RU2672244C1 - Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672244C1 RU2672244C1 RU2017139728A RU2017139728A RU2672244C1 RU 2672244 C1 RU2672244 C1 RU 2672244C1 RU 2017139728 A RU2017139728 A RU 2017139728A RU 2017139728 A RU2017139728 A RU 2017139728A RU 2672244 C1 RU2672244 C1 RU 2672244C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detonation
- combustible mixture
- ignition
- pipe
- combustion
- Prior art date
Links
- 238000005474 detonation Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 32
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 102220579497 Macrophage scavenger receptor types I and II_F23C_mutation Human genes 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 102220488234 Uromodulin-like 1_F23D_mutation Human genes 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000012464 large buffer Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам и устройствам сжигания газообразного или распыленного жидкого топлива в режиме газовой или капельной детонации и может быть использовано в различных технологических устройствах и энергетических установках, работающих на импульсно-детонационном или непрерывно-детонационном горении, например, для инициирования детонации в непрерывно-детонационной камере сгорания турбореактивного двигателя. Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью включает быстрое формирование турбулентного фронта пламени, его ускорение и усиление образовавшейся ударной волны с последующим переходом горения в детонацию. Формирование турбулентного фронта пламени осуществляется в высокоскоростном турбулентном потоке горючей смеси, образованной за счет турбулентного смешения перекрестных сверхзвуковых струй горючего и окислителя, при помощи форкамерно-факельного зажигания, при этом форкамера заполняется горючей смесью, поступающей из детонационной трубы, а зажигание горючей смеси в форкамере осуществляется при помощи слабого источника зажигания. В результате достигается быстрый переход горения в детонацию с очень коротким преддетонационным расстоянием и временем. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к способам и устройствам сжигания газообразного или распыленного жидкого топлива в режиме газовой или капельной детонации и может быть использовано в различных технологических устройствах и энергетических установках, работающих на импульсно-детонационном или непрерывно-детонационном горении, например, для инициирования детонации в непрерывно-детонационной камере сгорания турбореактивного двигателя.
Одна из наиболее важных проблем при создании импульсно-детонационных и непрерывно-детонационных камер сгорания, технологических устройств и энергетических установок - обеспечение надежного инициирования детонации на кратчайшем расстоянии (до ~0.2 м) за кратчайшее время (до 5 мс) от слабого источника зажигания (с энергией не более 1 Дж).
Предшествующий уровень техники
В классических устройствах инициирования детонации либо используется прямое инициирование детонации - кратковременное выделение энергии, значительно большей указанного значения (Зельдович Я.Б., Когарко С.М., Симонов Н.Н. // ЖТФ, 1956, том 26, №8, с. 1744-1752), либо переход горения в детонацию: горючую смесь поджигают слабым источником зажигания в трубе с регулярными кольцевыми препятствиями и обеспечивают прогрессирующее ускорение пламени с переходом в детонацию на расстояниях (преддетонационное расстояние) и за время (преддетонационное время), значительно превышающих указанные значения, см., например, работу О. Peraldi, R. Knystautas and J.H. Lee "Criteria for transition to detonation in tubes". Twenty-First Symposium (International) on Combustion / The Combustion Institute, 1986, pp. 1629-1637, в которой переход горения в детонацию в топливно-воздушных смесях достигался в трубах диаметром 5, 15 и 30 см на расстояниях до 18 м. В последнем случае детонация в трубе возникает в результате положительной обратной связи между скоростью распространения пламени и степенью турбулентности в потоке горючей смеси, приводящей к образованию догоняющих друг друга ударных волн и самовоспламенению ударно сжатой горючей смеси перед фронтом пламени. Наличие регулярных кольцевых препятствий способствует турбулизации горючей смеси, а отражение ударных волн от препятствий способствует образованию очагов самовоспламенения.
