Газовая и волновая динамика - часть 35

Рис. 10: Эволюция полей плотности и скорости 6-ой – 7-ой камерах многокамер-
ного устройства при значении параметра расширения β

ER

= 0.96, концентрации

горючего 0.012

144

где S

chamb

– площадь поперечного сечения камеры, S

tube

– площадь поперечного се-

чения трубы, L

tube

– длина участка трубы, соединяющего соседние камеры, L

chamb

–

длина камеры с широким поперечным сечением. В рассмотренном нами случае па-
раметр расширения был очень велик (β

ER

=0.96), что облегчало ускорение пламени

в узкой трубе, но блокировало его в других частях устройства.

Для того, чтобы исследовать влияние величины параметра расширения на пе-

реход к детонации, нами был проведен ряд численных экспериментов по расчету
ПГД для труб диаметром 64.3 мм и 76.7 мм, на которые были насажены камеры
диаметром 100 мм и длиной 100 мм. Два этих варианта соответствовали значениям
параметра расширения соответственно 0.60 и 0.40. В исследовавшемся устройстве
было 10 камер, равномерно распределенных по трубе с промежутками 50 мм между
камерами; длина всего устройства составляла 1.45 м.

На рис. 11 показано распределение плотности и скорости газа в камерах 6 и 7 при

прохождении по ним фронта реакции для случая β

ER

= 0.4. Концентрация горючего

(C

f uel

= 0.012) и условия зажигания те же, что и в предыдущем случае (рис. 10).

Результаты расчетов показывают, что детонационный режим устанавливается в 7-
ой камере и на выходе из нее. Максимальная скорость детонационной волны 1700
м/с, а средняя скорость – 1450 м/с. Таким образом, при данном значении параметра
расширения (β

ER

= 0.4) можно говорить об установлении режима низкоскоростной

детонации.

На рис. 12 изображены траектории фронта пламени и его скорость для трубы с

равномерно расположенными камерами при концентрации горючего 0.012. Горизон-
тальные линии на рис. 12b, c отмечают границы камер. Из рисунка видно, что в
случае высоких значений параметра расширения устанавливался режим галопирую-
щего горения с весьма регулярными осцилляциями скорости. Для более низких зна-
чений этого параметра осцилляции скорости были нерегулярными и имели меньшую
амплитуду. Для еще более низких значений β

ER

устанавливалась галопирующая де-

тонация со средней скоростью распространения меньшей, чем скорость детонации
Чепмена – Жуге для исследуемой смеси.

Таким образом, для рассматриваемого состава смеси значения параметра расши-

рения β

ER

= 0.4

÷ 0.6 являются переходными между режимами низкоскоростной

детонации и галопирующего горения. Исследуем, зависит ли переходная область
параметра β

ER

от состава смеси. На рис. 13 представлены результаты численных

экспериментов по ускорению пламени в многокамерной трубе для различных значе-
ний начальных концентраций горючего (C

f uel

= 0.012 и C

f uel

= 0.015), но при одном

и том же коэффициенте расширения β

ER

= 0.6.

Из рис. 13 видно, что при концентрации горючего C

f uel

= 0.012 в трубе уста-

навливается режим галопирующего горения со средней осевой скоростью 720 м/с.
При повышении начальной концентрации горючего (C

f uel

= 0.015) в окрестности

6-ой камеры происходит смена режима распространения волны: ускоряющееся гало-
пирующее горение приводит к возникновению низкоскоростной детонации, которая
распространяется со средней осевой скоростью 1600 м/с при максимальной скорости
2000 м/с на переходном участке. Таким образом, увеличение начальной концентра-

145

Рис. 11: Эволюция полей плотности и скорости 6-ой – 7-ой камерах многокамер-
ного устройства при значении параметра расширения β

ER

= 0.40, концентрации

горючего 0.012

146

Рис. 12: Траектории и средние по сечению скорости фронта реакции при уско-
рении пламени в газовой смеси при концентрации горючего C

f uel

= 0.012 в

многокамерных устройствах для различных значений коэффициента расшире-
ния: (a) – β

ER

= 0.96; (b) – β

ER

= 0.60; (c) – β

ER

= 0.40

147