Transition to detonation in hydrogen-air mixtures due to shock focusing in a 3-wall 90-deg corner
W pracy przedstawiono eksperymentalne badania przejścia do detonacji spowodowanego skupieniem fali uderzeniowej w reflektorze - narożu trójściennym o kącie 90° pomiędzy ścianami w mieszaninach wodoru i powietrza (17.5–60% H2) będących początkowo w temperaturze 298 K i ciśnieniu 1 bar. Reflektor umieszczono po jednej stronie rury o długości 2 m i średnicy wewnętrznej 0,14 m. Druga strona rury była wyposażona w źródło zapłonu oraz sekcję przyspieszania płomienia. Fala uderzeniowa docierała do reflektora z prędkością w zakresie 580–970 m/s, a reflektor został umieszczony symetrycznie względem osi rury. Badania wykazały, że przejście do detonacji spowodowane skupieniem fali uderzeniowej silnie zależy od jej prędkości i może być zainicjowane w mieszaninie stechiometrycznej przy prędkości fali uderzeniowej VS= 605 m/s, co odpowiada liczbie Macha M=1,485, czyli 59,9% prędkości dźwięku w produktach spalania. Opóźnienie zapłonu zarejestrowane podczas przejścia do detonacji wynosiło rzędu kilku mikrosekund. Zakres detonacyjności zarejestrowany dla reflektora trójściennego wynosił 15–70% H2 w powietrzu, w porównaniu do zakresu 18–59% H2 obserwowanego w badaniach z reflektorze klinowym o kącie ścian 90° przy tych samych warunkach początkowych. Dodatkowo współczynnik skalowania krytycznej prędkości fali uderzeniowej między oboma typami reflektorów był niemal stały i wynosił 0,84 w całym badanym zakresie mieszanin. Wysoka zdolność skupiająca trójściennego reflektora została potwierdzona przez minimalne ciśnienie przejścia do detonacji zarejestrowane w jego wierzchołku, wynoszące 8,95 MPa w mieszaninie stechiometrycznej. Wartość ta odpowiada niemal 17-krotnemu wzrostowi ciśnienia w porównaniu do warunków za prostopadle odbitą falą uderzeniową. Rozważając skupienie fali uderzeniowej jako główny mechanizm inicjacji detonacji, przedstawione wyniki mogą wyjaśniać różnice w granicach detonacyjności obserwowanych w kanałach z przeszkodami i dla eksperymentów w dużej skali.
Artykuł:
Proceedings of the Combustion Institute
Autorzy z PW:
Wojciech Rudy
Dyscyplina:
Rok wydania: