519.63 Математическое моделирование инициирования детонационной волны с использованием одностадийной и детальной кинетики химических реакций

Лопато А. И. (Институт автоматизации проектирования РАН), Кравченко А. Н. (Московский физико-технический институт)

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ДЕТОНАЦИОННАЯ ВОЛНА, ОДНОСТАДИЙНАЯ КИНЕТИКА, КИНЕТИКА PETERSEN-HANSON


doi: 10.18698/2309-3684-2025-2-3749


Работа посвящена численному исследованию инициирования детонации в плоском канале при отражении ударной волны от профилированного торца канала. Геометрия торца состоит из полуэллипса и двух участков плоской стенки. Математическая модель основана на двумерной системе уравнений Эйлера, дополненной кинетикой горения водородно-кислородной смеси при низких давлениях. Рассматривается применение, как глобальной одностадийной, так и детальной кинетик. В качестве детальной, используется кинетика Petersen-Hanson. Вычисления проводятся с применением метода конечных объемов на неструктурированных треугольных расчетных сетках. Используется численный метод второго порядка аппроксимации. Описывается процесс отражения от торца падающей ударной волны и перехода ударной волны в детонационную. Проводится сравнение результатов процесса инициирования детонации, полученных с использованием двух разных типов кинетики горения смеси.


[1] Gelfand B.E., Khomik S.V., Bartenev A.M., Medvedev S.P., Gronig H., Olivier H. Detonation and deflagration initiation at the focusing of shock waves in combustible gaseous mixture. Shock Waves, 2000, vol. 10, pp. 197–204.
[2] Vasil’ev A.A. Cellular structures of a multifront detonation wave and initiation (review). Combust. Explos. Shock Waves, 2005, vol. 51, no. 1, pp. 1–20.
[3] Togashi F., Lohner R., Tsuboi N. Numerical simulation of H2/air detonation using unstructured mesh. Shock Waves, 2009, vol. 19, pp. 151–162.
[4] Liberman M., Wang C., Qian C., Liu J. Influence of chemical kinetics on spontaneous waves and detonation initiation in highly reactive and low reactive mixtures. Combustion Theory and Modelling, 2019, vol. 23, no. 3, pp. 467–495.
[5] https://burcat.technion.ac.il/. Last accessed 10 February 2025.
[6] Petersen E.L., Hanson R.K. Reduced kinetics mechanisms for RAM accelerator combustion. Journal of Propulsion and Power, 1999, vol. 15, no. 4, pp. 591–600.
[7] Salome. The open space integration platform for numerical simulation. https://www.salome-platform.org. Last accessed 10 February 2025.
[8] Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics: a Practical Introduction. 3rd edition. Berlin, Springer, 2009, 724 p.
[9] Liou M.-S., Steffen C.J.Jr. A new flux splitting scheme. Journal of Computational Physics, 1993, no. 107, pp. 23–39.
[10] Mavriplis D.J. Accurate multigrid solution of the Euler equations on unstruc-tured and adaptive meshes. AIAA J., 1990, vol. 28, pp. 213–221.
[11] Lopato A.I., Utkin P.S. Numerical study of detonation wave propagation in the variable cross-section channel using unstructured computational grids. Journal of Combustion, 2018, art. 3635797.
[12] Лопато А.И. Математическое моделирование инициирования детонации в канале с профилированным торцом с использованием параллельных вычислений. Математическое моделирование и численные методы, 2023, № 4, c. 15–26.
[13] Hu C., Shu C.W. Weighted essentially non-oscillatory schemes on triangular meshes. Journal of Computational Physics, 1999, vol. 150, no. 1, pp. 97–127.
[14] Lopato A.I., Eremenko A.G., Utkin P.S., Gavrilov D.A. Numerical simulation of detonation initiation: the quest of grid resolution. In: Jain L., Favorskaya M., Nikitin I., Reviznikov D. (eds) Advances in Theory and Practice of Computa-tional Mechanics. Smart Innovation, Systems and Technologies, 2020, vol. 173, pp. 79–89.
[15] Лопато А.И. Математическое моделирование распространения пульсирующей волны газовой детонации в водородно-воздушной смеси с использованием детальной кинетики химических реакций. Математическое моделирование и численные методы, 2024, № 3, c. 65–80.
[16] Hadjadj A., Kudryavtsev A. Computation and flow visualization in high-speed aerodynamics. Journal of Turbulence, 2005, vol. 6, no. 16, pp. 1–25.
[17] Schultz E., Shepherd J. Validation of detailed reaction mechanisms for detonation simulation. Graduate Aeronautical Laboratories California Institute of Technology, explosion dynamics laboratory report FM99-5, 2000.


Лопато А.И., Кравченко А.Н. Математическое моделирование инициирования детонационной волны с использованием одностадийной и детальной кинетики химических реакций. Математическое моделирование и численные методы, 2025, № 2, с. 37–49.


Работа А.И. Лопато выполнена в рамках госзадания ИАП РАН.


Скачать статью

Количество скачиваний: 8