На главную              К списку выставок

Неустойчивость и методы стабилизации процессов горения

Журнальные статьи

Briones, Alejandro M.; Aggarwal, Suresh K.; Katta, Viswanath R. Effects of H-2 enrichment on the propagation characteristics of CH4-air triple flames // COMBUSTION AND FLAME Volume: 153 Issue: 3 Pages: 367-383 Published: MAY 2008

The effects of H-2 enrichment on the propagation of laminar CH4-air triple flames in axisymmetric coflowing jets are numerically investigated. A comprehensive, time-dependent computational model, which employs a detailed description of chemistry and transport, is used to simulate the transient ignition and flame propagation phenomena. Flames are ignited in a jet-mixing layer far downstream of the burner. Following ignition, a well-defined triple flame is formed that propagates upstream along the stoichiometric mixture fraction line with a nearly constant displacement velocity. As the flame approaches the burner, it transitions to a double flame, and subsequently to a burner-stabilized nonpremixed flame. Predictions are validated using measurements of the displacement flame velocity. As the H2 concentration in the fuel blend is increased, the displacement flame velocity and local triple flame speed increase progressively due to the enhanced chemical reactivity, diffusivity, and preferential diffusion caused by H2 addition. In addition, the flammability limits associated with the triple flames are progressively extended with the increase in H2 concentration. The flame structure and flame dynamics are also markedly modified by H2 enrichment, which substantially increases the flame curvature and mixture fraction gradient, as well as the hydrodynamic and curvature-induced stretch near the triple point. For all the H-2-enriched methane-air flames investigated in this study, there is a negative correlation between flame speed and stretch, with the flame speed decreasing almost linearly with stretch, consistent with previous studies. The H2 addition also modifies the flame sensitivity to stretch, as it decreases the Markstein number (Ma), implying an increased tendency toward diffusive-thermal instability (i.e. Ma -> 0). These results are consistent with the previously reported experimental results for outwardly propagating spherical flames burning a mixture of natural gas and hydrogen.

Davis, D. W.; Therkelsen, P. L.; Littlejohn, D.; Effects of hydrogen on the thermo-acoustics coupling mechanisms of low-swirl injector flames in a model gas turbine combustor //PROCEEDINGS OF THE COMBUSTION INSTITUTE Volume: 34 Pages: 3135-3143 Part: 2. 2013

The effects of hydrogen on the dynamic response of self-excited oscillations in a model low-swirl injector (LSI) gas turbine combustor have been studied by high-speed imaging of flame light emissions and OH* chemiluminescence on two thermoacoustically coupled unsteady flames burning CH4 (113 kW) and a fuel blend of 0.9H2/0.1CH(4) (74 kW). The two flames have different shapes. The CH4 flame is lifted and bowl-shaped and the 0.9H2/0.1CH(4) flame is attached and M-shaped. From phase-resolved PIV, the dominant unsteady flow structures of both flames are ring vortices shed from the LSI exit rim. The vortices of the CH4 flame burn intermittently and those in the 0.9H2/0.1CH(4) flame burn consistently. Proper orthogonal decomposition analysis of OH* and calculation of Rayleigh indices show different flame structures are responsible for generating flame oscillations and acoustic coupling. CH4 flame oscillations are associated with flame folding near the standing ring vortex below the trailing edge of the lifted flame, intermittent burning of the shear layer, and irregular acoustic driving. The 0.9H2/0.1CH(4) flame has regular and stronger forcing. A key contributor to the 0.9H2/0.1CH(4) flame driving is merging of the central flat flame with the reacting rolled-up vortices, resulting in an instantaneous narrow band of localized high heat release density that is in phase with the pressure oscillation. Cyclic variations in the flow of the reactants also contribute to non-linear effects. High reactivity of H-2 generates a situation where the geometry of the attached shear layer flame and central disk-shaped flame creates a very favorable situation for exciting higher-pressure oscillations at a lower total heat release than CH4 flames. To control combustion oscillations in a fuel-flexible LSI gas turbine combustor, the mitigation of flame attachment and/or formation of the outer shear layer would be necessary.