Известны способ и устройство инициирования детонации в трубе с набором регулярных кольцевых препятствий, описанные в работах: Kuznetsov М., Alekseev V., Matsukov I., Kim Т.Н. Ignition, flame acceleration and detonations of methane-air mixture at different pressures and temperatures // Proc. 8th ISHP-MIE, Jokohama, Japan, 2010. - Paper No. ISH-118; Kuznetsov M. et al. DDT in methane-air mixtures // Shock Waves. - 2002, V. 12, P. 215-220. Применение такого устройства для организации перехода горения в детонацию в метановоздушной смеси при давлении 1 атм и начальной температуре 293 К с помощью слабого источника зажигания (автомобильной свечи) привело к следующим результатам: в трубе диаметром 520 мм ПГД достигался на расстоянии более 17 м, в трубе диаметром 174 мм - на расстоянии более 8 м. Обращает на себя внимание тот факт, что в цитируемой работе в трубе диаметром 121 мм ПГД при нормальных условиях никогда не достигался, хотя предельный диаметр гладкой (без препятствий-турбулизаторов) трубы Dlim для распространения детонации в метановоздушной смеси при нормальных условиях составляет Dlim≈80-100 мм (Фролов С.М., Аксенов B.C., Скрипник А.А. Инициирование детонации в смеси природного газа с воздухом в трубе с фокусирующим соплом // ДАН, 2011, Т. 436, №3, с. 346-350; Vasil'ev А.А. Optimization of acceleration of deflagration-to-detonation transition в книге: "Confined detonations and pulse detonation engines" G. Roy, S. Frolov, R. Santoro, S. Tsyganov (Eds) - Moscow: Torus Press, 2003, p. 41-48). Кроме того, в работе Фролова С.М. Ускорение перехода в детонацию в газах: от К.И. Щелкина до наших дней // ФГВ, 2012, Т. 48, №3, с. 1-12 сообщается о достижении быстрого перехода горения в детонацию в трубе диаметром 94 мм с препятствиями специальной формы. Следовательно, предложенный способ также не обеспечивает оптимальных условий для перехода горения в детонацию, в результате чего в трубе, в которой еще может распространяться детонационная волна, переход горения в детонацию не достигается - детонация не возникает.
В Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) в течение длительного времени проводятся фундаментальные исследования условий перехода горения в детонацию, в ходе которых был разработан способ инициирования детонации в короткой гладкой трубе с помощью бегущего импульса принудительного зажигания (Фролов С.М. и др. ДАН, 2004, Т. 394, №2, с. 222-224; ДАН, 2004, Т. 394, №4, с. 503-505). Идея использования внешних источников зажигания для возбуждения детонации впервые была выдвинута Я.Б. Зельдовичем и А.С Компанейцем (Зельдович Я.Б., Компанеец А.С. Теория детонации. М. Гостехтеориздат, 1955). Экспериментальные исследования в ИХФ РАН показали, что бегущий импульс принудительного зажигания должен двигаться от одного источника зажигания к другому с ускорением, синхронно с ударной волной, при этом допустимое рассогласование прихода ударной волны и момента зажигания должно составлять не более 50-100 мкс: при большем рассогласовании при прочих равных условиях детонация не возникает. На основе анализа данных экспериментов в дальнейшем (Frolov S.M. Initiation of Strong Reactive Shocks and Detonation by Traveling Ignition Pulses. J. Loss Prevention, 2005, V. 19, №2-3, p. 238-244) был сделан вывод, что классические опыты по переходу горения в детонацию в трубах с регулярными препятствиями также можно рассматривать как инициирование детонации бегущим импульсом зажигания, но не принудительного, а самопроизвольного при самовоспламенении смеси в результате отражения ударных волн от препятствий. При этом также необходимо согласование моментов прихода ударной волны и возникновения очагов самовоспламенения (Фролов С.М. Быстрый переход горения в детонацию // Химическая физика, 2008, т. 27, №6, С. 31-44).
По результатам дальнейших исследований в ИХФ РАН были созданы и запатентованы способы и устройства, обеспечивающие надежный переход горения в детонацию даже в топливно-воздушных смесях с очень низкой детонационной способностью (например, в смеси природный газ-воздух) в коротких трубах (длиной до 3.0 м) при помощи слабого источника зажигания (с энергией не более 0.1 Дж) за кратчайшее время (до 20 мс): RU 2427756, F23C 15/00, 27.08.2011, RU 2430303, F23C 15/00, 27.09.2011 и RU 2429409 С1, F23C 15/00, 20.09.2011.
В указанных патентах для обеспечения быстрого перехода горения в детонацию в трубе с горючей смесью использовали фокусирующие профилированные препятствия (как одиночные препятствия, так и каскад препятствий). Механизм инициирования детонации в этих запатентованных способах и устройствах заключается в разделении процесса перехода горения в детонацию на две стадии: сначала после поджигания горючей смеси турбулентный фронт пламени ускоряют при помощи турбулизатора до видимой скорости пламени 550-750 м/с с образованием ударной волны с числом Маха не выше 2.5-3.0, затем для повышения длительности фазы сжатия в области за фронтом ударной волны турбулентный фронт пламени и фронт ударной волны пространственно отдаляют друг от друга с помощью гладкой секции трубы, установленной между турбулизатором и фокусирующими препятствиями, и воздействуют на фронт бегущей ударной волны энергией от очагов самовоспламенения горючей смеси, возникающих в результате многократных отражений ударной волны от фокусирующих препятствий, что приводит к эффективному усилению ударной волны и, в конечном счете, к быстрому переходу ударной волны в детонацию.
