Волна дефлаграции

При распаде теплового разрыва по продуктам сгорания, находящимся за плоскостью А (рис. 17) (пусть теперь это будет газ 5), идет, как и раньше, только одна волна — это или волна разрежения, или ударная волна. По горючему газу теперь уже может распространяться две волны — дефлаграция и ударная волна или дефлаграция вместе с волной разрежения впереди нее. Слабая дефлаграция распространяется всегда со скоростью меньше скорости звука, поэтому она может, возникнув одновременно с ударной волной (волной разрежения) в плоскости А, распространяться затем вслед за ней. За фронтом слабой дефлаграции невозможно существование ни волны разрежения, ни ударной волны, поскольку фронт дефлаграции распространяется относительно продуктов сгорания, находящихся за ним, со скоростью меньше скорости звука, а любое возмущение движется по меньшей мере со скоростью звука. [c.406]

В гл. I было установлено, что внутри занятой газом области могут быть поверхности, на которых параметры газа терпят разрыв. Значения параметров газа с обеих сторон такой внутренней границы и скорость ее перемещения в пространстве связаны условиями, налагаемыми законами сохранения. В 4 и 7 гл. I эти условия были получены для поверхностей разрыва без сосредоточенных на них притоков массы, импульса и энергии—для ударных волн и контактных разрывов. В 5 гл. I получены условия для поверхностей разрыва с сосредоточенным притоком тепла—волн детонации и волн дефлаграции. [c.186]

Выясним, являются ли эволюционными изученные ранее разрывы— контактные разрывы, ударные волны, волны детонации и волны дефлаграции. [c.188]

В интересных случаях существенно меньше, а B J — существенно больше скорости звука ао в невозмущенной среде. При этом каждому допустимому значению В внутри обоих отрезков отвечают два режима на соответствующей ветви кривой Гюгонио — более близкий к начальному состоянию (ТУ — слабая дефлаграция или детонация) и более удаленный от него 3 — сильная дефлаграция или детонация). Важнейшее отличие слабых и сильных режимов состоит в том, что относительно горячей среды слабая волна распространяется со скоростью, большей скорости звука в ней, а сильная волна — с дозвуковой скоростью. Значения скорости волны в режиме Чепмена-Жуге относительно горячей среды совпадают со скоростью звука в ней. [c.119]

Как следствие из описанных ранее свойств кривой Гюгонио установлено, что лишь в случае сильных волн детонации следующие из законов сохранения граничные условия на разрыве достаточны для решения начально-краевых задач и, в частности, для определения при этом скорости распространения разрыва. В случае слабых волн детонации и дефлаграции кроме законов сохранения необходимо еще одно граничное условие на разрыве, а в случае сильной дефлаграции — еще два условия. [c.120]

Остановимся вкратце на описании волн детонации и дефлаграции, в которых теплоподвод к веществу осуществляется извне при поглощении электромагнитной энергии в световом диапазоне. Еще в 1963 г. при острой фокусировке мощного луча рубинового лазера в воздухе наблюдался электрический пробой — в месте фокусировки образовалась светящаяся плазма. Сам по себе этот эффект вызвал в то время огромный интерес среди физиков. В следующем году в одной из ранних работ по оптическому разряду было открыто новое явление, которое [c.124]

В зависимости от условий проведения опытов с поглощением лазерного излучения экспериментально наблюдались и волны детонации, имеющие скорости порядка 100 км/с и более, и волны слабой дефлаграции со скоростями порядка до нескольких м/с. Режимы дефлаграции возникают при умеренных мощностях лазеров, когда температура плазмы имеет порядок 20000 К. Детонация со сжатием газа в ударной волне наблюдается при очень большой мощности, когда температура плазмы имеет порядок сотен тысяч и миллиона градусов. Оценочные расчеты показали, что при еще большей интенсивности излучения, когда достигается температура в миллионы градусов, основным механизмом распространения тепловой волны может стать [c.124]

Именно такой случай поддержания неподвижной или перемещающейся заданным образом относительно вещества структуры, нагретой до высокой температуры, удается реализовать с использованием лазерного источника излучения. Впервые непрерывно действующий оптический разряд, поддерживаемый сфокусированным лучом лазера на углекислом газе, был получен в 1970 г. [6]. При поджигании разряд начинается в фокусе. Затем фронт плазмы, как это описывалось ранее, смещается навстречу световому потоку со скоростью порядка нескольких м/с т.е. тепловая волна распространяется в режиме дефлаграции и останавливается там, где из-за расходимости пучка света плотность потока световой энергии становится недостаточной для поддержания распространяющейся тепловой волны. Температура аргоновой плазмы в зоне разряда превышает 20000 К, плазменное образование представляет при этом непрерывно действующий источник света небывалой ранее яркости. На рис. 9 приведена фотография непрерывного оптического разряда в камере с неподвижным газом, на рис. 10 дана серия снимков плазменных образований в потоке воздуха разной скорости. [c.125]

При уменьшении теплового эффекта реакции сгорания кривая ГюгоньО приближается к кривой для ударной волны и в пределе, когда Q = О, сливается с нею. С уменьшением теплового эффекта минимальная скорость детонации уменьшается, максимальная скорость дефлаграции увеличивается, в пределе (д = = 0) они обе становятся равными скорости звука в исходном газе. [c.376]

Всего, таким образом, при распаде теплового разрыва со слабой дефлаграцией возникает три волны две, идущие по несгоревшему газу, и третья, движущаяся по продуктам горения (левее плоскости А, рис. 18). [c.406]

Рис. 18. Изображение распада произвольного теплового разрыва в плоскости X — t ОА — начальное положение разрыва О О — ударная волна — волна разрежения ОВ — дефлаграция ОА — движение контактного разрыва ОС — ударная волна — волна разрежения).

Для вычисления 12 величин, характеризующих состояние газа, его скорость и скорость фронта в различных зонах 0x2-, 2, Р2, 2, 1 3 Рз 3 4 А 4 сть 11 уравнений шесть уравнений, описывающих распространение волн по газам 1 ш 5 (для ударных волн — это (8.1), (8.2) и (8.3) для волн разрежения — (8.11), (8.13) и (8.14)), три уравнения для дефлаграции ((8.17), (8.2) и (8.3)) и условия на границе ((8.18) и (8.19)) Уравнений — на одно меньше числа неизвестных. Скорость дефлаграции 1 2з обычно задается и число неизвестных уменьшается до 11. Задача, таким образом, сводится к решению системы из 11 нелинейных алгебраических уравнений с 11 неизвестными. Исходные данные, характеризующие газы./ и 5, известны, хотя и задаются совершенно произвольно. В результате расчета движение во всех зонах полностью определяется начальными данными, [c.407]

Во втором случае (распространение дефлаграции Чепмена — Шуге) вычисления более громоздки. Дело в том, что фронт дефлаграции Чепмена — Жуге движется относительно продуктов сгорания, находящихся непосредственно за ним (относительно газа 3), со скоростью звука. Поэтому за фронтом дефлаграции в этом случае возможно появление одной волны волны разрежения. В сторону несгоревшего газа при этом распространяются три волны ударная волна (или волна разрежения), дефлаграция Чепмена — Жуге и волна разрежения. Соответственно число неизвестных увеличивается на три (не на четыре, а на три, поскольку известно, что фронт волны разрежения, распространяясь со скоростью звука по продуктам сгорания дефлаграции, покоится относительно фронта последней). Добавляются и три уравнения ((8.11), (8.13) и (8.14)), которые надо применять, считая за исходный газ продукты горения дефлаграции Чепмена — Жуге. Всего в задаче 14 неизвестных и 14 уравнений для их определения. [c.407]

Физика этого явления такова. Ударная волна, повышая температуру и скорость звука газа, делает возможными более высокие скорости дефлаграции. С повышением температуры и скорости звука абсолютное значение скорости дефлаграции Чепмена — Жуге возрастает. Поэтому скорости, запрещенные относительно невозмущенного газа, становятся возможными относительно газа, сжатого в ударной волне. [c.409]

Распространение горения с равномерной скоростью в комплексе с ударной волной впереди зоны пламени называют двойным нестационарным разрывом. Нестационарен он в том смысле, что фронт пламени движется медленнее ударной волны и со временем расстояние между фронтом ударной волны и горением увеличивается, комплекс расползается. В общем случае горение в двойном нестационарном разрыве может быть не только дефлаграцией Чепмена — Жуге, но и слабой дефлаграцией. Движение в двойном нестационарном разрыве автомодельно и соответствует, в зависимости от начальных условий, случаям 1, 1а, 2 ж 2а, рассмотренным в предыдущем параграфе (см. рис. 19). [c.409]

Пусть обычная очень медленная дефлаграция распространяется от открытого конца в глубь трубы. Строго говоря, такого распространения быть не может, поскольку на фронте дефлаграции всегда есть перепад давления. Поэтому по трубе даже при очень слабой дефлаграции всегда идет ударная волна, поджимающая газовую смесь, перепад на ее фронте опре-. деляется уравнением (2.17). Но пренебрежем этой разностью давления и зададимся условием на открытом конце трубы р — р (или Лд = 1). В уравнении (9.3) останутся две переменные р, и Стз. Придавая различные значения давлению в ударной волне (х, можно найти различные значения удельного объема продуктов сгорания в двойном нестационарном разрыве при докритической дефлаграции, распространяющейся от открытого конца трубы. Эти удельные объемы лежат на горизонтальной прямой ЕО, [c.411]

При движении дефлаграции от закрытого конца трубы дополнительным условием, с помощью которого можно исключить одну из переменных в уравнении (9.3), служит условие равенства нулю скорости продуктов сгорания относительно стенки трубы. С учетом этого условия получают кривую EN для до критических режимов. В точке N наступает критический режим и дальнейшее увеличение скорости дефлаграции по частицам (давления в ударной волне) приводит к движению точки, описывающей состояние продуктов сгорания, вверх по -кривой. Варьируя начальные условия, можно заполнить кривыми, описывающими состояние продуктов сгорания, всю область, лежащую между адиабатой Гюгоньо и -кривой. Прямая например, соответствует условию истечения продуктов сго- [c.412]

До сих пор речь шла только об изображении тех или иных двойных нестационарных разрывов на плоскости р — и. Для каждого из состояний продуктов сгорания, описываемого точкой в плоскости р — у, не представляет принципиальной трудности рассчитать всю картину движений двойного нестационарного разрыва. Для этого надо найти по исходному состоянию несгоревшего газа и теплоте горения, а также по граничному условию для продуктов горения восемь неизвестных Оу, Шу, рг-, Vi,жDg, Wg, Уд. Здесь Оу — скорость фронта ударной волны относительно невозмущенного газа, Шу — скорость движения газа за фронтом ударной волны, Dg — скорость дефлаграции относительно газа в ударной волне, Wg — скорость продуктов сгорания относительно сжатого газа. Для вычисления значений последних двух скоростей относительно стенок трубы необходимо к ним Прибавить скорость газа в ударной волне [c.412]

Рис. 21. Зависимость величин, характеризующих режимы нестационарного критического горения (дефлаграция Чепмена — ,Жуге) при зажигании у закрытого конца трубы, от безразмерной скорости пламени по частицам стехиометрической метано-кислородной смеси (у /с = 44,5 V = 1,31 О — скорость фронта ударной волны, предшествующей зоне горения и — ск орость фронта пламени относительно стенки труоы W — скорость ударно-сжатого газа — непосредственно за фронтом пламени).

Рис. 22. Зависимость давления в ударной волне ц, давления Лд и плотности сГз продуктов реакции от безразмерной скорости пламени в критическом режиме (дефлаграция Чепмена — Жуге) в стехиометрической метано-кислородной смеси.