D'Hernoncourt, J.; Zebib, A.; De Wit, A. On the classification of buoyancy-driven chemo-hydrodynamic instabilities of chemical fronts //CHAOS Volume: 17 Issue: 1 Article Number: 013109 Published: MAR 2007

Exothermic autocatalytic fronts traveling in the gravity field can be deformed by buoyancy-driven convection due to solutal and thermal contributions to changes in the density of the product versus the reactant solutions. We classify the possible instability mechanisms, such as Rayleigh-Benard, Rayleigh-Taylor, and double-diffusive mechanisms known to operate in such conditions in a parameter space spanned by the corresponding solutal and thermal Rayleigh numbers. We also discuss a counterintuitive instability leading to buoyancy-driven deformation of statically stable fronts across which a solute-light and hot solution lies on top of a solute-heavy and colder one. The mechanism of this chemically driven instability lies in the coupling of a localized reaction zone and of differential diffusion of heat and mass. Dispersion curves of the various cases are analyzed. A discussion of the possible candidates of autocatalytic reactions and experimental conditions necessary to observe the various instability scenarios is presented.

Favale, G.; Miccio, F.Modeling unsteady and perturbed combustion of heterogeneous composite propellants // AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY Volume: 12 Issue: 4 Pages: 285-294. JUN 2008

The paper reports further developments of a numerical model for the combustion of composite solid propellants. Improvements include a better simulation of the fluid-dynamics by considering full Navier-Stokes equations coupled with species conservation, mass balance and energy balance equations. The model is also able to simulate the process under the action of an external perturbation, which is produced by a time-dependent heat flux impinging the propellant surface (e.g. laser source). Results of the model are reported in the paper in terms of two-dimensional distribution of most relevant variables, including gas concentration, velocity and temperature. The model has been validated against data of ignition delay available in the literature. The present study confirms that a simplified approach for fluid-dynamics is acceptable above a characteristic distance from the propellant surface, which is shortened at low values of the particle size and pressure. The analysis of model results under perturbed conditions demonstrates the pulsating impinging flux largely influences the propellant performance, the burning rate being largely increased by the irradiation. A periodic pulsating flux induces an oscillatory behavior of the burning process. At low perturbation frequency, the propellant is forced to burn at the same frequency of the external source. At high perturbation frequency, this effect disappears and typical fluctuations induced by the propellant heterogeneity are again evident. The transition between lower to higher frequencies (100-500 Hz) leads to emphasize the standard deviation of the observed time-dependent outputs (e.g. exit temperature), denoting the onset a resonance effect

Firsov, A. N.; Ozerkovskaya, N. I.; Shkadinskii, K. G. Unsteady Modes of Filtration Combustion // COMBUSTION EXPLOSION AND SHOCK WAVES Volume: 46 Issue: 4 Pages: 371-379 Published: JUL 2010 Published: JUL 2010

Unsteady modes of filtration combustion are studied with the use of a three-dimensional mathematical model. The model describes exothermic chemical interaction of condensed systems with active gases and formation of solid products. Unsteadiness of the filtration combustion modes is caused by instability of the plane combustion front. Formation of the periodic structure of the front of combustion of porous cylindrical samples with different cross-sectional shapes is studied. It is demonstrated that different periodic regimes of combustion-front propagation can occur under conditions of instability of the plane combustion front and deficit of the active gas mass inside the pores, depending on the cross-sectional shape of cylindrical samples and various methods of heat and mass transfer between the sample and the ambient gas medium. Periodic regimes of oscillatory (volume and surface) combustion for samples with a circular cross section, spinning mode for samples with a ring-shaped cross section, and complicated periodic regimes for samples with a rectangular cross section are obtained.

Ivleva, TP; Merzhanov, AG. Three-dimensional modes of unsteady solid-flame combustion // CHAOS Volume: 13 Issue: 1 Pages: 80-86 Published: MAR 2003

Mathematical simulation is being widely used in modeling wave propagation in various physical, chemical, and biological processes, such as gasless combustion, frontal polymerization, etc. Numerical simulation is especially important in three-dimensional (3D) modeling of the spinning and chaotic waves propagating in nontransparent solids. In this paper, we analyze the system of equations that describes the propagation of a self-sustained wave through a cylindrical sample of combustible mixture. In this case, sample composition, sample radius, and heat loss from the sample surface will be used as variable parameters. We will describe (i) the combustion modes that give rise to periodic screw motion of one or several hot spots, (ii) inner wave structure, (iii) effect of parameters on the wave structure, (iv) some modes that have not yet been observed experimentally, (v) a loss of periodicity that leads to chaotic propagation of a 3D self-sustained wave.