Недостатком данных способов и устройств является их сложность и необходимость генерации достаточно сильной первичной ударной волны (число Маха до 2.5-3.0).
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности являются способ и устройство, предложенные в заявке на патент WO 2014/123440 Al, F23C 15/00 (2006.01), F23D 14/70 (2006.01), опубликованном 14.08.2014 (прототип).
Инициирование детонации в способе-прототипе включает ускорение турбулентного фронта пламени и усиление образовавшейся ударной волны путем установки в трубе набора препятствий-турбулизаторов, в котором для уменьшения преддетонационного расстояния и времени при ускорении турбулентного фронта пламени и усилении образовавшейся ударной волны осуществляют согласование темпа ускорения турбулентного фронта пламени и темпа усиления образовавшейся ударной волны, для чего в начале трубы устанавливают препятствия-турбулизаторы, форма и расстановка которых обеспечивают максимальный в процессе инициирования детонации темп ускорения турбулентного фронта пламени и образование ударной волны, а затем в трубе устанавливают препятствия-турбулизаторы, форма и расстановка которых обеспечивают снижение аэродинамического сопротивления и тем самым обеспечивают максимальный в процессе инициирования детонации темп усиления образовавшейся ударной волны при продолжающемся ускорении турбулентного фронта пламени.
Способ-прототип осуществляют на устройстве, включающем детонационную трубу с набором препятствий-турбулизаторов и источник зажигания, в котором набор препятствий-турбулизаторов выполнен в виде охлаждаемых и/или неохлаждаемых, прямых и/или изогнутых пальцев, при этом в поперечных сечениях трубы, проведенных через точки крепления пальцев, содержится один или несколько пальцев, причем наибольшее число пальцев в указанных поперечных сечениях трубы находится в начале детонационной трубы на отрезке, составляющем не менее 1 диаметра трубы, а шаг между указанными поперечными сечениями вдоль продольной оси трубы остается постоянным или увеличивается равномерно или неравномерно по мере удаления от источника зажигания, при этом пальцы в указанных поперечных сечениях расположены так, что воображаемая непрерывная поверхность, последовательно проведенная через продольные оси пальцев, лежащих в соседних указанных поперечных сечениях трубы под углом друг к другу, образует винтовую поверхность.
Основной недостаток данного способа и устройства заключается в том, что для обеспечения надежной работы в частотном режиме применяется сложная система препятствий-турбулизаторов со значительной блокировкой сечения детонационной трубы: коэффициент блокировки от 0.6-0.7 (в начале детонационной трубы) до 0.2-0.3 (по мере удаления от источника зажигания), что ограничивает возможность повышения давления в системах подачи топлива и окислителя и, как следствие, возможность повышения рабочей частоты.
Кроме требования надежной работы в частотном режиме к способам и устройствам для инициирования детонации предъявляют требования высокой живучести и компактности. Однако продукты детонации многих практически значимых топливных смесей, например, кислородных, имеют очень высокую температуру (выше 3000 К), и неохлаждаемые препятствия-турбулизаторы быстро разрушаются, тогда как отказ от использования препятствий-турбулизаторов приводит к значительному (в десятки раз, см. Щелкин К.И. // ЖЭТФ. 1940. Т. 10. В. 7. С. 823-827) увеличению габаритных размеров энергетических установок. Известные в литературе способы организации быстрого перехода горения в детонацию в гладких трубах (см., например, Фролов С.М., Басевич В.Я., Аксенов В.С, Шлихов С.А. // Доклады Академии наук. 2004. Т. 394. №4. С. 503-505, Фролов С.М., Басевич В.Я., Аксенов В.С., Полихов С.А. // Доклады Академии наук. 2004. Т. 394. №2. С. 222-224) требуют применения относительно сильных источников зажигания, что ограничивает возможности применения способа-прототипа и устройства-прототипа в импульсно-детонационных и непрерывно-детонационных камерах сгорания. Еще один недостаток способа и устройства-прототипа заключается в необходимости использования заранее подготовленных топливных смесей, что ограничивает возможность их применения в составе транспортных энергетических установок.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка способа инициирования детонации в трубе с горючей смесью, который не только позволит уменьшить преддетонационное расстояние и время достижения перехода горения в детонацию, но и обеспечит возможность достижения перехода горения в детонацию в гладкой трубе при раздельной подаче топливных компонентов без использования каких-либо препятствий-турбулизаторов.