Найдем сначала первую зависимость. Пусть скорость дефлаграции, по пока неизвестной причине, внезапно повысится до величины Тогда, как это было видно в 8 и 9, возникнет двойной нестационарный разрыв, по газу 1 пойдет ударная волна с давлением (рис. 25). Дефлаграция с увеличенной скоростью Щз будет распространяться уже по сжатому газу 2. Давление и удельный объем за фронтом новой дефлаграции теперь уже будут определяться обобщ енным уравнением Гюгоньо (уравнением Трошина) [c.415]

Рис. 25. Распад разрыва, возникшего от увеличения скорости пламени по частицам в слабой дефлаграции (1 — несгоревший газ 5 — продукты сгорания стационарной слабой дефлаграции 2 ти 4 — газ в ударных волнах, возникших при увеличении скорости пламени 3 — продукты сгорания за фронтом дефлаграции после распада разрыва).

Пять уравнений (10.4)—(10.8) содержат пять неизвестных р , и , р , г 2, W. Скорость дефлаграции принимается за параметр и система уравнений полностью решается. Задавая различные значения параметра Иаз можно получить связь между ж р , т. е. связь между скоростью дефлаграции и давлением в ударной волне, возникающей в результате превышения скорости дефлаграции над ее исходным значением и ь [c.416]

В случае волн медленного и быстрого горения дополнительно к соотношениям, которыми вследствие законов сохранения связаны параметры газа с обеих сторон поверхности разрыва, необходимо задавать скорость распространения волны по газу (как уже говорилось, эта скорость не может быть произвольной, а является характеристикой среды, в которой происходит тепловыделение). При решении задач с волнами сильной дефлаграции (если такие задачи возникнут) требуется задавать два дополнительных условия. Лишь для волн сильной (и нормальной) детонации дополнительные условия к законам сохранения не требуются эти волны в одной и той же среде могут распространяться с любой сверхзвуковой скоростью, большей или равной скорости волны в режиме Чепмена—Жуге (определяемой начальным состоянием газа и величиной тепло- [c.117]

Для разрывов первых двух типов N = 0, поэтому для их эволюционности число граничных условий на разрыве должно быть равно 7—т + 8. В соотношениях на волнах детонации и дефлаграции входит величина теплоподвода д, в общем случае заранее неизвестная (см. сноску на с. 112), так что для таких волн 1 если, однако, как предполагалось выше, считать величину д заданной, то и в этом случае N = 0. [c.188]

Волна слабой детонации (быстрого горения) распространяется по газу перед ней и за ней со сверхзвуковой скоростью, а волна слабой дефлаграции (медленного горения)—с дозвуковой скоростью. От волны слабой детонации уходят три характеристики — все в сторону газа за ней (рис. 2.9.1,в) со стороны газа перед волной все характеристики — приходящие. От волны слабой дефлаграции уходят тоже три характеристики две акустические—по одной в каждую сторону и энтропийная — по газу за волной (рис. 2.9.1, г). Таким образом, для эволюционности этих двух видов разрывов необходимо к трем условиям, следующим из законов сохранения, добавить еще одно. В конце 5 гл. I уже говорилось, что таким условием может быть задание скорости распространения волны по газу перед ней как характеристики физико-химических свойств среды. [c.189]

От волны сильной дефлаграции, имеющей дозвуковую скорость по газу перед ней и сверхзвуковую—по газу за ней, вперед уходит акустическая характеристика, а назад—все три характеристики (рис. 2.9.1, ( ). Для эволюционности такого разрыва дополнительно к трем условиям, налагаемым законами сохранения, необходимы еще два условия (об этом также говорилось в 5 гл. I). [c.189]

Волны слабой детонации или сильной дефлаграции пространственно-подобны по отношению к течению позади них их распространение не зависит от того, что происходит в области течения за ними, а наоборот, полностью определяет это течение. При этом волна сильной дефлаграции влияет на течение перед ней (по отношению к нему она является временно-подобной линией), тогда как волна слабой детонации, подобно ударным волнам и волнам сильной дето- [c.189]

