RU2430303C1 - Detonation initiation device - Google Patents

Detonation initiation device Download PDF

Info

Publication number
RU2430303C1
RU2430303C1 RU2010107752/06A RU2010107752A RU2430303C1 RU 2430303 C1 RU2430303 C1 RU 2430303C1 RU 2010107752/06 A RU2010107752/06 A RU 2010107752/06A RU 2010107752 A RU2010107752 A RU 2010107752A RU 2430303 C1 RU2430303 C1 RU 2430303C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
detonation
pipe
length
hydraulic diameter
Prior art date
Application number
RU2010107752/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Фролов (RU)
Сергей Михайлович Фролов
Виктор Серафимович Аксенов (RU)
Виктор Серафимович Аксенов
Александр Александрович Берлин (RU)
Александр Александрович Берлин
Original Assignee
Некоммерческое партнерство по научной, образовательной и инновационной деятельности "Центр импульсно-детонационного горения" (НП "Центр ИДГ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Некоммерческое партнерство по научной, образовательной и инновационной деятельности "Центр импульсно-детонационного горения" (НП "Центр ИДГ") filed Critical Некоммерческое партнерство по научной, образовательной и инновационной деятельности "Центр импульсно-детонационного горения" (НП "Центр ИДГ")
Priority to RU2010107752/06A priority Critical patent/RU2430303C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2430303C1 publication Critical patent/RU2430303C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: device for detonation initiation in pipe with hot mixture includes detonation pipe equipped with generation system of primary torque moment, in which there installed is shaped obstacle in the form of convergent-divergent nozzle; at that, convergent part of nozzle has curved shape with focus lying in the kernel of flammable mixture flow, and divergent part of nozzle represents flattened cone; generation system of primary impact wave consists of ignition source and turbulator for turbulisation and acceleration of flame front to visible flame speed of 550-750 m/s with formation of primary impact wave with Mach number of not more than 2.5-3.0, and before the nozzle there is the pipe section without any obstacles with length of not less than L=V·τ, where V - visible flame speed, τ - delay time of self-ignition of flammable mixture at normal reflection of impact wave from rigid wall, which provides spatial separation of turbulent flame front and front of primary impact wave; at that, between convergent and divergent parts of nozzle there additionally installed is clutch with length along 1m pipe axis of not more than 1.5 D, where D - hydraulic diameter of detonation pipe. Flattened cone of divergent part of the nozzle is straight or curved and its length is at least 9 D, where D - hydraulic diameter of detonation pipe. As turbulator there used is Shchelkin spiral.
EFFECT: invention allows performing the combustion transition to detonation at minimum power costs for initiation of detonation and at minimum pre-detonation distance.
6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива, а именно к газовой и газокапельной детонации, и может быть использовано для инициирования детонации горючей смеси в различных технологических устройствах и энергетических установках, в частности в импульсных детонационных двигателях.The invention relates to devices for burning fuel, namely, gas and gas-droplet detonation, and can be used to initiate detonation of a combustible mixture in various technological devices and power plants, in particular in pulse detonation engines.

Главной проблемой при создании импульсных детонационных двигателей является необходимость максимального уменьшения преддетонационного расстояния для обеспечения минимальных массогабаритных характеристик.The main problem in creating pulsed detonation engines is the need to minimize the pre-knock distance to ensure minimum weight and size characteristics.

Известно устройство для инициирования детонации, позволяющее сократить преддетонационное расстояние - спираль Щепкина (Щелкин К.И. Быстрое горение и спиновая детонация газов. - М.: Военное изд-во МВС СССР, 1949 г., стр.81, рис.34), содержащее турбулизатор в виде спирали, расположенный между источником горючей смеси и прямым участком гладкой трубы. Основным недостатком известного устройства - спирали является необходимость достижения значительной «видимой» скорости турбулентного фронта пламени (более 1000 м/с в топливно-воздушных смесях) для перехода горения в детонацию (ПГД) и, как следствие, большое преддетонационное расстояние в широких трубах, что ведет к росту массогабаритных характеристик технологических устройств и энергетических установок.A device for initiating detonation, which allows to reduce the pre-detonation distance - Schepkin spiral (Schelkin K.I. Fast burning and spin detonation of gases. - M.: Military Publishing House of the USSR Ministry of Internal Affairs, 1949, p. 81, Fig. 34), containing a turbulizer in the form of a spiral, located between the source of the combustible mixture and the straight section of the smooth pipe. The main disadvantage of the known device - the spiral is the need to achieve a significant "visible" speed of the turbulent flame front (more than 1000 m / s in fuel-air mixtures) for the transition of combustion to detonation (PGD) and, as a result, a large pre-knock distance in wide pipes, which leads to an increase in the overall dimensions of technological devices and power plants.

В Институте химической физики РАН в течение длительного времени проводятся фундаментальные исследования условий ПГД. В частности разработан способ сокращения длины и времени ПГД в трубе с профилированными регулярными препятствиями, предложено также устройство для его осуществления (Фролов С.М., Семенов И.В., Комиссаров П.В., Уткин П.С., Марков В.В. // ДАН, 2007, Т.415, №4, с.509-513). Использование в данном известном решении профилированных препятствий специальной формы - в виде параболических зубьев обеспечило существенное сокращение длины и времени ПГД по сравнению с другими известными устройствами, однако недостатком предложенного устройства является низкая технологичность.The Institute of Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences has been conducting fundamental research on the conditions of PGD for a long time. In particular, a method was developed for reducing the length and time of PGD in a pipe with profiled regular obstructions, and a device for its implementation was also proposed (Frolov S.M., Semenov I.V., Komissarov P.V., Utkin P.S., Markov V. V. // DAN, 2007, Vol. 415, No. 4, pp. 509-513). The use of profiled obstacles of a special shape in the form of parabolic teeth in this known solution provided a significant reduction in the length and time of PGD compared to other known devices, however, the disadvantage of the proposed device is its low manufacturability.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство для инициирования детонации, описанное в работе (Семенов И.В., Уткин П.С., Марков В.В. Численное моделирование инициирования детонации в профилированной трубе. Физика горения и взрыва, 2009. Т.45, №6, с.73-81), выбранное за прототип.Closest to the proposed invention in technical essence is a device for initiating detonation, described in (Semenov I.V., Utkin P.S., Markov V.V. Numerical simulation of detonation initiation in a profiled pipe. Combustion and Explosion Physics, 2009. V. 45, No. 6, p. 73-81), selected for the prototype.

Устройство-прототип представляет собой осесимметричную трубу круглого сечения, состоящую из трех секций: первая и третья секции имеют диаметр D. Вторая секция является суживающе-расширяющимся соплом с диаметром минимального сечения d, при этом суживающаяся часть сопла имеет параболический профиль, фокус параболы лежит на оси симметрии трубы, а расширительная часть сопла представляет собой прямой усеченный конус. Расчеты показали, что механизм ПГД включает три основные стадии: 1) двойное Маховское отражение первичной ударной волны (УВ) - с числом Маха в расчете не менее 2.65 - от профилированной стенки суживающейся части сопла; 2) кумуляцию отраженной УВ в ядре течения горючей смеси с образованием одного или двух локальных взрывов (в зависимости от числа Маха УВ, параметров параболического профиля стенки сопла и величины блокировки трубы); 3) отражение взрывной волны от конической поверхности расширительной части сопла с образованием детонационной волны.The prototype device is an axisymmetric tube of circular cross section, consisting of three sections: the first and third sections have a diameter D. The second section is a tapering-expanding nozzle with a diameter of the minimum section d, while the tapering part of the nozzle has a parabolic profile, the focus of the parabola lies on the axis symmetry of the pipe, and the expansion part of the nozzle is a straight truncated cone. The calculations showed that the PGD mechanism includes three main stages: 1) double Mach reflection of the primary shock wave (HC) - with a Mach number of at least 2.65 - from the profiled wall of the tapering part of the nozzle; 2) the accumulation of the reflected HC in the core of the flow of the combustible mixture with the formation of one or two local explosions (depending on the Mach number of the HC, the parameters of the parabolic profile of the nozzle wall and the amount of blockage of the pipe); 3) reflection of the blast wave from the conical surface of the expansion part of the nozzle with the formation of a detonation wave.