Ji, J. J.; Luo, Y. H.; Hu, L. Y. Study on the mechanism of unsteady combustion related to volatile in a coal-fired traveling grate boiler //APPLIED THERMAL ENGINEERING Volume: 28 Issue: 2-3 Pages: 145-156 Published: FEB 2008

o There are a variety of low-grade and hard-to-burn coals used in grate boilers in China. Almost all of them are manufactured with arches to promote the efficiency and their applicability to various coals. However, those boilers sometimes suffer from the unsteady combustion known as “puff”, which degrades energy efficiency, emits smoke pollution and even damages components. The mechanism responsible for its occurrence has been speculated to be related to the abnormal combustion of volatile released from coal, however, the details have not been clearly known up till now. In this paper, an experimental system is set up to investigate the unsteady combustion mechanism in an industrial traveling grate boiler. Natural gas is used to simulate the volatile from coal. Under the condition of two typical air distribution modes, dynamic pressure signals at various flow rates with fixed stoichiometric ratio are measured and influence factors on the unsteady combustion are studied. The detailed combustion characteristics are analyzed with large eddy simulation. The simulation is in reasonable agreement with the experiment and further discovers the mechanism of the volatile-related unsteady combustion. Moreover, the frequency analysis of the experimental data also confirms this mechanism.

Kakutkina, N. A.; Rychkov, A. D. Modeling of unsteady filtration gas combustion // COMBUSTION EXPLOSION AND SHOCK WAVES Volume: 46 Issue: 3 Pages: 279-285 Published: MAY 2010

Unsteady filtration gas combustion with various gas flow parameters is studied by mathematical modeling. Transition processes due to a sudden change in the calorific value of the gas mixture, gas flow velocity, and flow direction are considered. Trends and mechanisms of change in the structure of the filtration gas combustion wave and its propagation velocity are analyzed for various types of transition processes. It is found that with a sudden change in gas flow parameters, the flame can abruptly move large distances in the porous medium. Subsequently, at the new flame localization, a wave of filtration gas combustion forms which corresponds to the changed parameters of the gas flow. If in the porous medium, the amount of heat is insufficient, the transition process ends with quenching. As the gas flow direction changes, the combustion wave continues to propagate in the former direction for some time, which can lead to the spread of the high-temperature zone in devices based on the reverse process with a homogeneous gas-phase reaction.

Masquelet, M.; Menon, S.; Jin, Y.; Simulation of unsteady combustion in a LOX-GH(2) fueled rocket engine //AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY Volume: 13 Issue: 8 Pages: 466-474 Published: DEC 2009

This paper presents results from an investigation of unsteady combustion inside a small-scale, multi-injector liquid rocket engine. A time-accurate approach in an axisymmetric geometry is employed to capture the unsteady flow features, as well as the unsteady heat transfer to the walls of the combustion chamber. Both thermally perfect gas (TPG) and real gas (RG) formulations are evaluated for this LOX-GH(2) system. The Peng-Robinson cubic equation of state (EoS) is used to account for real gas effects associated with the injection of oxygen. Realistic transport properties are computed but simplified chemistry is used in order to achieve a reasonable turnaround time. Results show the importance of the unsteady dynamics of the flow, especially the interaction between the different injectors. The RG EoS, despite a limited zone of influence, is shown to govern the overall chamber behavior. The sensitivity of the results to changes in the system parameters is studied and some general trends are discussed. Although several features of the simulations agree well with past experimental observations, prediction of heat flux using a simplified flux boundary condition is not completely satisfactory. Reasons for this discrepancy are discussed in the context of the current axisymmetric approach.

Prokof'ev, V. G.; Kirdyashkin, A. I.; Salamatov, V. G.; Unsteady combustion of gases in an inert porous layer //COMBUSTION EXPLOSION AND SHOCK WAVES Volume: 46 Issue: 6 Pages: 641-646 Published: NOV 2010

Unsteady filtration combustion of gases in an inert porous layer is considered taking into account the gas pressure distribution in the pores. The steady-state combustion limits in the layer as functions of depending on gas flow and parameters of interfacial heat transfer were determined. The possibility of the existence of self-oscillating filtration combustion is shown.

