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THE STRUCTURE OF DETONATION WAVES

By E.S. ORAN, K. KAILASANATH and R.H. GUIRGUIS

Abstract

Des simulations numériques multidimensionnelles dépendantes du temps ont été utilisées pour étudier l'initiation, la propagation et l'extinction des détonations en phase gazeuse et liquide. A l'aide des simulations, qui calculent le comportement détaillé de l'interaction des ondes de choc avec les zones réactives formant l'onde de détonation, on étudie l'évolution de l'instabilité qui conduit à la structure cellulaire des détonations. Les simulations portent sur les solutions à deux dimensions, dépendantes du temps, des équations de transport de convection de la densité de masse, de la densité de moment et de l'énergie couplées à des modèles de libération d'énergie chimique. Les équations de transport de convection sont résolues selon l'algorithme "Flux-Corrected Transport". Les réactions chimiques et la libération de l'énergie sont habituellement modélisées par le modèle du paramètre d'induction à deux étapes. En conclusion, le comportement de la structure multidimensionnelle d'une détonation dépend des différences entre les propriétés thermodynamiques dans les zones d'induction derrière la ligne de Mach et le choc incident. La formation de poches non réactives derrière le front de détonation dépend de l'inclinaison des ondes transversales et de la courbure des fronts de choc. Des fronts fortement incurvés peuvent entraîner de grandes poches. La dépendance en température du temps d'induction est un facteur majeur pour la régularité de la structure de détonation. La structure de détonation est affectée par les paramètres de libération d'énergie. Une libération instantanée d'énergie conduit à des structures monodimensionnelles. Une libération rapide de l'énergie donne des structures moins régulières. Une libération très lente de l'énergie entraîne de grandes poches. des fronts fortement incurvés, et la détonation peut s'étouffer.Multidimensional time-dependent numerical simulations have been used to study the initiation, propagation, and extinction of detonations in gases and liquids. The simulations, which calculate the detailed behavior of the interacting shock waves and reaction zones forming the detonation wave, are used to study the evolution of the instability that leads to the cellular structure of detonations. The simulations consist of two-dimensional time-dependent solutions of the convection of mass density, momentum density and energy coupled to models for chemical energy release. The convective transport equations are solved by the Flux-Corrected Transport algorithm. The chemical reactions and energy release are usually modelled by the two-step induction parameter model. We conclude that the behavior of the multidimensional structure of a detonation depends on the differences of the thermodynamic properties in the induction zones behind the Mach stem and the incident shock. The formation of unreacted pockets behind the detonation front depends on the inclination of the transverse waves and the curvature of the shock fronts. Highly curved fronts may result in large pockets. The temperature dependence of the induction time is a major factor in the regularity of detonation structure. Detonation structure is affected by the energy release parameters. Instantaneous energy release leads to one-dimensional structures. Fast energy release results in less regular structures. Very slow energy release results in large pockets, highly curved fronts, and the detonation may die out

Publisher: EDP Sciences
Year: 1987
DOI identifier: 10.1051/jphyscol:1987406
OAI identifier: oai:edpsciences.org:dkey/10.1051/jphyscol:1987406
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