Недостатком устройства - прототипа является необходимость генерации первичной УВ с числом Маха более 2.65, что требует значительных энергетических затрат. Кроме того, следует отметить, что устройство-прототип основано на упрощенных двумерных расчетах, не проверенных экспериментально.The disadvantage of the prototype device is the need to generate a primary hydrocarbon with a Mach number of more than 2.65, which requires significant energy costs. In addition, it should be noted that the prototype device is based on simplified two-dimensional calculations, not verified experimentally.

Задачей изобретения является создание реального устройства, которое позволит осуществлять ПГД при минимальных затратах энергии на инициирование детонации и при минимальном преддетонационном расстоянии.The objective of the invention is the creation of a real device that will allow PGD with minimal energy consumption for initiating detonation and with a minimum pre-knock distance.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым устройством для инициирования детонации в трубе с горючей смесью, включающим детонационную трубу, снабженную системой генерации первичной УВ, в которой установлено профилированное препятствие в виде суживающе-расширяющегося сопла, при этом суживающаяся часть сопла имеет криволинейный профиль с фокусом, лежащим в ядре течения горючей смеси, а расширительная часть сопла представляет собой усеченный конус, в котором, согласно изобретению, система генерации первичной УВ состоит из источника зажигания и турбулизатора для турбулизации и ускорения фронта пламени до видимой скорости пламени 550-750 м/с с образованием первичной УВ с числом Маха не выше 2.5-3.0, а перед соплом имеется участок трубы без препятствий длиной не менее L=V·τ, где V - видимая скорость пламени, τ - время задержки самовоспламенения горючей смеси при нормальном отражении УВ от жесткой стенки, обеспечивающий пространственное разделение турбулентного фронта пламени и фронта первичной УВ, при этом между суживающейся и расширительной частями сопла дополнительно установлена муфта с длиной вдоль оси трубы 1м не более 1.5 D (1м/D≤1.5), где D - гидравлический диаметр детонационной трубы.The solution to this problem is achieved by the proposed device for initiating detonation in a pipe with a combustible mixture, including a detonation pipe equipped with a primary HC generation system, in which a profiled obstruction is installed in the form of a tapering-expanding nozzle, while the tapering part of the nozzle has a curved profile with the focus lying in the core of the flow of the combustible mixture, and the expansion part of the nozzle is a truncated cone in which, according to the invention, the primary hydrocarbon generation system consists of ignition chamber and turbulator for turbulization and acceleration of the flame front to an apparent flame speed of 550-750 m / s with the formation of a primary shock wave with a Mach number not higher than 2.5-3.0, and in front of the nozzle there is a pipe section without obstructions with a length of at least L = V · τ, where V is the apparent flame velocity, τ is the delay time of the self-ignition of the combustible mixture during normal reflection of the shock wave from the rigid wall, which provides spatial separation of the turbulent flame front and the front of the primary shock wave, while additionally between the tapering and expansion parts of the nozzle clutch installed with a length along the tube axis 1 m of not more than 1.5 D (1 m /D≤1.5), where D - hydraulic diameter of the detonation tube.

Усеченный конус расширительной части сопла может быть выполнен прямым или криволинейным и его длина составляет не менее 9 D, где D - гидравлический диаметр детонационной трубы.The truncated cone of the expansion part of the nozzle can be made straight or curved and its length is at least 9 D, where D is the hydraulic diameter of the detonation tube.

Величина блокировки детонационной трубы суживающе-расширяющимся соплом BR=1-(d/D)2, где d - минимальный гидравлический диаметр сопла, D - гидравлический диаметр детонационной трубы, может достигать 0.85.The amount of blocking of the detonation pipe by the narrowing-expanding nozzle BR = 1- (d / D) 2 , where d is the minimum hydraulic diameter of the nozzle, D is the hydraulic diameter of the detonation pipe, can reach 0.85.

Муфта сопла в продольном сечении может иметь различную конфигурацию.The nozzle sleeve in longitudinal section may have a different configuration.

Источник зажигания может быть искровым, например автомобильной свечой, или любым другим, способным поджечь горючую смесь.The ignition source can be a spark, for example, a car candle, or any other that can ignite a combustible mixture.

