Представлен новый способ определения параметров уравнения состояния JWL продуктов взрыва взрывчатых веществ по экспериментальным данным. В качестве опорных точек используются экспериментально полученные значения давления и массовой скорости на адиабате расширения - торможения продуктов взрыва. Значения параметров уравнения состояния JWL определяются с помощью итерационного алгоритма.
А.П. Ершов
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия ers@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: детонация, взрыв, эксперимент, электромагнитный метод
Страницы: 53-62
Один из недостатков классического электромагнитного метода Е. К. Завойского - чувствительность к неодномерности течения за фронтом исследуемой волны. Для коррекции измерений в данной работе предлагается четырехконтактный датчик. Регистрируются два сигнала от рамок, одна из которых расположена в касательной к фронту плоскости, а другая - в плоскости, параллельной направлению распространения волны. Далее из двух записей конструируется истинный сигнал скорости, нечувствительный к кривизне фронта. Второе затруднение, возникающее при электромагнитных измерениях, - довольно крупный размер датчиков. Обычно длина рабочего плеча L составляет около 1 см. Анализ распределения потенциала в датчике показал, что предлагаемый комбинированный датчик эквивалентен двум рамкам нулевой ширины, причем эффективная длина L есть расстояние между средними линиями подводящих проводников. Показано, что значение L можно уменьшить до 1.5 ÷ 2 мм при ширине выводов около 0.5 мм. Это позволяет проводить локальные измерения в «пятнах» миллиметрового размера, а также работать с малогабаритными зарядами. Указанные усовершенствования приближают электромагнитные измерения к уровню современных оптических методик, при гораздо более скромных затратах на оборудование.
С.А. Бордзиловский, С.М. Караханов, А.В. Пластинин
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия karakhanov@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: ударные волны, микробаллоны, коллапс поры, горячие точки, вязкость, интенсивность излучения, температура горячей точки
Страницы: 63-71
Исследовалось световое излучение образцов, представляющих собой прозрачную матрицу с включениями горячих точек. В качестве материала матрицы применялись вода и эпоксидная смола. Горячие точки генерировались при сжатии полых стеклянных микробаллонов МС-В ударной волной. В диапазоне давлений 0.7 ÷ 29 ГПа зарегистрировано время затухания яркости от 280 до 70 нс. Время затухания яркости увеличивалось больше чем на порядок при замене оптического окна из твердой эпоксидной смолы на LiF. Тем не менее, даже такое увеличение времени затухания яркости намного меньше оценок температурной релаксации горячих точек за счет механизмов теплопроводности при расчете со стационарными параметрами (ta = 10-2с) и за счет излучения (τ = 2.4 · 10-3 с). Сделан вывод, что доминирующим механизмом температурной релаксации является турбулентное перемешивание среды за фронтом ударной волны. Результаты опытов показывают, что при численном моделировании температурного поля при прохождении поры ударной волной необходимо учитывать вязкость и прочность вещества матрицы.
R. Liu1, F.-F. Hu2, D.-Y. Li3, C.-X. Zhao4, Y.-F. Cheng3 1Technical Department of Library, Anhui University of Science and Technology, Huainan, PR China 2School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan, PR China 3School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan, PR China 4College of Field Engineering, Army Engineering University of PLA, Nanjing, PR China
Ключевые слова: измерение температуры, горючий газ, двухцветный пирометр, горение газа
Страницы: 72-82
Знание распределения температуры в процессе горения необходимо для оценки состояния процесса, мониторинга безопасности и диагностики аварийных ситуаций, связанных с использованием горючих газов. Традиционный метод двухцветной пирометрии не позволяет измерять температуру газового пламени, если в пламени нет серых тел. Авторы усовершенствовали метод двухцветной пирометрии путем использования вспомогательных порошков как источника серых тел и спроектировали соответствующую установку для визуализации процесса горения горючих газов и измерения температуры. Чтобы повысить точность измерения температуры, было изучено влияние типа порошка, размера частиц и их концентрации, а также времени задержки инициирования воспламенения. После проведения многочисленных тестов установлено, что наилучшие результаты измерений достигаются для смеси H2/воздух (30/70 %) при использовании порошка вольфрама со средним размером частиц 7.9 мкм, концентрацией частиц 21 г/м3 и временем задержки инициирования воспламенения 80 мс. Корректность полученных в указанных условиях результатов была подтверждена результатами предыдущих исследований.
J.-L. Li1, J. Guo2, X.-X. Sun3, F.-Q. Yang2 1School of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, PR China 2College of Environment and Safety Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, PR China 3State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Hefei, PR China
Ключевые слова: метановоздушная смесь, вентилируемый взрыв, препятствие, избыточное давление, пламя
Страницы: 83-95
Проведено исследование вентилируемого взрыва 9%-й метановоздушной смеси при переднем, центральном и заднем расположении точки зажигания в прямоугольной емкости объемом 1 м3 в присутствии и в отсутствие препятствий в виде цилиндров, расположенных параллельно направлению вентилирования. Наблюдались три пика давления P1, P2 и Pext , соответствующие срыву вентилирования, пламеакустическому взаимодействию и внешнему взрыву. Пик давления P1 возникал во всех экспериментах и был нечувствителен к положению точки зажигания, но в присутствии препятствий его величина возрастала. Пик давления P2 появлялся только в случаях центрального и переднего положения точки зажигания в отсутствие препятствий. Пик давления Pext наблюдался в опытах с задним расположением точки зажигания и увеличивался в присутствии препятствий. Длительность осцилляций Гельмгольца была больше при переднем положении точки зажигания, а присутствие препятствий слабо влияло на их частоту. Сравнение результатов моделирования временных зависимостей давления и распространения пламени в программе FLACS с экспериментальными результатами подтвердило возможность использовать эту программу для предсказания свойств вентилируемого взрыва метановоздушной смеси. Программа FLACS в основном предсказывает форму кривых избыточного давления. В присутствии препятствий моделирование лучше соответствует эксперименту, так как FLACS не предсказывает пик давления P2, вызываемый пламеакустическими взаимодействиями. Моделирование удовлетворительно согласуется с экспериментом в случае заднего зажигания, так как величина пика давления Pext и влияние препятствий на Pext были рассчитаны с хорошей точностью. Поведение пламени, рассчитанное по программе FLACS, соответствовало экспериментальному, но расчеты не воспроизводили влияние неустойчивости Тейлора на пламя.
Е.С. Прохоров
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия prokh@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: газовая детонация, газодинамические параметры, продукты сгорания, химическое равновесие, конденсация углерода
Страницы: 96-102
На основе унифицированного подхода к расчету равновесных состояний продуктов сгорания углеводородов при недостатке кислорода построено численно автомодельное решение, позволяющее моделировать структуру детонационной волны в переобогащенной топливом ацетиленокислородной смеси. Проанализировано влияние на эту структуру наличия конденсированных углеродных частиц в продуктах детонации.
Режимы непрерывной многофронтовой детонации двухфазных смесей авиационный керосин - горячий воздух впервые реализованы и исследованы в проточной кольцевой камере сгорания диаметром 503 мм и длиной 600 мм. Воздух с расходом 7.8 ÷ 24 кг/с предварительно нагревался до 600 ÷ 1 200 K огневым способом в форкамере при сжигании стехиометрической смеси Н2-О2. В системе подачи горючего жидкий керосин барботировался воздухом. Коэффициент избытка горючего составлял 0.66 ÷ 1.28. Исследовано влияние температуры воздуха на область реализации непрерывной детонации, на давление в камере сгорания и удельный импульс. В опытах при температуре воздуха 600 ÷ 1 200 К наблюдали режимы непрерывной многофронтовой детонации с одной парой (частота 1.2 ± 0.1 кГц) или двумя парами (частота 2.4 ± 0.2 кГц) сталкивающихся поперечных детонационных волн. По измеренному на выходе из камеры сгорания давлению торможения определены сила тяги и удельный импульс. Показано, что увеличение температуры воздуха способствует детонационному сжиганию двухфазной смеси керосин - воздух, однако при этом возрастает степень диссоциации продуктов сгорания и уменьшается удельный импульс силы тяги. Обеднение смеси горючим повышает удельный импульс, а его максимальное значение с учетом энергии сжатого воздуха в ресиверах составило около 2 200 с при температуре воздуха в форкамере 600 К.
