О ВЫБОРЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ТИПОВ КАМЕР СГОРАНИЯ ПРИ ИНИЦИИРОВАНИИ ГАЗОВОЙ ДЕТОНАЦИИ

Abstract

Проведено численное моделирование непрерывной газовой детонации в камере сгорания на основе уравнений Навье–Стокса с учетом турбулентности и диффузии веществ. Выполнен сравнительный анализ эффективности детонационного сгорания топлива в зависимости от геометрических параметров камер. Рассмотрены три возможных типа камеры (см. рисунок). Горючее и окислитель подавались в камеры раздельно через форсунки $S_1$ под определенным углом к поверхности камеры. Детонационный процесс во многом определялся интенсивностью турбулентного перемешивания реагентов (водород и кислород). Поверхность $S_2$ — область выхода продуктов детонации в атмосферу. Как показывают расчеты, для камеры первого типа характерно образование локальных зон с повышенными значениями термодинамических параметров, что может приводить к самопроизвольному {воспламенению} топлива и неоптимальному режиму работы двигателя. Здесь подача газа осуществляется сверху, а выход — направо. У стенки канала в пограничных слоях образуется область с повышенными значениями температуры (около 2000 K), что превышает температуру самовоспламенения смеси (1200 K). Для камеры второго типа характерно возникновение застойных зон у поверхности $S_1$ и выход значительной части непрореагировавшего топлива в атмосферу. Давление газа в камере у поверхностей входа $S_{11}$ и $S_{12}$ достигает значений 12 атм, что превышает давление газа в ресиверах (10 атм). Это приводит к запиранию потока и временному прекращению поступления водорода и кислорода в проточную камеру. Если поверхность $S_2$ расположена достаточно близко к поверхностям входа (менее 20 мм) и волна разрежения быстро уменьшит значения давления и температуры реагирующего газа, то наступает срыв детонации, что нарушает оптимальное функционирование камеры. Наиболее оптимальной выглядит камера 3-го типа, имеющая наиболее простую форму и позволяющая регулировать процесс перемешивания, меняя угол наклона струй топлива и окислителя по отношению к поверхности.