Рис. 5.3. -диаграмма детонационных (О) и дефлаграци-онных (С) волн (пунктир — путь частиц) [c.91]

В последние годы возник значительный интерес к экзотермическим волнам, обусловленным другими механизмами тепловыделения и распространения тепла, чем химические реакции и процессы молекулярного переноса. Здесь в первую очередь следует назвать тепловыделение при термоядерных реакциях и распространение волн термоядерного горения и детонации, а также тепловыделение при поглощении подводимой извне электромагнитной энергии, прежде всего в оптическом диапазоне частот, и распространение светодетонационных и светодефлаграционных волн. Нужно отметить также, что при распространении экзотермических волн в конденсированных веществах, обусловленных не только горением, а и другими физико-химическими процессами (например, фазовыми переходами, полимеризацией, рекомбинацией радикалов и др.), кинетика процессов и соотношения между коэффициентами переноса совершенно отличны от имеющихся в газовой среде. Поэтому в таких средах нельзя исключать возможность распространения экзотермических волн типа слабой детонации, а, может быть, и сильной дефлаграции. Тем более это относится к гетерогенным системам, в которых распространение экзотермических волн может обеспечиваться весьма разнообразными механизмами, например, упорядоченным движением диспергированной фазы относительно несущей фазы в газовых смесях с твердыми или жидкими час- [c.122]

Многие годы в зарубежной литературе, вплоть до 1948 г, (Р. Курант и К. Фридрихе) и даже позже, предполагалось, что дефлаграция — очень редкое явление. Она осуществляется только при нормальном распространении пламени. Детонация же — явление распространенное. В результате более подробного исследования самораспространяющейся детонации выяснилось, что, строго говоря, это вовсе не детонация, а дефлаграция, рас-пространяющаяся в едином комплексе с ударной волной вслед за последней. Вычисление состояния продуктов сгорания по детонационной ветви кривой Гюгоньо возможно лишь благодаря описанному выше свойству (пересечение адиабат для исходных состояний А ж С ъ тех же точках, где они пересекаются с прямой Михельсона), справедливому только в случае распространения ударной волны и зоны горения с одинаковой скоростью относительно газа Л. Однако существуют режимы горения, при которых комплекс из ударной волны и зоны горения по мере распространения расходится. Состояния С жВ ъ нем не лежат на одной прямой (двойные нестационарные разрывы — Я. К. Трошин, 1955). Для таких комплексов состояние продуктов горения описывается только дефлаграционной ветвью адиабаты Гюгоньо с исходным состоянием С. [c.383]

В заключение кратко рассмотрим дефлаграционную ветвь кривой Гюгоньо (рис. 7). Слабые дефлаграции (участок ЕР) осуществляются (помимо горения в детонационной волне) при медленном горении. Нормальное горение термодинамически является дефлаграцией. Скорость его, как было видно в 2, служит физико-химической константой смеси. Состояние продуктов нормального горения близко к точке Е. Приближенно дефлаграцией (или детонацией) можно считать и горение в ракетном двигателе (Ю. Н. Денисов, Я. К. Трошин и К. И. Щелкин, 1959), скорость которого зависит от степени турбулентности или от скорости смешения горючего с окислителем. В двигателе, как и в других технических устройствах, скорость дефлаграции определяется конструктивными соображениями. [c.383]

Детонация в модели Зельдовича — Неймана, как уже говорилось, представляет собой дефлаграцию Чепмена — Жуге, распространяющуюся по ударно сжатому газу — ударной волне (рис. 10, а). [c.388]

В зависимости от начальных условий (состояние и скорость газов 1 и 5 схемы 1—4 на рис. 19) возможны четыре случая 1) перед дефлаграцией идет ударная волна, по газу 5 — волна разрежения 2) перед дефлаграцией идет ударная волна, по газу 5 — тоже ударная волна 3) перед дефлаграцией идет волна разрежения, по газу 5 — ударная волна 4) перед дефлаграцией идет волна разрежения, по газу 5 — волна разрежения. Г. М. Бам-Зеликович вывел условия, при которых осуществляется тот или ицой режим (здесь эти условия не воспроизводятся). Практически оказывается проще каждый раз перед выбором системы уравнений физически анализировать конкретную задачу. После этого становится ясной качественная картина распада разрыва и выбор уравнений не составляет труда. [c.407]

Ряс. 19. Все возможные случаи распада произвольного теплового разрыва но Г. М. БаМ Зеликовичу (слева без волны разрежения за фронтом горения — слабая дефлаграция и сильная детонация справа с волной разрежения — дефлаграция и дето-нация Чепмена — Жуге случаи 1 — 4 относятся к дефлаграции, 5 и 5 — к детонации). [c.408]

Все режимы равномерного распространения горения со скоростями, лежащими между дефлаграцией Чепмена — Жуге и детонацией Чепмена — Жуге, запрещены законами сохранения. Для воздушных смесей углеводородов эта область, если рассматривать детонацию без потерь, простирается примерно от 50 м1сек до 1700 м сек. Но скорость движения пламени относительно газа, определяемая физико-химическими свойствами смеси, турбулентностью и распределением скоростей по сечению трубы, может оказаться выше скорости дефлаграции Чепмена — Жуге. Распространение горения относительно исходного газа с постоянной скоростью, превышающей скорость дефлаграции Чепмена — Жуге в нем, оказывается возможным, как показывает газо-термодинамический анализ, при одном дополнительном условии перед зоной горения должна распространяться ударная волна. Эта волна должна быть такой, чтобы заданная скорость пламени относительно частиц газа в ней оказалась как раз равной скорости дефлаграции Чепмена — Жуге, если за исходное состояние взять газ, сжатый в ударной волне. [c.409]

Обобщенное уравнение Гюгоньо. Обозначим несго-ревший газ перед ударной волной в двойном нестационарном комплексе индексом 1 , газ, сжатый в ударной волне, — индексом 2 и продукты горения дефлаграции — индексом 3 . Тогда уравнение Гюгоньо для дефлаграции можно записать в виде [c.410]

Обозначая отношение давления в ударной волне, предшествуюш,ей дефлаграции, в двойном нестационарном комплексе к давлению невозмущенного газа 1 через р, = рз/рх и выражая плотность газа 2 через р, с помощью соотношения [c.410]

Рассмотрим график обобщенной адиабаты Гюгоньо для дефлаграции Чепмена — Жуге. При этом в двойном нестационарном разрыве, как это очевидно, скорость продуктов сгорания относительно фронта дефлаграции равна скорости звука, каковой бы ни была интенсивность ударной волны. Для построения этого графика следует брать исходное состояние на ударной адиабате постепенно, идя вверх по ней (Г на рис. 20), строить для заданного теплового эффекта для каждой исходной точки свою адиабату Гюгоньо (9.1) и находить па ней точку Чепмена — Жуге (проводя касательную из исходного состояния к соответствующей кривой Гюгоньо). Перебрав последовательно все состояния от точки А до точки С на ударной адиабате в качестве исходных и отметив на диаграмме р — V все точки Чемпена — Жуге соответствуюпщх адиабат Гюгоньо, мы получим кривую которую впервые примерно таким способом, как это только что было описано, построил А. К. Оппенгейм (США) ( -кривая). [c.410]

Увеличение скорости пламени приводит к повьштению давления и плотности продуктов сгорания. По мере увеличения скорости пламени и давления в ударной волне точка, описывающая состояние продуктов реакции такой дефлаграции, перемещается вверх по кривой Достиг- [c.412]

Что касается волн сильной дефлаграции (допускаемых законами сохранения и вторым началом термодинамики), то до настоящего времени распространение таких волн не наблюдалось экспериментально. Проведенные теоретические исследования химического, лазерного и ядерного горения не указывают на возможность существования таких волн. Не предложены и какие-либо другие модели реальных физических процессов тепловыделения и теплопередачи, которые приводили бы к самораспространяющимся волнам сильной дефлаграции. [c.117]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...