Gh. R. Safari, A. M. Tahsini
School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, IRAN am_tahsini@iust.ac.ir
Ключевые слова: детонация, размер капли, испарение, n-гептан, численное моделирование, двухфазный поток
Страницы: 116-124
Исследовались детонация облака капель n-гептана в воздухе и влияние размера капель на этот процесс. Разработан численный алгоритм моделирования двухфазного реагирующего сжимаемого потока с использованием одноступенчатой химической реакции. Основное внимание уделяется влиянию размера капли на скорость и давление за фронтом детонационной волны. Определено, что верхний предел размера капель соответствует самоподдерживающейся детонационной волне. Показано, что в случае капель среднего размера параметры детонации выше, чем при детонации газового топлива или жидкого с каплями большого размера. Анализ характеристик потока за волной подтверждает влияние размера капель на параметры волны.
Q. Jing1, D. Wang2, C.-L. Shi2, Q.-M. Liu3, Y. Shen3, Z.-S. Wang3, C.-Q. Liu3, Z. Yang3, Z.-L. He3, X. Chen3, S.-Z. Li3, J.-X. Huang3 1College of Safety and Ocean Engineering, China University of Petroleum, Beijing, China 1499733742@qq.com 2Beijing Key Laboratory of Metro Fire and Passenger Transportation Safety, China Academy of Safety Science and Technology, Beijing, China 3State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing, China
Ключевые слова: переход горения в детонацию, порошок хлопьевидных частиц алюминия, двухфазная детонация, структура детонационной волны, избыточное давление детонации, скорость детонации
Страницы: 125-134
Проведено экспериментальное исследование двухфазного потока при взрыве воздушной взвеси хлопьевидных частиц алюминия в крупномасштабной горизонтальной трубе длиной 32.4 м с внутренним диаметром 0.199 м. Анализировался переход горения в детонацию при воспламенении электрической искрой с энергией 40 Дж взвесей с различными массовыми концентрациями частиц алюминия в воздухе. Экспериментально показано установление самоподдерживающейся детонации в диапазоне концентраций частиц алюминия в воздухе 286 ÷ 532 г/м3. Детально проанализирован процесс перехода горения в детонацию при оптимальной концентрации частиц алюминия 409 г/м3, при этом скорость детонации составила 1 690 м/с, давление детонации - 58 бар. В самоподдерживающемся режиме детонации избыточное давление топливно-воздушной смеси проявляет типичный характер постоянных колебаний, при этом скорость детонационной волны постоянна. Также наблюдалась двухголовая спиновая детонация алюминиево-воздушной смеси. Проанализированы структура детонационной волны, параметры поля течения, взаимодействие между ударными волнами, траектории тройных точек. Размер детонационных ячеек при оптимальной концентрации составил около 486 мм.
G. Luo1, L. J. Zhang2, J. Q. Fang3 1Zhejiang College of Security Technology, Department of Emergency and Technology, Zhejiang, China luogang3615@163.com 2College of Safety Science and Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing, China 3School of Business, Wenzhou University, Wenzhou, China fangjiaqi355@126.com
Ключевые слова: метановоздушное пламя, метод крупных вихрей (LES), вязкостные модели подсеточного масштаба, модели горения подсеточного масштаба, пламевихревое взаимодействие
Страницы: 135-149
Экспериментально и численно исследовалась динамика предварительно перемешанного метановоздушного пламени в камере с препятствием. Эксперименты выполнялись с использованием высокоскоростной видеокамеры и измерений датчиком давления. Для численного моделирования были выбраны три вязкостные модели подсеточного масштаба и три модели горения подсеточного масштаба. Проведено сравнение результатов моделирования с данными экспериментов. Высокоскоростное фотографирование выявило четыре типичные стадии распространения пламени. При прохождении фронта пламени через препятствие образуются два отдельных вихря пламени. Закрученное пламя является результатом пламевихревого взаимодействия. Кроме того, режим горения меняется с морщинистого на складчатые языки пламени и окончательно переходит в режим тонкой реакционной зоны.