В качестве турбулизатора может быть использована спираль Щепкина или любое другое устройство для ускорения пламени.As a turbulizer, a Shchepkin spiral or any other device for accelerating a flame can be used.

При разработке предлагаемого устройства были проведены экспериментальные исследования влияния параметров устройства на условия ПГД.When developing the proposed device, experimental studies were conducted of the influence of the device parameters on the conditions of PGD.

Принципиальным результатом проведенных испытаний было установление факта, что необходимо разделять во времени и пространстве турбулентный фронт пламени и бегущую перед ним УВ, тогда между фронтом УВ и фронтом пламени образуется движущаяся «пробка» ударно сжатой и разогретой горючей смеси. (Следует отметить, что в прототипе для расчетов задается непосредственно УВ без уточнения способа ее генерации.) Было установлено, что величина (длина) «пробки» должна быть не меньше L=V·τ, где V - видимая скорость пламени, τ - время задержки самовоспламенения горючей смеси при нормальном отражении УВ от жесткой стенки (100-150 мкс - в зависимости от скорости УВ - Басевич В.Я., Фролов С.М., Посвянский B.C. Условия существования стационарной гетерогенной детонации. // Химическая физика, 2005, т.24, №7, с.60-70), следовательно, длина участка трубы без препятствий (по которому движется «пробка»), предназначенного для разделения турбулентного фронта пламени и фронта УВ, также должна быть не менее L. Если фронт пламени и фронт УВ не разделены, то турбулентный фронт пламени «накрывает» зарождающиеся очаги повышения температуры и последующего самовоспламенения за фронтом бегущей УВ, возникающие при отражении УВ от стенок суживающейся части сопла, тем самым препятствуя возникновению детонации. Опыты показали, что при длине участка без препятствий меньше L детонация не возникала.The principal result of the tests was the establishment of the fact that it is necessary to separate in time and space the turbulent flame front and the hydrocarbon running in front of it, then a moving “plug” of shock-compressed and heated combustible mixture forms between the hydrocarbon front and the flame front. (It should be noted that in the prototype for calculations the HC is set directly without specifying the method of its generation.) It was found that the size (length) of the “plug” should be at least L = V · τ, where V is the apparent flame speed, τ is the time delays in self-ignition of a combustible mixture during normal reflection of hydrocarbons from a rigid wall (100-150 μs depending on the speed of hydrocarbons - Basevich V.Ya., Frolov SM, Posvyanskiy BC Conditions for the existence of stationary heterogeneous detonation. Chemical Physics, 2005, t.24, No. 7, pp. 60-70), therefore, the length of the pipe section without obstacles ( along which the “plug”), intended to separate the turbulent flame front and the HC front, should also be at least L. If the flame front and the HC front are not separated, then the turbulent flame front “covers” the incipient foci of temperature rise and subsequent self-ignition behind the front traveling hydrocarbons arising from the reflection of hydrocarbons from the walls of the tapering part of the nozzle, thereby preventing the occurrence of detonation. The experiments showed that when the length of the section without obstacles was less than L, detonation did not occur.

Еще одним важным результатом экспериментального исследования является установление факта, что для снижения критического значения числа Маха необходимо увеличить (по сравнению с прототипом) длину расширительной части сопла вдоль оси трубы до величины не менее 9 D, где D - гидравлический диаметр детонационной трубы. При меньшей длине конической части сопла (а значит большем угле раствора конуса) взрывные волны, возникающие в окрестности минимального сечения сопла, быстро затухают, что исключает или затрудняет (увеличивает критическое число Маха и преддетонационное расстояние) ПГД.Another important result of the experimental study is the establishment of the fact that in order to reduce the critical value of the Mach number, it is necessary to increase (compared with the prototype) the length of the nozzle expansion part along the pipe axis to a value of at least 9 D, where D is the hydraulic diameter of the detonation pipe. With a shorter length of the conical part of the nozzle (and therefore a larger angle of the cone solution), the blast waves that arise in the vicinity of the minimum section of the nozzle decay quickly, which eliminates or complicates (increases the critical Mach number and pre-detonation distance) PGD.

