Experimental study of the detonation of technical grade ammonium nitrate

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Etude de la détonation de mélanges réactifs gazeux constitués d'un combustible (H2, CH4, C2H6, C2H4) et d'un oxyde d'azote, N2O et NO2/N2O4

POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'étude expérimentale et numérique du régime hélicoïdal de détonation dans les systèmes H2, CH4, C2H6-O2 dilués ou non par N2 ou Ar

Les détonations des mélanges gazeux CnHm=O2 (n >= 0) fortement dilués par un gaz inerte ainsi que les mélanges CnHm (n >= 0) avec l'oxydant NO2 présentent une loi de libération d'énergie chimique non monotone constituée de deux étapes réactionnelles globales plus ou moins séparées. A chaque longueur chimique caractéristique L est associée une structure cellulaire dont la largeur de cellule est proportionnelle à Li. L'objectif de ce travail est de comprendre, pour les applications en lien avec la sécurité d'utilisation de ces compositions notamment, l'influence de la loi de libération de l'énergie chimique de ces mélanges sur le régime hélicoïdal (limite) de propagation stationnaire des détonations dans les tubes de diamètre d obtenu lorsque = d. L'étude expérimentale, concernant les combustibles H2, CH4 et C2H6 mélangés avec O2 dilués ou non par N2 ou Ar, montre que la plage de pression initiale où le régime hélicoïdal est établi dépend étroitement de l'importance relative de la deuxième étape exothermique par rapport à la première. Les simulations numériques 3D utilisant un code hydrodynamique Eulérien et une modélisation de la loi de production chimique en une ou deux étapes globales s'accordent qualitativement aux résultats expérimentaux en obtenant le régime hélicoïdal pour chaque structure cellulaire ( pour les mélanges où la libération d'énergie chimique s'effectue en une seule étape ; 1 et 2 dans le cas d'une double structure.Detonation of gaseous mixtures such as CnHm=O2 (n >= 0) highly diluted by an inert gas or CnHm=NO2 (n >= 0) have non monotonous chemical heat release composed of two global reaction steps more or less separated. Each chemical characteristic length Li is ssociated with a detonation cellular structure whose cell width is proportional to Li. The aim of this work is to understand, especially for safety problems in industrial applications using these mixtures, the influence of the chemical heat release on spinning detonation regime known as the limit of the steady propagation in a tube of inner diameter d and obtained when = d . The experimental study which concernsH2, CH4, C2H6 combustibles mixed with O2 diluted or not by N2 or Ar, shows that initial pressure range where the steady spinning regime is observed strongly depends on the position of the second step relative to the first one. The 3D numerical simulations using hydrodynamic code and a one-step or two-step global chemical kinetics model agree qualitatively with experiments by reproducing the spinning regime for each cellular structure ( for mixtures which exhibit one-step chemical heat release ; 1 and 2 in the case of double structure).POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Diamètre critique de transmission d'une détonation (influence de la géométrie de diffraction)

Cette étude concerne la détonabilité des mélanges réactifs gazeux, en particulier sous l'aspect du diamètre critique de transmission de la détonation d'un tube au demi-espace libre. L'objectif était d'améliorer la transmission de la détonation en jouant sur la géométrie de la diffraction, notamment par l'adjonction d'un blocage central (de forme variable) dans la section terminale du tube. Les applications de ce travail sont liées à la sécurité des installations traitant de systèmes réactifs mais aussi à la propulsion par détonation (moteur à détonations pulsées). L'étude expérimentale de la diffraction de la détonation a montré que l'adjonction d'un obstacle central (rapport de blocage 50%) favorise systématiquement la transmission de la détonation. L'étude numérique (2D-axisymétrique) au moyen du code " EFAE " a permis de reproduire fidèlement les mécanismes complexes instationnaires observés expérimentalement. En conséquence, ce code apparaît comme un outil prédictif des phénomènes de détonation.This work deals with the detonability of reactive gaseous mixtures in relation with the critical diameter of detonation transmission from a cylindrical tube into a half space. The aim of this study was to improve the transmission of the detonation in modifying the diffraction geometry by adding a central obstacle (of various shapes) in the terminal section of the tube. Applications of this study are on one hand to improve the safety of industrial equipments involving reactive mixtures and on the other for propulsion by detonation ("PDE" pulsed detonations engine). The experimental study shows that a central obstacle (50% of blocage ratio) makes systematically the detonation transmission easier. Numerical simulations (2D-axisymmetrical) with the "EFAE" code reproduce faithfully the unsteady mechanisms observed experimentally. So this code can be considered as a predictive tool for detonation phenomena.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Etude de la détonation de mélanges gazeux de nitrométhane et d'oxygène

L'observation expérimentale des cellules de détonation des mélanges gazeux de nitrométhane et d'oxygène pour une richesse F variant de 0.1 à 1.75 (nitrométhane pur) révèle l'existence d'un double réseau de structures cellulaires pour 1.3 £ F £ 1.75. Des calculs de la zone de réaction de la détonation basés sur le modèle Zeldovich-Von Neumann-Döering, utilisant un schéma de cinétique chimique détaillée de décomposition et d'oxydation du nitrométhane mettent en évidence pour 1.3£F£1.75 un dégagement d'énergie chimique en deux étapes exothermiques successives, caractérisées par leur propre longueur d'induction. Ces résultats justifient la présence des deux échelles de structures cellulaires et renforcent l'idée que les cellules de détonation trouvent leur origine dans des instabilités amplifiées par le fort taux de libération d'énergie dans la zone de réaction.The experimental study of the detonation in pure gaseous nitromethane or mixed with oxygen has exhibited unambiguously the existence of a double cellular structure in the range of equivalence ratio F from 1.3 to 1.75 (nitrométhane). Calculations of the reaction zone of the detonation for 1.3£F£1.75, using a detailed chemical kinetics scheme of decomposition and oxidation of nitromethane in the Zeldovich-Von Neumann-Döering model, demonstrate that the chemical energy is released in two main successive reaction steps characterized by their own induction length. The results justify the existence of two levels of cellular structure and strengthen the idea that the cellular detonation structure finds its origin in instabilities amplified by the high energy release rate inside the reaction zone.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF