PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Numerical investigation of detonation propagation through small orifice holes

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Badania numeryczne propagacji fali detonacyjnej przez małe otwory
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
Seeking to better understand the physical phenomena underlying detonation wave propagation through small holes (especially the phenomenon of detonation re-initiation or its failure), we investigated the propagation of a detonation wave along a tube filled with a hydrogen-oxygen mixture diluted with argon, in the presence of obstacles with a small orifice hole. Numerical simulations were performed in a two-dimensional domain using adaptive mesh refinement and by solving compressible Euler equations for multiple thermally perfect species with a reactive source term. A premised mixture of H2:O2:Ar at a ratio 2:1:7 at 10.0 kPa and 298 K was used in a 90 mm diameter tube with a detonation wave travelling from one end. We found that a single orifice placed at 200 mm from one end of the tube, with varying diameters of 6, 10, 14, 16, 18, 30, and 50 mm, showed an initial decoupling of the detonation wave into a shockwave and flame front. The detonation wave fails to propagate along the tube for orifice diameters less than λ, while it propagates by different re-initiation pathways for orifice diameters greater than λ, where λ is the cell-width for regular detonation propagation.
PL
Dążąc do lepszego zrozumienia zjawisk fizycznych leżących u podstaw propagacji fali detonacyjnej przez małe otwory (w szczególności zjawiska ponownego zapłonu lub jego brak) zbadano propagację fali detonacyjnej wzdłuż rury wypełnionej mieszaniną wodoru i tlenu rozcieńczoną argonem, w obecności przeszkody o małym otworze. Symulacje numeryczne przeprowadzono w dziedzinie dwuwymiarowej, stosując adaptacyjne dostrajanie siatki i rozwiazując równania Eulera dla wielu termicznie doskonałych próbek z reaktywnym źródłem. Mieszaninę H2:O2:Ar w stosunku 2:1:7 przy ciśnieniu 10.0 kPa i temperaturze 298 K zastosowano w rurze o średnicy 90 mm z falą detonacyjną rozchodzącą się z jednego końca. Stwierdziliśmy, że pojedynczy otwór umieszczony w odległości 200 mm od jednego z końców rury, o różnych średnicach 6, 10, 14, 16, 18, 30 i 50 mm, spowodował początkowe rozdzielenie fali detonacyjnej na falę uderzeniową i czoło płomienia. Fala detonacyjna nie rozprzestrzenia się wzdłuż rury dla średnic otworu mniejszych niż λ, podczas gdy rozprzestrzenia się różnymi drogami ponownego zapłonu dla średnic otworu większych niż λ, gdzie λ jest szerokością komórki dla regularnej propagacji detonacji.
Rocznik
Strony
17--33
Opis fizyczny
Bibliogr. 24 poz., rys., wzory
Twórcy
  • Department of Aerospace Mechanical and Electronics Engineering, Institute of Technology Carlow, Kilkenny Rd, Moanacurragh, Ireland
  • The Centre for Research and Enterprise in Engineering (engCORE), Institute of Technology Carlow, Kilkenny Rd, Moanacurragh, Ireland
autor
  • Department of Aerospace Mechanical and Electronics Engineering, Institute of Technology Carlow, Kilkenny Rd, Moanacurragh, Ireland
  • School of Engineering, University of Southampton, University Road, SO17 1BJ Southampton, UK
Bibliografia
  • [1] IEA, 2019, The Role of Gas in Todays Energy Transitions, IEA Publications Paris, https://vvwv.iea.org/reports/the-role-of-gas-in-todays-energy-transitions (Accessed on 20/11/2020).
  • [2] Europian Commission, 2020, A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe, Communication COM/2020/301, https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/hydrogen_strategy.pdf (Accessed on 20/11/2020).
  • [3] IEA, 2020, Current limits on hydrogen blending in natural gas networks and gas demand per capita in selected locations, IEA, Paris https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/current-limits-on-hydrogen-blending-in-natural-gas-networks-and-gas-demand-per-capita-in-selected-locations (Accessed on 20/11/2020).
  • [4] Wolański, P., 2013, "Detonative propulsion," Proceedings of the Combustion Institute, 34(1), pp. 125-158, doi: 10.1016/j.proci.2012.10.005.
  • [5] Lee, J. H. S., 2008, The Detonation Phenomenon, Cambridge University Press, NY, USA. doi: 10.1017/CBO9780511754708.
  • [6] Oran, E. S., and Gamezo, V. N., 2007, "Origins of the deflagration-to-detonation transition in gas-phase combustion," Combustion and Flame, 148(1-2), pp. 4-47, doi: 10.1016/j.combusiflame.2006.07.010.
  • [7] Wu, Y., Zheng, Q., and Weng, Ch. 2018, "An experimental study on the detonation transmission behaviours in acetylene-oxygen-argon mixtures," Energy, 143, pp. 554-561, doi: 10.1016/j.energy.2017.11.019.