На фиг.1 приведена схема заявляемого устройства с круговой цилиндрической муфтой.Figure 1 shows a diagram of the inventive device with a circular cylindrical coupling.

Основной элемент устройства - детонационная труба (1) с поперечным сечением круговой, прямоугольной, овальной и др. геометрической формы. Устройство содержит систему подачи горючей смеси (не показана), узел зажигания (2) с источником зажигания (3), турбулизатор (4), участок без препятствий длиной L (5), суживающе-расширяющееся сопло (6) и выходной участок (7).The main element of the device is a detonation tube (1) with a cross section of circular, rectangular, oval and other geometric shapes. The device comprises a fuel mixture supply system (not shown), an ignition unit (2) with an ignition source (3), a turbulator (4), an obstacle-free section of length L (5), a tapering-expanding nozzle (6), and an exit section (7) .

Система подачи горючей смеси предусматривает заполнение устройства либо только через узел зажигания (2), либо через узел зажигания (2) и входные штуцеры, расположенные вдоль трубы, при этом возможна как раздельная подача горючего и окислителя, так и подача предварительно полностью или частично перемешанной горючей смеси.The fuel mixture supply system provides for filling the device either only through the ignition unit (2), or through the ignition unit (2) and inlet fittings located along the pipe, while it is possible to separately supply fuel and oxidizer, or to supply pre-mixed or partially mixed fuel mixtures.

Сопло (6) состоит из трех частей: суживающей части (А), имеющей криволинейный профиль поверхности (фокус кривой лежит в ядре течения горючей смеси), муфты (Б) и расширительной части (В). Муфта (Б) сопла (6) в продольном сечении может иметь различную конфигурацию (на фиг.1-3 для примера приведены возможные конфигурации). Усеченный конус расширительной части сопла может быть прямым (фиг.1 и 2) или криволинейным (фиг.3).The nozzle (6) consists of three parts: the constricting part (A) having a curved surface profile (the focus of the curve lies in the core of the flow of the combustible mixture), the coupling (B) and the expansion part (C). The clutch (B) of the nozzle (6) in longitudinal section may have a different configuration (Figs. 1-3 show possible configurations as an example). The truncated cone of the expansion part of the nozzle can be straight (Fig.1 and 2) or curved (Fig.3).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Через систему подачи горючей смеси устройство заполняется горючей смесью. Горючая смесь поджигается в узле зажигания (2) источником зажигания (3), и пламя попадает в турбулизатор (4), который обеспечивает увеличение видимой скорости турбулентного фронта пламени до 550-750 м/с и образование первичной УВ с числом Маха 2.5-3.0. Затем УВ движется вместе с пламенем по участку трубы без препятствий (5), что позволяет фронту УВ перед попаданием в сопло (6) оторваться от фронта турбулентного пламени. При движении бегущей УВ через сопло (6) УВ отражается от криволинейной поверхности суживающейся части (А) сопла (6). При этом отраженные волны давления фокусируются в свободном ядре течения горючей смеси в минимальном сечении суживающейся части (А) или ниже по течению в начале муфты (Б), что приводит к локальному ударному сжатию горючей смеси, движущейся за УВ, и ее самовоспламенению. Выделяющаяся при самовоспламенении энергия приводит к образованию вторичных взрывных волн, многократное отражение которых от стенок муфты (Б) приводит к образованию пересжатой детонационной волны (ДВ). Последующее распространение пересжатой ДВ по расширяющейся части (В) сопла (6) сопровождается ее постепенным ослаблением и переходом на режим, близкий к режиму самоподдерживающейся детонации, на выходе из конической расширительной части сопла. При дальнейшем распространении детонации по выходному участку (7) устанавливается режим детонации Чепмена-Жуге.Through the supply system of the combustible mixture, the device is filled with the combustible mixture. The combustible mixture is ignited in the ignition unit (2) by the ignition source (3), and the flame enters the turbulator (4), which provides an increase in the apparent velocity of the turbulent flame front to 550-750 m / s and the formation of a primary shock wave with a Mach number of 2.5-3.0. Then, the SW moves with the flame along the pipe section without obstacles (5), which allows the SW front to break away from the turbulent flame front before entering the nozzle (6). When a traveling hydrocarbon moves through the nozzle (6), the hydrocarbon is reflected from the curved surface of the tapering part (A) of the nozzle (6). In this case, the reflected pressure waves are focused in the free core of the flow of the combustible mixture in the minimum section of the tapering part (A) or downstream at the beginning of the sleeve (B), which leads to local shock compression of the combustible mixture moving behind the shock wave and its self-ignition. The energy released during self-ignition leads to the formation of secondary blast waves, the repeated reflection of which from the walls of the coupling (B) leads to the formation of an over-compressed detonation wave (DW). The subsequent propagation of the overcompressed DW along the expanding part (B) of the nozzle (6) is accompanied by its gradual weakening and transition to a mode close to the regime of self-sustaining detonation at the exit from the conical expansion part of the nozzle. With the further propagation of detonation in the output section (7), the Chapman-Jouguet detonation mode is established.

