетика гетерогенного термического разложения пропана, бутана и пропилена//Нефтехимия, 1979, № 3, с.363−365.
- А.В. Крестинин, С. В. Шурупов. Сажеобразование при термораспаде ацетилена в струевой установке // Химическая физика, Москва, 1992. том 11, № 4, сс.553−556.
- D. Clary, М. Frenklach, W. Gardiner, St. Stein, 20-th Int. Symposium on Combustion, The Combustion Institute, 1984. 887−901.
- Крестинин А.В. О механизме образования сажи из ацетилена // Химическая физика. 1994. Т. 13. № 1. С. 121−131.
- И.В. Жильцова, И. С. Заслонко, Ю. К. Карасевич, Х. Г. Вагнер. Неизотермические эффекты в процессе сажеобразования при пиролизе этилена за ударными волнами // Кинетика и катализ, 2000, том 41, № 1, с.87−101.
- Y. Hidaka, К. Hattori, T. Okuno, K. Inami, T. Abe, T. Koike, Combustion and Flame, 1996. 107. P. 401−417.
- A.B. Kpecmumm, М. Б. Кислое, A.B. Раевский, О. И. Колесова, JI.H. Стесик. К вопросу о механизме образования сажевых частиц // Кинетика и катализ, 2000, том 41, № 1, с. 102−111.
- Kiefer J.H., von Drasek W.A. II Int. J. Chem. Kinet. 1990. V.22, N7. P.747
- T. Tanzawa, W. Gardiner. Reaction mechanism of the homogeneous thermal decomposition of acetylene // Physical Chemistry 1980. V. 84. № 3. P. 236−239.
- Теснер П.А., Городецкий A.E., Бородина Л. М. Кинетика образования пироуглерода из пропилена и бутадиена-1,3 // Кинетика и катализ. 1981. С. 990−992.
- С. Cullis, N. Franklin, Combustion and Flame, 1964. P.246−248.
- A.M. Старик, H.C. Титова, JJ.C. Яновский. Особенности кинетики окисления продуктов термического разложения СЗР8 и Н-С4Р10 в смеси с воздухом // Кинетика и катализ, 1999, том 40, № 1, с. 11−26.
- П.А. Теснер, C.B. Шурупов. Образование сажи из смеси ацетилена и бензола // Кинетика и катализ. 1995, том 36, № 4, с.485−489.
- I. Kazuhiro, M. Motohide, T. Tomohiro, A. Takenori, 20-th ICDERS, Montreal, 2005. Paper 112.
- Семенов H.H. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М.: АН СССР. 1956. 686 с.
- Азатян В.В., Каланчев В. И., Масалова В. В. Роль обрыва реакционных цепей в подавлении углеводородами горения водородо-воздушных смесей // Кинетика и катализ. 2006. Т. 47. № 4. С. 498−503.
- Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. М.: Гос. изд. ин. лит., 1948.
- Гелъфанд Б.Е., Попов O.E., Чайванов Б. Б. Водород: параметры горения и взрыва. М: Физматлит, 2008. 288 с.
- Edeskuty, F.J. and Stewart, W.F. II Safety in the Handling of Cryogenic Fluids. Publishing Corporation, 1996, New York. Chapter 7.
- Баев B.K., Шумский В. В., Ярославцев М. И. Самовоспламенение горючего газа, истекающего в среду окислителя // Физика горения и взрыва. 1983. № 5. С. 73−80.
- Baev V.K., Biizukov A.A., Shumskii V.V. II Combustion and Explosion, 2000, 36, 3, 3−9.
- D. Pinto, К. Aizawa, Y.F. Liu, H. Sato, A.K. Hayashi, andN. Tsuboi Auto-ignition of high pressure hydrogen release // In Proc. of The 21th Int. Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reacting Systems, Poitiers, France, 2007.
