مطالعه عددي انكسار در تراك گازي با ساختار سلولي منظم

Numerical Study of Diffraction in the Gaseous Detonation with Regular Cell Structure

شبيه سازي عددي دوبعدي انكسار تراك در مخلوط گازي با انرژي فعال‌سازي 15 كه داراي ساختار سلولي تراك منظم است، از كانالي كوچك به كانالي با پهناي بزرگ‌تر و با نسبت پهناي 2 انجام شده است. مدل‌سازي براساس معادلات اويلر واكنشي و مدل سينتيكي يك مرحله‌اي آرنيوسي است. پهناي كانال كوچك به اندازه‌اي درنظر گرفته شده كه حداقل 5 سلول در پهناي كانال و هنگام انكسار وجود داشته باشد. نتايج به دست آمده از ساختار سلولي تراك در هنگام انتقال تراك از كانال با پهناي كمتر به كانال با پهناي بيشتر نشان دادند كه ابتدا ساختارهاي سلولي تراك در بالا و پايين جبهه ناپديد مي شوند. با پيشروي بيشتر جبهه تراك در كانال بزرگ‌تر، تمام 5 سلول موجود در ابتداي انكسار حذف شده‌اند و بيشترين پيشروي موضعي تراك در هنگام انكسار، روي خط مركزي كانال است. بررسي جبهه تراك در حين انكسار نيز نشان دهنده جدايي موضعي ناحيه واكنش از امواج ضربه اي پيشرو در بخش‌هاي بالايي و پاييني جبهه است. اين يافته ها كه در توافق با نتايج تجربي است، به خاطر اثرات گاز ديناميكي و خنك شدن جبهه تراك ناشي از امواج انبساطي به وجود آمده در حين انكسار و درنتيجه افزايش فاصله جبهه واكنش از امواج ضربه اي پيشرو است. تقابل بين تضعيف تراك توسط امواج انبساطي و تقويت مجدد آن توسط اغتشاشات، نقاط سه‌گانه و امواج عرضي مربوط به آنها، باعث رفتار ناپايدار تراك شده است. نتايج حاضر مشخص نمودند كه تقويت نقاط سه‌گانه و امواج عرضي آنها پس از برخورد با ديواره‌هاي كانال بزرگ‌تر و ايجاد نواحي داغ، نقش اساسي در آغازش دوباره تراك دارد.

Two dimensional numerical simulation of detonation diffraction is done in the mixture with the activation energy of 15 which has regular cellular structure, from a small cannel to a larger one with aspect ratio of two. Modeling is based on reactive Euler equations and One-step Arrhenius rate law. The width of the small cannel size is considered enough that at least 5 cells are in the width. The results obtained from detonation cell structure are shown that during the detonation transition from small cannel to larger one, firstly cell structures disappear in up and down of the front. With more detonation front going forward in the large cannel, all of the five cells are deleted and maximum local march of detonation is on the center line of the cannel. Study of detonation front during diffraction also showed that the local separation of the reaction zone from precursor shock waves occurs at upper and lower part of the detonation front. These results -that are in agreement with experiment- are due to the gas dynamic effect and effect of cooling of detonation front by expansion waves. Interaction between weakening of detonation by expansion waves and amplification of it by perturbation, triple points and corresponding transverse waves, has led to unstable behavior of detonation. The present results have shown that amplification of triple points and corresponding transverse waves, after the collision with the wall, are essential role in the reinitiating of detonation.