Приводим экспериментальные примеры осуществления ПГД на предлагаемом устройстве, оснащенном регистрирующей аппаратурой. В детонационной трубе диаметром 50 мм с турбулизатором, выполненным в виде спирали Щепкина длиной 600 мм, свитой из стальной проволоки диаметром 4 мм с шагом витков 18 мм, было установлено суживающе-расширяющееся сопло общей длиной 600 мм с параболическим профилем суживающейся части, с цилиндрической муфтой диаметром d=27 мм и длиной 1м=60 мм и с расширительной частью в виде прямого конуса длиной 510 мм на расстоянии L=200 мм от турбулизатора. Детонационная труба заполнялась пропановоздушной смесью при давлении 0.1 МПа и температуре 293±2 К. Зажигание горючей смеси осуществлялось автомобильной свечой с энергией 0.1 Дж. Параметры УВ измеряли с помощью восьми пьезоэлектрических датчиков давления типа ЛХ600, установленных на расстояниях 10, 101, 190, 810, 910, 1010, 1210, 1410 мм от выхода из турбулизатора. Все датчики были снабжены повторителями сигналов с индивидуальным питанием и соединены с персональным компьютером через аналого-цифровой преобразователь. Погрешность измерения скорости УВ не превышала 3%. Результаты измерений представлены в таблице, из которой видно, что на измерительной базе 190-810 (внутри сопла) регистрируется пересжатая детонация со скоростью 1870±50 м/с, а на измерительных базах после выхода из сопла зарегистрирована детонация, распространяющаяся со скоростью 1760±50 м/с, близкой к скорости детонации Чепмена-Жуге (ЧЖ) (1804 м/с). Небольшое отличие измеренной скорости детонации от скорости ЧЖ на выходном участке объясняется тем, что для стехиометрической пропановоздушной смеси диаметр трубы D=50 мм близок к предельному.We give experimental examples of the implementation of PGD on the proposed device, equipped with recording equipment. In a detonation tube with a diameter of 50 mm and a turbulizer made in the form of a Schepkin spiral 600 mm long, twisted from a steel wire with a diameter of 4 mm with a pitch of 18 mm, a tapering-expanding nozzle with a total length of 600 mm was installed with a parabolic profile of the tapering part, with a cylindrical sleeve with a diameter of d = 27 mm and a length of 1 m = 60 mm and with an expansion part in the form of a straight cone with a length of 510 mm at a distance of L = 200 mm from the turbulator. The detonation tube was filled with a propane-air mixture at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 293 ± 2 K. The ignition of the combustible mixture was carried out with a car candle with an energy of 0.1 J. The HC parameters were measured using eight piezoelectric pressure sensors of the type LX600 installed at distances of 10, 101, 190, 810, 910, 1010, 1210, 1410 mm from the exit of the turbulator. All sensors were equipped with signal repeaters with individual power supply and connected to a personal computer via an analog-to-digital converter. The error in measuring the HC velocity did not exceed 3%. The measurement results are presented in the table, from which it can be seen that overdriven detonation is recorded at a measuring base of 190-810 (inside the nozzle) at a speed of 1870 ± 50 m / s, and detonation is recorded at the measuring bases after exiting the nozzle, propagating at a speed of 1760 ± 50 m / s close to the Chapman-Jouguet (CH) detonation velocity (1804 m / s). The small difference between the measured detonation velocity and the RL velocity at the outlet section is explained by the fact that for a stoichiometric propane-air mixture, the pipe diameter D = 50 mm is close to the limit.