- Mogi Т., Shiina H., Kim. D., Horigiishi S. Ignition of high pressure hydrogen by a rapid discharge // In Proc. of The 31st International Symposium on Combustion, Heidelberg, Germany. 2006
- Dryer F., Chaos M., Zhao Zh., Stein J., AlpertJ., Homer Ch. Spontaneous ignition of pressurized release of hydrogen and natural gas into air // Combust. Sci. and Tech., 179: 663−694. 2007.
- V.V Golub. Development of shock wave and vortex structures in unsteady jets. // ShockWaves 3, 1994, P. 279−285
- Bazhenova T.V., Bragiti M.V., Golub V.V., Ivatiov M.F. Self ignition of a fuel gas upon pulsed efflux into an oxidative medium // Technical Physics Letters, 32, 3, 269−271. 2006.
- Bazhenova T.V., Bragin M.V., Golub V.V., Scherbak S.B., Volodin V.V. II In Abstracts of The 25th International Symposium on Shock Waves, Bangalore P. 229. 2005
- Bityurin V.A., Bocharov A.N., Filimonova E.A. II In Proc of The 15 Int. Conference on MGD Energy Conversion and 6 Int. Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics, Moscow. P. 359. 2005
- A. Sakurai. Auto-ignition of hydrogen by a shock-compressed oxidizer // Proc. Of 15th Shock Waves and Shock Tubes Symposium, 1985, P77−86.
- Mallard E., Le Chatelier H. L. И Compt. Rend. Acad. Sci. Paris. 1881. V. 93. P. 145.
- Bertelot M., VieilleP. И Compt. Rend Acad. Sci. Paris. 1881. V. 93. P. 18.
- Михельсон В. А. О нормальной скорости воспламенения гремучих газовых смесей//Учен. зап. Моск. ун-та Отд. физ.-матем 1893. Вып. 10. С. 1−92.
- Ranline W. J. М. On the termodinamic theory of waves of finite longitudinal disturbance // Phil. Trans. 1987. P. 277−288.
- Hugoniot H. Memoire sur la propogation du mouvement dans un fluide indefmi//Journ. Lionville. 1887. V.3. P.477−492- 1888. V.4. P. 153−167.
- Щепкин К. И., Трогигш Я. К. Газодинамика горения. М.: Изд-во АН СССР, 1963.
- Neumann J. Theory of detonation waves // Office of Scientific Research and Development Rept. 1942. N 549.
- Doring W., Burkhard G. Contriburion to the theory of detonation // Tech. Rept., Wright-Patterson Air Forse Base, Dayton, 1949.
- Войцеховский Б. В., Митрофанов В. В., Топчиян М. Е. Структура фронта детонации в газах. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 196 351. http://www.galcit.caltech.edu/detndb/htrnl/
- Bull D.C., Elsworth J.E., ShuffP.J. and Metcalfe E. Detonation cell structure in fuel/air mixtures, Combustion and Flame, 1982, V.45, p.7−22.
- J.H. Lee, R. Knystautas, C.M. Guirao II In: Fuel air explosions, Toronto, 1982.
- R. Knystautas, J.H. Lee, C.M. Guirao II The Critical Tube Diameter for Detonation Failure in Hydrocarbon Air Mixtures.- Combustion and Flame, 1982, V.48, p.63−83.
- Berman. M. A critical review of recent large-scale experiments on Hydrogen-Air Detonations //Nuclear science and engineering. 1986, 93, p 321−347.
- Васильев А. А., Митрофанов В. В., Топчиян М. Е. Детонационные волны в газах// Физика горения и взрыва. 1987. № 5. С. 109−131.
- Левин В. А., Марков В. В., Осинкин С. Ф. Моделирование инициирования детонации в горючей газовой смеси электрическим разрядом. //Журнал химической физики. 1984. № 3. 4. С. 611- 619.
- A. A. Borisov et al. Experimental determination of minimum energies of direct initiation of detonation in fuel air mixtures.- Proc. of 16th ICDERS, 1997, Poland, p.220−221.
- А.А. Васильев, Ю. А. Николаев, В. Ю. Улъянгщкий. Критическая энергия инициирования многофронтовой детонации. ФГВ 1979, т. 15, № 6, с. 94 103.
- D.C. Bull, I.E. Elsworth, G Hooper Initiation of spherical detonation in hydrocarbon-air-mixtures. Acta Astronautica 1978, V.5, p.997 1008
- J.H. Lee, H. Matsui A comparison of the critical energies for direct initiation of spherical detonations in acetylene-oxygen mixtures. Combust. Flame. 1977 V.28. No.l. p.61−66.
- Jackson S.I., Grunthaner M.P. and Shepherd J.E. Wave implosion as an initiation mechanism for pulse detonation engines // 39th AIAA, paper 2003−4820, 2003.
- Зельдович Я.Б., Когарко С., Смирнов Н. Н. Экспериментальные исследования сферической детонации в газах // Сов. физ.-тех. физика, 1956, т.1, с.1689−1713.
- М.А. Nettleton. Recent work on gaseous detonations // Shock waves. 2002. 12: 312. P. 3−12.
- Щепкин К.И. Два случая нестационарного горения // Журнал экспериментальной и теоретической Физики. 1959. № 36(2). С. 600 -609.
- Bazhenova T.V., Solotikhin R.I. Gas ignition behind the shock wave. / In: Proceedings .of the VII Int. Symposium on combustion. London. 1959. P. 866−875.
- Васильев A.A., Митрофанов В. В., Топчиян М. Е. Детонационные волны в газах. // Физика горения и взрыва. 1987. № 5. С. 109−131.
- Гелъфанд Б. Е., Попов О. Е., Медведев С. П. и др. Отличительные признаки самовоспламенения водородо-воздушных смесей при высоком давлении // Докл. РАН. 1993. Т. 33, № 4. С. 457−459.
- Гельфанд Б. Е., Медведев С. П., Поленов А. Н. и др. Основные режимы самовоспламенения и условия их реализации в горючих газовых смесях // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33, № 2. С. 3−10.
- Voevodsky V. V., Soloukhin R. I. On the mechanism and explosion limits of H2+O2 chain selfignition in shock waves // Proc. 10th Symp. (Int.) on Combustion. Pittsburgh: Combust. Inst., 1965. P. 279−283.
- Хасегава К, Асаба Т. Изучение реакции волспламенения кислорода с водородом при относительно высоких давлениях и низких температурах в ударной трубе// Физика горения и взрыва. 1972. Т. 8, № 3. С. 394−403.
- Opponheim А. К. Dynamic features of combustion // Phil. Trans. Roy, Soc. London. 1985. V. A3115. P. 471−508.
- Vermeer D. J., Meyer J. W. Oppengheim A. K. Autoignition of hydrocarbons behind reflected waves // Combust. Flame. 1972. V. 18, N 2. P. 327−336.
- Fermeer D. J., Meyer J. W., Adomeit G. Comparison of shock tube ignition characteristics of various fuel-air mixture at high pressure // Book of Abstract 19 ISSW. Univ. de Provence, 1993. V. 1. P. 253−254.
- Fieweger K., Blumental R. Adomeit G. Shock tube investigation of the self-ignition of hydrocarbon + air mixtuires at high pressure // Proc. 25th Symp. (Int.) on Combustion. UCI, 1994. Pap. N 25−280.
- Зельдович Я. Б., Компанеец А. С. Теория детонации. М.: Гостехиздат, 1955.
- Щетинное Е. С. Физика горения газов. М.: Наука, 1965.
- Щепкин К. И. Два случая нестационарного горения // Журнал экспериментальной и теоретической Физики. 1959. № 36(2). С. 600 -609.
- Smirnov N. N., Nikitin V. F., Boichenko A. P., Tyurnikov M. V., Baskakov V. V. Control of deflagration to detonation transition in gaseous systems / In: Control of detonation processes, ed. by G. Roy, ELEX-KM Publishers, Moscow. 2000. P. 2−6.
- Oppenheitn A.K., Urtiew P. A. Experimental observations of the transition to detonation in an explosive gas // Proc Roy Soc A. 1966. V. 295. P. 13−28.
- Зельдович Я. Б., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М., Снвашинскнй Г. М. Развитие детонации в неравномерно нагретом газе // Журнал прикладной механики и технической физике. 1970. № 2. С. 76−82.
- Starik А. М., Titova N. S. Initiation of deflagration and detonation in H2 + 03 mixtures by exitation of electronic states of oxygen molecules. / In: Control of detonation processes, ed. by G. Roy, Elex-KM Publishers, Moscow, 2000. P. 102 103.
- Baklanov D.I., Gvozdeva L.G., Scherbak N.B. Pulsed detonation combustion chamber for PDE /In: High-Speed Deflagration and Detonation: Fundamentals and Control. Ed. by G.D. Roy and others. Moscow: ELEX-KM Publishers, 2001, P. 239−250.
- Baklanov D.I., Gvozdeva L.G., Scherbak N.B. The formation of high-speed gas flow in frequency mode during non-stationary propagation of detonation // AIAA Paper 98−2562.
- C.M. Фролов, B.C. Аксенов, В. Я. Басевич. Макет-демонстратор воздушно-реактивного импульсного двигателя на жидком топливе // Доклады Академии Наук, 2005, т. 402, № 4, с. 1−3
- Kaltajev A, J. Leblanc and Т. Fujiwara. Influence of Turbulence on the Deflagration to Detonation Transition in a Tube. 17th International Coll. on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. Heidelberg, Germany, July 31-August 5, 2005.
- Elaine S. Oran, Vadim N. Gamezo, and Alexei M. Khokhlov, Detonationless Supersonic Flame Spread, In: CD Proc. of 19th ICDERS. 2003. Hakone. ISBN 49 901 744−1-0.
- N.N.Smirnov, V.F.Nikitin, Fundamentals of Deflagration to Detonation Transition in Gases, In: CD Proc. of 19th ICDERS. 2003. Hakone. ISBN 4−9 901 744−1-0.
- В.Ю.Гидаспов, И. Э. Иванов, И. А. Крюков, И. М. Набоко, В. А. Петухов, В. Ю. Стрельцов. Исследование процессов распространения волн горения и детонации вкумулирующем объеме // Мат ем. моделирование, 2004, 16:6, 118 122
- Baklanov D.I., Gvozdeva L.G., Scherbak N.B. Estimation of frequency characteristics of pulsed detonation engine / In: 13 ONR Propulsion Meeting 2000. Ed. By G. Roy and P. Strikowsky. Univ. Of Minnesota. Minneapolis. 2000. P. 233 238.
- Gaseous and heterogeneous detonations. Ed. by G.D. Roy, S.M. Frolov, K. Kailasanath and N.N. Smirnov, ENAS Publishers Moscow. 1999. 384 p.
- G.D. Roy, S.M. Frolov, A.A. Bonsov, D.W. Netzer, Pulse detonation propulsion: challenges, current status, and future perspective, Progress in Energy and Combustion Science, 2004. 30. 545−672.
- Bird G.A. (1957) A note on Combustion Driven Shock Tubes, in Hypersonic Facilities in the Aerodynamics Department. Royal Aircraft Establishment, ed. by P.A. Hyfton, AGARD Report 146.
- Лосев С.А.- О свертке информации, получаемой в экспериментах на ударных трубах, — Научные труды. Институт Механики МГУ, М., Изд-во МГУ, 1973, № 21, с.3−21
- Vanderburg, J. W., Kuerten, J. G. M.- Zandbergern, P. J. Roe’s scheme and the MUSCL technique for the Navier-Stokes equations // The SAO/NASA Astrophysics Data System. 1992STIN.933 1527V
- Miller, J. A., Bowman, С. I. Mechanism and modeling of nitrogen chemistry in combustion. Progress in Energy and Combustion, 1989. Sciences 15.0 ^ БЛАГОДАРНОСТИ