  • [8] Wang, L.-Q., Ma, H.-H., Shen, Zh.-W., and Chen, D.-G. 2018, "Experimental study of DDT in hydrogen-methane-air mixtures in a tube filled with square orifice plates," Process Safety and Environmental Protection, 116, pp. 228-234, doi: 10.1016/j.psep.2018.01.017.
  • [9] Li, Q., Fan, W, Yan, Ch., and Ye, B., 2007, "Experiment on Kerosene-Fueled PDRE: DDT Enhancement by Shchelkin Spirals and Exhaust Plume," AIAA 2007-5008. 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, doi: 10.2514/6.2007-5008.
  • [10] Ciccarelli G., and Boccio J. L., 1998, "Detonation wave propagation through a single orifice plate in a circular tube", International Symposium on Combustion, 27(2), pp. 2233-2239, doi: 10.1016/S0082-0784(98)80072-6.
  • [11] Knystautas R., Lee J. H., and Guirao C. M., 1982, "The critical tube diameter for detonation failure in hydrocarbon-air mixtures," Combustion & Flames, 48, pp. 63-83, doi: 10.1016/0010-2180(82)90116-X.
  • [12] Peraldi O., Knystautas R., amd Lee J. H., 1988, "Criteria for transition to detonation in tubes," Symposium (International) on Combustion, 21(1), pp. 1629-1637, doi: 10.1016/S0082-0784(88)80396-5.
  • [13] Zhang B., and Liu H., 2017, "The effects of large scale perturbation-generating obstacles on the propagation of detonation filled with methane-oxygen mixture," Combustion & Flame, 182, pp. 279-287, doi: 10.1016/j.combustflame.2017.04.025.
  • [14] Sun X., Li Q., and Shouxiang Lu, 2019, "The propagation mechanism of detonation wave in a round tube filled with larger blockage ratio orifice plates", International Journal of Hydrogen Energy, 11, pp. 7681-7691, doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.01.139.
  • [15] Deiterding R., 2003, "Parallel adaptive simulation of multi-dimensional detonation structures;" PhD thesis, Brandenburgische Technische Universität Cottbus. (Accesed on 28/11/2020) http://rdeiterding.website/pub/ thesis_us.pdf
  • [16] Deiterding R., 2009, "A parallel adaptive method for simulating shock-induced combustion with detailed chemical kinetics in complex domains," Computers & Structures, 87(11-12), June 2009, pp. 769-783, doi: 10.1016/j.compstruc.2008.11.007.
  • [17] Liang, Z., Browne, S., Deiterding, R., and Shepherd, J., 2007, "Detonation front structure and the competition for radicals," Proceedings of the Combustion Institute, 31(2), pp. 2445-2453. doi: 10.1016/j.proci.2006.07.244.
  • [18] Mahmoudi Y., Karimi N., Deiterding R., and Emami S., 2014, "Hydrodynamic Instabilities in Gaseous Detonations: Comparison of Euler, Navier-Stokes, and Large-Eddy Simulation," Journal of Propulsion and Power, 30(2), pp. 384-396, doi: 10.2514/1.B34986.
  • [19] Deiterding R., and Bader G., 2005, "High-resolution simulation of detonations with detailed chemistry," In: Warnecke G. (editor) Analysis and Numerics for Conservation Laws, pp. 69-91, Springer, Berlin, Heidelberg, doi: 10.1007/3-540-27907-5_4.
  • [20] Deiterding, R., 2011, "High-resolution numerical simulation and analysis of Mach reflection structures in detonation waves in low-pressure H2-O2-Ar mixtures: a summary of results obtained with the adaptive mesh refinement framework AMROC," Journal of Combustion, 2011, Article ID 738969, doi: 10.1155/2011/738969.
  • [21] Deiterding, R., Domingues, M. O., and Schneider, K., 2020, "Multiresolution analysis as a criterion for effective dynamic mesh adaptation - A case study for Euler equations in the SAMR framework AMROC," Computers & Fluids, 205, 104583, doi: 10.1016/j.compfluid.2020.104583.
  • [22] Oran, E. S., Weber, J. W, Stefaniw, E. I., Lefebvre, M. H., and Anderson, J. D., 1998, "A Numerical Study of a Two-Dimensional H2-O2-Ar Detonation Using a Detailed Chemical Reaction Model," Combustion and Flame, 113(1-2), pp. 147-163, doi: 10.1016/S0010-2180(97)00218-6.
  • [23] Westbrook CK., 1982, "Chemical kinetics of hydrocarbon oxidation in gaseous detonations," Combustion & Flame, 46, pp. 191-210, doi: 10.1016/0010-2180(82)90015-3.
  • [24] Strehlow R.A., 1968, "Gas pase detonations: Recent developments," Combustion and Flame, 12(2), pp. 81-101, doi:10.1016/0010-2180(68)90083-7.
Uwagi
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-0746e1f8-b48f-4772-ba9f-c9797910ecfa
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.