Измерительная база, ммMeasuring base, mm Скорость ударной волны, м/сShock wave velocity, m / s 10-10110-101 815±20815 ± 20 101-190101-190 825±20825 ± 20 190-810190-810 1870±501870 ± 50 810-910810-910 1720±501720 ± 50 910-1010910-1010 1765±501765 ± 50 1010-12101010-1210 1757±501757 ± 50 1210-14101210-1410 1760±501760 ± 50

Таким образом, разработано реальное устройство инициирования детонации, характеризующееся высокой технологичностью и позволяющее осуществлять ПГД при минимальных затратах энергии и при минимальном преддетонационном расстоянии.Thus, a real detonation initiation device has been developed, which is characterized by high manufacturability and allows for the implementation of PGD with minimal energy consumption and with a minimum pre-knock distance.

Claims (5)

1. Устройство для инициирования детонации в трубе с горючей смесью, включающее детонационную трубу, снабженную системой генерации первичной ударной волны, в которой установлено профилированное препятствие в виде суживающе-расширяющегося сопла, при этом суживающаяся часть сопла имеет криволинейный профиль с фокусом, лежащим в ядре течения горючей смеси, а расширительная часть сопла представляет собой усеченный конус, отличающееся тем, что система генерации первичной ударной волны состоит из источника зажигания и турбулизатора для турбулизации и ускорения фронта пламени до видимой скорости пламени 550-750 м/с с образованием первичной ударной волны с числом Маха не выше 2,5-3,0, а перед соплом имеется участок трубы без препятствий длиной не менее L=V·τ, где V - видимая скорость пламени, τ - время задержки самовоспламенения горючей смеси при нормальном отражении ударной волны от жесткой стенки, обеспечивающий пространственное разделение турбулентного фронта пламени и фронта первичной ударной волны, при этом между суживающейся и расширительной частями сопла дополнительно установлена муфта с длиной вдоль оси трубы lм не более 1,5 D, где D - гидравлический диаметр детонационной трубы.1. A device for initiating detonation in a pipe with a combustible mixture, including a detonation pipe equipped with a primary shock wave generation system, in which a profiled obstruction is installed in the form of a tapering-expanding nozzle, while the tapering part of the nozzle has a curved profile with the focus lying in the core of the flow combustible mixture, and the expansion part of the nozzle is a truncated cone, characterized in that the primary shock wave generation system consists of an ignition source and a turbulator for turbo ulization and acceleration of the flame front to a visible flame speed of 550-750 m / s with the formation of a primary shock wave with a Mach number not higher than 2.5-3.0, and in front of the nozzle there is a pipe section without obstructions with a length of at least L = V · τ, where V is the apparent flame velocity, τ is the delay time of the self-ignition of the combustible mixture during normal reflection of the shock wave from the rigid wall, which ensures the spatial separation of the turbulent flame front and the front of the primary shock wave, while between the tapering and expansion parts of the nozzle lena coupling with the length along the tube axis l m of not more than 1,5 D, where D - hydraulic diameter of the detonation tube. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усеченный конус расширительной части сопла выполнен прямым или криволинейным, и его длина составляет не менее 9 D, где D - гидравлический диаметр детонационной трубы.2. The device according to claim 1, characterized in that the truncated cone of the expansion part of the nozzle is made straight or curved, and its length is at least 9 D, where D is the hydraulic diameter of the detonation pipe. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина блокировки детонационной трубы суживающе-расширяющимся соплом BR=1-(d/D)2, где d - минимальный гидравлический диаметр сопла, D - гидравлический диаметр детонационной трубы, достигает 0,85.3. The device according to claim 1, characterized in that the amount of blocking of the detonation pipe by the tapering-expanding nozzle BR = 1- (d / D) 2 , where d is the minimum hydraulic diameter of the nozzle, D is the hydraulic diameter of the detonation pipe, reaches 0.85 . 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник зажигания представляет собой искровой источник зажигания, например автомобильную свечу.4. The device according to claim 1, characterized in that the ignition source is a spark ignition source, for example a car candle. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве турбулизатора использована спираль Щелкина. 5. The device according to claim 1, characterized in that a Shchelkin spiral is used as a turbulator.
RU2010107752/06A 2010-03-04 2010-03-04 Detonation initiation device RU2430303C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010107752/06A RU2430303C1 (en) 2010-03-04 2010-03-04 Detonation initiation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010107752/06A RU2430303C1 (en) 2010-03-04 2010-03-04 Detonation initiation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2430303C1 true RU2430303C1 (en) 2011-09-27

