Численное исследование влияния неоднородностей и химической кинетики на динамику газовой детонации

Автор: Фёдор Алексеевич Белолуцкий

Соавторы: Аслан Рамазанович Касимов

Организация: Сколтех

Детонация — это неустойчивый, нелинейный тип горения, возникающий самопроизвольно в различных природных процессах, таких, как вспышки сверхновых и взрывы облаков пыли в шахтах, и создаваемый в двигательных установках, таких, как двигатели с вращающейся детонацией.

Поэтому вопрос точного численного моделирования и управления этим явлением в неоднородных средах активно изучается, оставаясь особенно важным для проектирования двигателей [1].

В частности, исследование синхронизации с периодическими внешними воздействиями, выполненное в рамках диссертации А. Ю. Голдина [2] в невязкой одномерной модели канала вращающегося детонационного двигателя, может быть распространено на более реалистичные сценарии, включающие эффекты, вносимые эндотермическими реакциями и потерями импульса.

С этой целью реализован и проверен новый модифицированный конечно-разностный код высокого порядка для моделирования одномерных невязких детонационных волн в системе отсчета, прикрепленной к лидирующему скачку волны, с использованием WENO5-FM реконструкции и представлен систематический анализ его преимуществ и проблем. Ядро алгоритма разработано с учетом обобщения на несколько пространственных измерений в будущем [3].

Используя этот инструмент, мы анализируем, как влияние периодического синусоидального изменения концентрации реагента и температуры изменяет детонационную волну с потерями.

Мы подтверждаем путь к хаосу через удвоение периода для динамики детонации с увеличением эндотермичности, подобное известному переходу к хаосу при увеличении энергии активации реакции для одностадийной кинетики, и проводим детализированное исследование этого перехода.

Мы показываем возможность синхронизации динамики детонации с синусоидальным изменением среды даже при наличии второй, эндотермической, реакции. Для изначально слабо неустойчивых режимов могут наблюдаться реакции на наличие неоднородностей, аналогичные реакциям детонации с одностадийной кинетикой и похожей динамикой.