Газодинамика спонтанных взрывных процессов

• Автор: Бартенев, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 303 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ГАЗОДИНАМИКА СПОНТАННЫХ ПРОЦЕССОВ

ЗАРОЖДЕНИЯ ВЗРЫВА

1.1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СПОНТАННЫХ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ

1.1.1 Основная задача исследования

1.1.2 Эволюция газодинамического течения при спонтанном воспламенении

1.1.2.1 Линейное распределение температуры

1.1.2.2 Физические аспекты формирования градиентов температуры

1.1.2.3 Основные итоги наблюдений развития взрывных течений по результатам численного моделирования

1.1.3 Механизм сцепления химических и газодинамических процессов.

Структура спонтанных пламен
1.1.3.1 Формулировка 8¥АСЕ11 - механизма
1.1.3.2 Детальное качественное описание усиления взрывных процессов в случае синфазного выделения энергии при распространении ударной волны
1.1.3.3 Математическое описание основных стадий безударного инициирования детонации в среде с неравномерным распределением времени индукции.
Критерии сцепления химических и газодинамических процессов
1.1.4 Экспериментальные данные по верификации процессов невзрывного инициирования детонации
1.1.4.1 Позитивные экспериментальные наблюдения
1.1.4.2 Нейтральные экспериментальные наблюдения
1.1.4.3 Негативные экспериментальные наблюдения
1.1.5 Обобщенное понятие класса спонтанных пламен
1.2 ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ЦЕНТРЫ КАК ПРИЧИНА СПОНТАННЫХ ПРОЦЕССОВ
1.2.1 Роль экзотермических центров в процессах возникновения взрывных явлений
1.2.2 Критические условия возникновения мягкого и жесткого воспламенения
с позиции концепции спонтанных пламен
1.2.3 Модель численного определения границ мягкого и жесткого воспламенения
1.2.3.1 Алгоритм вычислений
1.2.3.2 Верификация модели для области низких давлений
1.2.3.3 Верификация модели для области высоких давлений
1.2.4 Развитие течения для разных типов воспламенения
1.2.5 Примеры использования модели мягкого и жесткого воспламенения
1.2.5.1 Влияние состава смеси на границу мягкого и жесткого режимов воспламенения.
1.2.5.2 Влияние активных промотирующих добавок на границу мягкого и жесткого режимов воспламенения
1.2.5.3 Влияние пассивных добавок на границу мягкого и жесткого режимов воспламенения

1.3 ИНИЦИИРОВАНИЕ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ ЗА ОТРАЖЕННЫМИ УДАРНЫМИ ВОЛНАМИ
1.3.1 Газодинамические особенности отражения ударных волн
1.3.1.1 Прямоугольные ударные волны
1.3.1.2 Ударные волны с треугольным профилем давления - взрывные волны.
1.3.2 Модель распространения спонтанных пламен за отраженными
ударными волнами
1.3.2.1 Общее описание течения реагирующей среды.
Распространение малых возмущений в реагирующей среде
1.3.2.2 Отражение прямоугольной волны
1.3.2.3 Нормальное отражение взрывной волны
1.3.2.4 Замечания для мягкого режима воспламенения
1.3.2.5 Замечания для разбавленных смесей
ГЛАВА 2. ИНИЦИИРОВАНИЕ ВЗРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ ГАЗА
В СХОДЯЩИХСЯ ПОТОКАХ
2.1 ВВЕДЕНИЕ , ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ, МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
2.2 ДИНАМИКА УДАРНЫХ ВОЛН ПРИ ФОКУСИРОВКЕ В ИНЕРТНОЙ СРЕДЕ
2.3 ДЕМОНСТРАЦИЯ ВЗРЫВНЫХ РЕЖИМОВ ГОРЕНИЯ ПРИ ФОКУСИРОВКЕ УДАРНЫХ ВОЛН
2.3.1 Фокусировка на двумерных параболических отражателях
2.3.2 Фокусировка на угловых отражателях
2.4. КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ФОКУСИРОВКЕ УДАРНЫХ ВОЛН НА
КЛИНОВИДНЫХ ОТРАЖАТЕЛЯХ В РЕАГИРУЮЩЕЙ СРЕДЕ
2.4.1 Качественное описание предела воспламенения
2.4.2 Критические условия прямого инициирования детонации при фокусировке ударных волн
2.5 МАСШТАБНЫЙ ФАКТОР ПРИ ИНИЦИИРОВАНИИ ДЕТОНАЦИИ
В КОНИЧЕСКИХ И ДВУМЕРНЫХ КЛИНОВИДНЫХ ОТРАЖАТЕЛЯХ
2.5.1 Энергия, аккумулированная в отражателе
2.5.2 Экспериментальные данные
2.5.3 Энергетическая теория инициирования детонации при фокусировке ударных
волн на конических и клиновидных отражателях
2.5.4 Обобщение Ä/d -критерия
ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ ГАЗОДИНАМИКИ УДАРНЫХ И ВЗРЫВНЫХ ВОЛН, СФОРМИРОВАННЫХ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАМЕН
3.1 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В ШЕРОХОВАТЫХ ТРУБАХ ЗАПОЛНЕННЫХ ГОРЯЩЕЙ С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ ГАЗОВОЙ СМЕСЬЮ
3.1.1 Формулировка модели
3.1.2 Верификация модели
3.1.3 Влияние шероховатости
3.1.4 Влияние ускорения пламени
3.1.5 Влияние замедления пламени
3.2 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА ПРИ ВСКРЫТИИ
ОБЪЕМА С ГОРЯЩЕЙ ПЫЛЕВЗВЕСЬЮ
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Результаты расчетов
3.3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНИЦИИРОВАНИЯ ДЕТОНАЦИИ
В ПРОЦЕССЕ ИСТЕЧЕНИЯ ГОРЯЩЕЙ СМЕСИ ИЗ ОБЪЕМА
3.3.1 Физические предпосылки
3.3.2 Поставка задачи
3.3.3 Результаты расчетов. Короткая присоединенная труба
3.3.4 Результаты расчетов. Длинная присоединенная труба
ГЛАВА 4 МЕТАНИЕ ТЕЛ ВЗРЫВНЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ ГАЗА
4.1 МЕТОДЫ РАСЧЕТА МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ОСКОЛКОВ
4.2 КВАЗИСТАЦИОНАРНАЯ МОДЕЛЬ РАЗРЫВА СОСУДОВ
4.2.1 Общая постановка задачи квазистационарного описания разрыва
сосудов высокого давления
4.2.2 Разрыв сосудов с инертным газом
4.2.3 Учет неидеалъности отрыва фрагмента оболочки
4.2.4 Разрыв сосудов с реакционноспособным газом. Горение с постоянной скоростью.
4.2.5 Разрыв сосудов с реакционноспособным газом. Тепловое самовоспламенение
4.3 МОДЕЛИРОВАНИЕ УСКОРЕНИЯ ТЕЛА ГАЗОВЫМ ПОТОКОМ
ОТ РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ПЛАМЕНИ В ТРУБЕ
4.3.1 Формулировка модели ускорения тела в трубе
4.3.2 Верификация модели
4.3.3 Анализ результатов моделирования
4.4 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОБЛАСТИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ С ВОЛНОЙ РАЗРЕЖЕНИЯ В ЗАДАЧЕ ЛАГРАНЖА С РЕАКЦИЕЙ
АРРЕНИУСОВСКОГО ТИПА
4.4.1 Постановка задачи
4.4.2 Анализ типов течения газа
4.4.3 Результаты численного моделирования
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННЫХ РАСЧЕТОВ

синфазного выделения энергии при распространении ударной волны, усиливая её вплоть до состояния детонации. По аналогии с лазерным процессом авторы [4] назвали данный механизм SWACER (Shock Wave Amplification by Coherent Energy Release).
Несмотря на физическую наглядность, SWACER - механизм в том виде, как он сформулирован в [4], имеет ряд внутренних погрешностей. Прежде всего, это связано с упрощенной трактовкой периодической последовательности элементарных актов: взрыв ударная волна -» вторичный взрыв. Такое разделение процессов при непрерывном распределении периода индукции некорректно. В частности, в [8,9,24] показано, что первичные акты воспламенения происходят без образования ударных волн. Кроме того, в процессе усиления неизбежно возникает перестройка течения и структуры реакционной волны. Поэтому применять одну и ту же схему взаимодействия на всем протяжении процесса от первичного акта воспламенения до формирования детонационной волны неоправданно.
Тем не менее, нельзя недооценивать саму идею [4] о сцеплении газодинамических и химических процессов на основе синфазного выделения энергии, ведущих к образованию детонационных волн в отсутствии внешних сильных источников возбуждения ударных волн. Физическая наглядность и косвенные экспериментальные доказательства SWACER - механизма послужили мощным толчком к целой серии исследований в данном направлении.
1.1.3,2 Детальное качественное описание усиления взрывных процессов в случае синфазного выделения энергии при распространении ударной волны.
Исследования в [1,2,8-13], основанные на численном решении полной системы уравнений газодинамики реагирующей среды в широком диапазоне начальных параметров, позволили более точно, по сравнению с [4],