Rashkovskii, S. A.; Milekhin, Yu M.; Klyuchnikov, A. N.; Method of the Model Equation in the Theory of Unsteady Combustion of a Solid Propellant //COMBUSTION EXPLOSION AND SHOCK WAVES Volume: 48 Issue: 1 Pages: 64-72 Published: JAN 2012

A model equation for the unsteady burning rate of a solid propellant is proposed and justified. In the frequency range of interest for practice, the proposed model agrees with the phenomenological theory of unsteady combustion, but it is even more convenient for applications because it reduces to an ordinary differential equation of the second order with respect to the burning rate. A parametric study of the transitional process in the solid-propellant rocket motor is performed with variations of the nozzle throat area in a wide range of solid propellant parameters. The model predicts oscillatory combustion regimes and propellant extinction in the case of a decrease in pressure. The boundary of stability of the transitional process in the coordinates "sensitivity of the burning rate to changes in pressure-sensitivity of the burning rate to changes in initial temperature." It is demonstrated that the calculations performed with the use of this model are in qualitative and quantitative agreement with experimental data for a full-scale solid-propellant rocket motor.

Аккерман В.Б., Бычков В.В. ПЛАМЯ С РЕАЛЬНЫМ ТЕПЛОВЫМ РАСШИРЕНИЕМ В НЕСТАЦИОНАРНОМ ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ //Физика горения и взрыва. 2005. Т. 41. № 4. С. 3-17

Исследована скорость распространения турбулентного пламени с реальным тепловым расширением во внешнем течении, зависящем от времени, для случая бесконечно тонкого фронта пламени и для пламени малой, но конечной толщины. Показано, что влияние пульсаций потока во времени обычно мало, и им можно пренебречь для разумных значений частоты пульсаций. В случае реального теплового расширения роль пульсаций во времени даже меньше, чем в исследованной ранее искусственной модели нулевого расширения. Из полученных результатов видно, что гипотеза Тейлора о «стационарной» турбулентности является хорошим приближением при исследовании турбулентного горения. Роль пульсаций становится значительной, только когда интегральный масштаб турбулентности близок к длине волны отсечки неустойчивости Даррье – Ландау. В этом частном случае пульсации во времени могут оказаться важными для объяснения экспериментов по турбулентному горению.

Алдушин А.П., Браверман Б.Ш. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ВОЛНЫ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ// Доклады Академии наук. 2009. Т. 427. № 3. С. 340-343.



При моделировании горения квазигомогенных энергетических материалов (ЭМ) во многих случаях значительная часть усилий расходуется на более точное описание процессов в газовой фазе. При этом часто неявно предполагается, что именно там локализованы процессы, определяющие всю картину горения. В то же время появляются все новые аргументы в пользу ведущей роли процессов в конденсированной фазе для ряда наиболее употребительных ЭМ в диапазоне давлений 40–100 атм. В этом случае зона подповерхностных реакций оказывается неустойчивой. Представления о таком неизвестном ранее виде неустойчивости позволяют правдоподобно объяснить эффект “поперечных волн горения”, которые для ЭМ с газообразными продуктами наблюдаются в экспериментах с визуализацией поверхности, в том числе в области устойчивости по Зельдовичу–Новожилову. Приведены аргументы в пользу того, что эти волны – фазовые. Сказанное относится и к “более низкочастотной” неустойчивости по Зельдовичу–Новожилову. Сформулирована проблема моделирования горения ЭМ с неустойчивостью в зоне подповерхностных реакций и с возникающей при этом турбулентностью.

16. 00179X
Зайцев М.Л., Аккерман В.В. ЛАМИНАРНОЕ ПЛАМЯ И ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ В ДВУМЕРНОМ ПОТОКЕ// Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2011. Т. 139. № 3. С. 613-620.

Полная система гидродинамических уравнений, описывающих развитие неустойчивости фронта реакции в двумерном потоке в обратном направлении времени, сведена к замкнутой системе поверхностных уравнений с использованием переменных Лагранжа и интегралов движения. Полученная система позволяет исследовать процессы внутри фронта, не решая при этом полную систему уравнений гидродинамики и химической кинетики. В адиабатическом приближении демонстрируется, как учесть вызванные этим движением колебания плотности газа.

Замащиков В.В. СПИНОВОЕ ГАЗОВОЕ ГОРЕНИЕ В УЗКОЙ ЩЕЛИ//Физика горения и взрыва. 2006. Т. 42. № 3. С. 23-26.

Экспериментально исследуется горение в зазоре между двумя тонкими круглыми пластинками с центральной точечной подачей газа. Показано существование нескольких режимов. При больших расходах наблюдается неустойчивое пульсирующее горение. С уменьшением расхода при определенных условиях происходит переход в режим спинового горения. При достаточно малом расстоянии между пластинами может реализоваться так называемый режим горения с избытком энтальпии в условиях расходящегося потока газа.

Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. ОБ ОДНОМ СПОСОБЕ УСКОРЕНИЯ ПЕРЕХОДА ОТ ДЕФЛАГРАЦИИ К ДЕТОНАЦИИ В ГАЗООБРАЗНЫХ ГОРЮЧИХ СМЕСЯХ//Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. 2008. № 4. С. 38-45.

Приведены результаты исследований возможности ускорения распространения пламени путем дополнительного импульсного вложения энергии вблизи фронта горения. Исследования проведены методами численного моделирования с использованием двумерной гидродинамической модели горения предварительно перемешанной горючей смеси с учетом теплопроводности, многокомпонентной диффузии и химической кинетики. Рассмотрено распространение фронта горения в плоском канале, заполненном стехиометрической водородно-воздушной смесью при учете взаимодействия фронта горения с пограничным слоем у стенок канала. Обнаружено значительное ускорение развития неустойчивости Дарье-Ландау при воздействии на фронт пламени слабых ударно-волновых возмущений. Этот эффект может быть одной из причин быстрого перехода к детонации в газообразной горючей смеси.


В рамках тепловой однотемпературной модели исследовалась неустойчивость стационарного фронта горения газа в инертной пористой среде в неадиабатическом режиме. На основе формулы для равновесной температуры, в которой дополнительно учитываются коэффициент теплоотвода и скорость вдува газа, получено дисперсионное уравнение, в частности совпадающее с ранее известным уравнением. Границы колебательной и экспоненциальной неустойчивости определены в виде зависимости стационарной скорости фронта горения от скорости вдува газа как предельные максимальные значения коэффициента теплоотдачи в окружающее пространство. По формуле Зельдовича получено соотношение определяющих параметров на пределе горения.

Какуткина Н.А. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРЕНИЯ ГАЗА В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ//Физика горения и взрыва. 2005. Т. 41. № 4. С. 39-49.

В рамках тепловой модели рассмотрены некоторые аспекты устойчивости очагового и наклонного фронтов горения газа в пористой среде. Получено общее выражение для скорости искривленного фронта волны фильтрационного горения газа с учетом кривизны и локального наклона фронта. Показано, что кривизна всегда способствует стабилизации фронта. Наклон фронта, в принципе, может оказывать дестабилизирующее действие. Однако из-за того, что этот эффект слабее влияния кривизны, он не вызывает развития неустойчивости. Проанализирована роль конвективного тепло- и массообмена очага горения с окружающим газовым потоком и селективной диффузии в развитии очаговой неустойчивости. Найдены критерии развития очаговой неустойчивости и определены диапазоны параметров системы, при которых возможна неустойчивость. Рассмотрено влияние изменения длины фронта в процессе распространения волны на развитие неустойчивости наклонного фронта. Учет этого фактора дает критерий развития неустойчивости, совпадающий с экспериментальным.

Коннов А.А. МОДЕЛЬ ЯЧЕИСТОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛАМЕН ТРОЙНЫХ СМЕСЕЙ//Физика горения и взрыва. 2005. Т. 41. № 5. С. 14-22.

Предложена простая феноменологическая модель диффузионно-тепловой неустойчивости перемешанных пламен тройных смесей. Показано, что селективная диффузия может изменять соотношение концентраций топлива и окислителя, а также ее эффективное разбавление инертом. Ключевые параметры модели оценены на основе численного моделирования скоростей распространения пламени. Скорости пламени рассчитаны для смесей водород - кислород - азот, метан - кислород - азот, пропан - кислород - азот. Определены условия возникновения ячеистой неустойчивости в тройных смесях. В хорошем соответствии с экспериментом предсказана диффузионно-тепловая неустойчивость в пламенах водорода при коэффициенте избытка топлива ??1.45, в бедных пламенах метана при ?? 1.02 и в богатых пламенах пропана при ?? 1.03. Оценен масштаб изменений локальной скорости пламени, вызванных селективной диффузией. Показано, что в пламенах водорода и метана с воздухом азот диффундирует быстрее, чем кислород, в то время как кислород диффундирует быстрее, чем азот в пламенах пропана и других более тяжелых углеводородов. В пламенах пропана и других более тяжелых углеводородов с воздухом переход между стабильным и неустойчивым режимами предсказан в смесях с коэффициентом избытка топлива меньше значения, соответствующего максимуму кривой скорости распространения пламени, что соответствует экспериментальным наблюдениям.

Кришеник П.М., Озерковская Н.И., Шкадинский К.Г. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛНЫ ГОРЕНИЯ В СЛОИСТОЙ ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЕ//Химическая физика. 2006. Т. 25. № 7. С. 52-58.

В работе изучена нестационарная динамика фронта "дискретного" превращения гетерогенных систем в области теплодиффузионной неустойчивости стационарного фронта для конкурирующих механизмов теплопереноса. Показано, что в области "квазигомогенного" режима превращения структура волны горения и характер ее распространения близки к классическому автоколебательному режиму. При перестройке квазигомогенного режима в эстафетный наблюдаются максимальные амплитуды колебаний мгновенной скорости (эффекты резонансного взаимодействия собственных и вынужденных колебаний) распространения теплодиффузионной неустойчивой волны. Для эстафетного режима горения колебания фронта определяются дискретностью структуры среды. При лимитирующем лучистом режиме теплопереноса в силу нелинейной зависимости лучистого потока от температуры изменяется избыток энтальпии во фронте, что изменяет границу устойчивости квазистационарного фронта горения. Показано, что с ростом лучистого теплопереноса в высокотемпературной зоне амплитуды колебаний мгновенной скорости в области неустойчивого распространения фронта уменьшаются.

Минаев С.С., Фурсенко Р.В. ИНЕРЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ МОДЕЛЯХ ЭВОЛЮЦИИ ПЛАМЕНИ// Физика горения и взрыва. 2011. Т. 47. № 4. С. 24-33.

Целью данной работы является разработка новых моделей эволюции фронта пламени, способных описывать как явления инициирования, затухания и пульсаций, так и обычный режим распространения. Обычные уравнения, составляющие одномерную диффузионно-тепловую модель, были упрощены до двух обыкновенных дифференциальных уравнений для координаты фронта пламени и температуры на фронте пламени. Полученные уравнения допускают решения, описывающие, например, зажигание, затухание и нелинейные колебания пламени, которые наблюдаются при горении газа в микроканалах с повышенной температурой стенок или в случае тепловой неустойчивости при безгазовом горении конденсированных веществ. Подобие исходных диффузионно-тепловых моделей, предполагающих существование бесконечно тонкой зоны химических реакций, позволило применить общий метод для вывода упрощенных уравнений в физически разных системах. Было показано, что моделирование колебаний пламени требует, как минимум, рассмотрения эффектов, связанных с ускорением пламени («инерцией» пламени), и скорости изменения температуры фронта пламени. Точность предложенной модели с инерционными эффектами была проверена результатами прямого численного моделирования исходных уравнений.


В системах, наполненных инертными добавками, горение нитрата целлюлозы (НЦ) протекает в беспламенном низкотемпературном режиме с малой линейной скоростью. При нормальной температуре показатель степени в законе горения НЦ в балластированных смесях в интервале давлений 0.1?10 МПа в несколько раз ниже, чем в случае чистого НЦ, и составляет 0.23. Установлен качественный и количественный состав газообразных продуктов беспламенного превращения НЦ. Отмечено, что он примерно соответствует литературным данным для продуктов термического разложения НЦ при относительно низких температурах. Исходя из этого, а также из факта слабой зависимости скорости горения НЦ от давления в балластированных системах высказано предположение, что процесс в данных условиях контролируется превращением энергетического компонента преимущественно в конденсированной фазе. Показано, что в случае композита на основе НЦ, карбида кремния и полимерного связующего для образцов диаметром 10?25 мм наличие бронировки практически не сказывается на параметрах горения. Горение этой же смеси при меньших диаметрах небронированных образцов происходит в неустойчивом режиме. Наличие бронировки приводит к четкому проявлению критического диаметра горения в исследованных системах.

Мукин Р.В., Осипов А.И., Уваров А.В., Блошенко А.В. ЕДИНОЕ ОПИСАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ И ДИФФУЗИОННО-ТЕПЛОВОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ВОЛН ГОРЕНИЯ//Химическая физика. 2008. Т. 27. № 11. С. 28-35.

Проведен общий анализ устойчивости волны горения по отношению к малым линейным двумерным гидродинамическим возмущениям в приближении высокой энергии активации с учетом возмущений как гидродинамических, так и тепловых параметров.

Новожилов Б.В., Каганова З.И., Беляев А.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ГОРЕНИЯ В ТВЕРДОТОПЛИВНОМ РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ//Химическая физика. 2009. Т. 28. № 2. С. 37-44.

В рамках феноменологической теории нестационарного горения исследованы возможные режимы горения в твердотопливном ракетном двигателе с торцевым расположением заряда. Сформулирована система уравнений, позволяющая моделировать взаимодействие горения и акустики в камере сгорания. Особенностью задачи является наличие двух характерных времен – акустического и времени изменения амплитуды колебаний давления. Эти времена отличаются примерно на три порядка, что требует высокой точности численного расчета. В квадратичном приближении по амплитуде колебаний предложен более простой метод решения задачи, в котором учитываются только эффекты, связанные с характерным временем изменения амплитуды колебаний. Численные результаты получены для простейшей модели пороха, содержащей минимальное число параметров, и при отсутствии энтропийных волн в продуктах сгорания. Найдены режимы, соответствующие устойчивому и неустойчивому горению, в последнем случае нелинейные эффекты могут привести к образованию ударных волн в камере сгорания.


Рассмотрена модель горения гетерогенных конденсированных смесей, содержащих химически активные частицы, разделенные инертным теплопроводящим веществом. Подробно исследовано распространение реакции по одномерной периодической системе точечных очагов, соединенных инертными тепловыми мостиками. Определена зависимость скорости горения от основных параметров системы, исследована устойчивость стационарного режима горения. Показано, что существует область параметров, в которой процесс распространения реакции неустойчивый. Исследовано горение системы в области неустойчивости. Показано, что при уменьшении адиабатической температуры системы процесс распространения реакции многократно теряет устойчивость, при этом существующий нестационарный режим сменяется новым, более сложным, и смена режимов в рассматриваемых системах всегда происходит в виде бифуркации удвоения периода. Начиная с некоторого значения адиабатической температуры системы процесс распространения реакции становится стохастическим. В рассмотренных системах существует предельное значение адиабатической температуры, ниже которого самостоятельное распространение реакции в системе невозможно.


Решается задача о диффузионно-тепловой неустойчивости ламинарного пламени с ненулевой толщиной зоны химической реакции на основе модельной функции источника. Предположение переменности скорости пламени приводит к формуле Маркштейна, связывающей скорость движения фронта горения с кривизной этого фронта и практически к абсолютной неустойчивости горения. При постоянной же скорости пламени и числе Льюиса Le > 1, реализуется только апериодическая потеря устойчивости, а при Le < 1 - только периодическая. Если энергия активации в единицах произведения газовой постоянной на температуру пламени выше 6, то абсолютная устойчивость по отношению к возмущениям с любыми длинами волн возможна только в малой окрестности Le = 1 и Le = 0.

Фурсенко Р.В., Минаев С.С., Пэн К.Л. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ СХОДЯЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПЛАМЕНИ//Физика горения и взрыва. 2009. Т. 45. № 5. С. 8-15.

Теоретически и численно изучено влияние гидродинамической неустойчивости на скорость распространения и форму сходящегося цилиндрического пламени. Теоретические исследования выполнены в рамках нелинейного эволюционного уравнения для возмущенного фронта пламени, которое может быть выведено из общей модели аналогично уравнению Сивашинского. Явление искривления поверхности сходящегося пламени, приводящее к уменьшению времени выгорания объема свежей смеси, исследовано посредством анализа точных решений нелинейного эволюционного уравнения и численного моделирования в рамках полной гидродинамической модели. Выявлены физические процессы, определяющие динамику сходящегося цилиндрического пламени.

Шрагер Э.Р., Васенин И.М., Сабденов К.О. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ О ДИФФУЗИОННО-ТЕПЛОВОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛАМЕНИ//Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308. № 6. С. 28-33.

Проводится сравнение областей неустойчивого горения, полученные на основе применения различных модельных функции для скорости химической реакции. Показано сильное влияние величины энергии активации химической реакции на прогноз устойчивости горения при малых числах Льюиса Le. Дано теоретическое объяснение устойчивости горения при Le. 0.

На главную              К списку выставок