Family

ID=44804206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010107752/06A RU2430303C1 (en) 2010-03-04 2010-03-04 Detonation initiation device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2430303C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016733A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения" Air-jet pulse detonation engine (variants)
CN110410231A (en) * 2019-07-08 2019-11-05 华中科技大学 A kind of air suction type two-stage shock wave focus igniter motor combustion chamber and its working method
RU2744308C1 (en) * 2020-07-22 2021-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe
RU203856U1 (en) * 2020-08-31 2021-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) SHOCK TUBE FOR HIGH-SPEED SHOCK WAVE GENERATION
CN114738138A (en) * 2022-04-17 2022-07-12 西北工业大学 Pulse detonation combustion chamber structure and detonation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СЕМЕНОВ И.В. и др. Численное моделирование инициирования детонации в профилированной трубе. Физика горения и взрыва, 2009, т.45, №6, с.73-81. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016733A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения" Air-jet pulse detonation engine (variants)
CN110410231A (en) * 2019-07-08 2019-11-05 华中科技大学 A kind of air suction type two-stage shock wave focus igniter motor combustion chamber and its working method
RU2744308C1 (en) * 2020-07-22 2021-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe
RU203856U1 (en) * 2020-08-31 2021-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) SHOCK TUBE FOR HIGH-SPEED SHOCK WAVE GENERATION
CN114738138A (en) * 2022-04-17 2022-07-12 西北工业大学 Pulse detonation combustion chamber structure and detonation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cooper et al. Direct experimental impulse measurements for detonations and deflagrations
Roy et al. Pulse detonation propulsion: challenges, current status, and future perspective
Ciccarelli et al. Effect of obstacle size and spacing on the initial stage of flame acceleration in a rough tube
Yao et al. Reinitiation phenomenon in hydrogen-air rotating detonation engine
RU2430303C1 (en) Detonation initiation device
Zhang et al. Velocity behavior downstream of perforated plates with large blockage ratio for unstable and stable detonations
Frolov et al. Shock wave and detonation propagation through U-bend tubes
JP5112510B2 (en) Pulse detonation engine operating with air-fuel mixture
RU2427756C1 (en) Procedure for activation of detonation in pipe with combustible mixture and device for its implementation
JP2013513778A (en) Burner system and method for increasing the efficiency of a heat exchanger
Zhang et al. Experimental research on vector control features of a pulse detonation tube with fluidic nozzle
Chao et al. An experimental investigation of the onset of detonation
Lee et al. Deflagration to detonation transition study using simultaneous schlieren and OH PLIF images
RU2333423C2 (en) Method of initiation of detonation in inflammable mixtures and device for its realisation
Sinibaldi et al. Investigation of transient plasma ignition for pulse detonation engines
WO2014123440A1 (en) Method and device for initiating detonation in a tube containing a combustible mixture
RU2429409C1 (en) Initiation method of detonation in tube with flammable mixture and device for its implementation
Li et al. Numerical investigation of the shock-focusing detonation engines with different nozzle configurations
WO2012011830A1 (en) Device for transmitting a detonation
Frolov et al. Pulse-detonation burner unit operating on natural gas
RU2446305C2 (en) Supersonic ramjet engine with pulsating combustion and method of its operation
Driscoll et al. Parametric study of direct detonation initiation from shock transfer through a crossover tube
de Wit et al. Shock reflection detonation initiation studies for pulse detonation engines
Driscoll et al. Experimental Study of Sustained Shock Initiated Detonation in a Multiple Pulse Detonation-Crossover System
Ishii et al. A study on jet initiation of detonation using multiple tubes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130305

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20131020

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150305