Получение квазиплоского детонационного фронта для зажигания высокоскоростного потока в широком канале прямоугольного сечения
В.А. Сметанюк1, И.А. Садыков1, П.О. Виноградов1,2, Я.С. Дудко1,2, С.М. Фролов1,2,3
1Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Москва, Россия
smetanuk@mail.ru
2Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва, Россия
vinarbeit@yandex.ru
3Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия
smfrol@chph.ras.ru
Ключевые слова: зажигание высокоскоростного потока, плоская детонационная форкамера, детонационная волна, квазиплоский фронт, метано-кислородная смесь, ионизационный зонд, кажущаяся скорость детонации, численное моделирование, экспериментальный стенд
Страницы: 697-712
Аннотация
В статье проводится численное обоснование и экспериментальная верификация условий формирования квазиплоского детонационного фронта в импульсно-детонационной форкамере. Форкамера предназначена для одновременного поджига высокоскоростного потока топливно-воздушной смеси в широком канале прямоугольного сечения по всей площади проточной части канала, что позволяет отказаться от сложной синхронизации отдельных источников зажигания. В работе реализован комплексный подход, сочетающий двухстадийное численное моделирование и натурный эксперимент. По результатам расчетов определены оптимальные геометрические параметры плоской детонационной форкамеры (ПДФ), смесительного коллектора и Т-образной трубки-предетонатора, а также найдены режимные характеристики газоподачи для стехиометрической метано-кислородной смеси, используемой в качестве рабочего тела для зажигания. На основе полученных данных создан экспериментальный стенд с системой раздельной подачи компонентов и матрицей ионизационных зондов для диагностики волновых процессов. В ходе исследований продемонстрирована высокая сходимость расчетных и экспериментальных результатов для одного детонационного импульса. Установлена инвариантность квазиплоской формы фронта детонационной волны в ПДФ к процессу предварительного наполнения тракта горючей смесью. На основе анализа хронограмм установлена природа локальных пиков измеряемой скорости фронта (до 3500 м/с), превышающих термодинамическую скорость детонации Чепмена - Жуге (2380 м/с), за счет проявления геометрического эффекта кажущейся фазовой скорости. Разработанные подходы и конструктивные решения представляют практический интерес для прикладной газодинамики горения и проектирования перспективных воздушно-реактивных двигателей.
DOI: 10.63430/TIA202604009 |