Задачей изобретения является также создание устройства для осуществления способа инициирования детонации в гладкой трубе с горючей смесью, без каких-либо препятствий-турбулизаторов, что позволит использовать устройство для инициирования детонации в энергетический установках транспортных средств.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемыми:
- способом инициирования детонации в трубе с горючей смесью, включающим формирование турбулентного фронта пламени, его ускорение и усиление образовавшейся ударной волны, в котором формирование турбулентного фронта пламени осуществляется в высокоскоростном турбулентном потоке горючей смеси, образованной за счет турбулентного смешения перекрестных сверхзвуковых струй горючего и окислителя, при помощи форкамерно-факельного зажигания, при этом форкамера заполняется горючей смесью, поступающей из детонационной трубы, а зажигание горючей смеси в форкамере осуществляется при помощи слабого источника зажигания;
- устройством для осуществления способа инициирования детонации в трубе с горючей смесью, включающим гладкую детонационную трубу, днище детонационной трубы, установленное в торцевой части детонационной трубы, форкамеру со слабым источником зажигания, распложенную в днище детонационной трубы, и форсунки для подачи горючего и окислителя, установленные в днище детонационной трубы.
Предлагаемые способ и устройство (варианты) были разработаны на основе детальных теоретических и экспериментальных исследований влияния интенсивности турбулентного течения на величину преддетонационного расстояния и времени в гладких трубах и в трубах с препятствиями-турбулизаторами.
Установлено, что для одновременного ускоренного распространения и фронта пламени, и ударной волны требуется наличие развитого турбулентного течения в детонационной трубе, причем чем выше уровень турбулентности горючей смеси (но не превышающий критическое значение, при котором турбулентность приводит к погасанию пламени), тем быстрее возрастает площадь поверхности пламени, и тем быстрее ускоряются пламя и ударная волна, то есть возникающий после поджигания горючей смеси фронт пламени необходимо максимально быстро и эффективно турбулизовать, но для дальнейшего прогрессирующего усиления ударной волны (и одновременного ускорения фронта пламени) с увеличением расстояния от источника зажигания необходимо обеспечить низкое аэродинамическое сопротивление движению ударной волны, то есть обеспечить минимально возможные потери количества движения ударно сжатой горючей смеси. Установленные закономерности были использованы для разработки предлагаемого способа и в конструкции предлагаемого устройства.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 приведена схема заявляемого устройства.
На фигуре 2 приведены результаты измерения скорости фронта реакции в одиночном импульсе.
На фигуре 3 приведены результаты измерений скорости фронта реакции в четырех последовательных импульсах при работе установки в частотном режиме.
Вариант осуществления изобретения
На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства. Основной элемент устройства -гладкая детонационная труба (1) с поперечным сечением круговой, прямоугольной, овальной и др. геометрической формы, содержащая днище (2), форкамеру (3) со слабым источником зажигания (на фиг. не показан), форсунку (4) для подачи горючего и форсунку (5) для подачи окислителя.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Через форсунки (4) и (5) в гладкую детонационную трубу (1) подаются перекрестные сверхзвуковые струи горючего (форсунка (4)) и окислителя (форсунка (5)). В результате их взаимодействия за счет турбулентного смешения в гладкой трубе (1) формируется высокоскоростной турбулентных поток горючей смеси. При этом форкамера (3) также заполняется горючей смесью, которая поджигается слабым источником зажигания. В результате сгорания смеси в полузамкнутом объеме форкамеры (3) в ней повышаются давление и температура, что приводит к образованию высокотемпературного скоростного факела, поступающего из форкамеры (3) в гладкую детонационную трубу (1), который поджигает турбулентный поток горючей смеси в ней. В результате возникает турбулентный фронт пламени с большой площадью поверхности и с высоким удельным (на единицу объема) энерговыделением, что обеспечивает быстрое образование ударной волны, скорость которой в гладкой детонационной трубе (1) по мере удаления от источника зажигания (3) быстро увеличивается вследствие прогрессирующего ускорения пламени и низкого аэродинамического сопротивления в гладкой трубе, что, в свою очередь, ведет к росту уровня турбулентности в горючей смеси за фронтом ударной волны и ускорению турбулентного фронта пламени. В результате достигается согласование темпов ускорения турбулентного фронта пламени и усиления ударной волны, что приводит к быстрому возникновению детонации в области между ударной волной и фронтом пламени.
Приводим пример осуществления изобретения на опытном образце предлагаемого устройства, оснащенного регистрирующей аппаратурой, а также системами питания, зажигания и управления. В детонационной трубе диаметром d=74 мм и длиной 1 м с гладкими стенками толщиной 4,5 мм один конец закрыт: в нем выполнены отверстия для сменных форсунок подачи горючего и окислителя с проходным сечением от 0,5 до 10 мм2 и для двух запальных свечей (штатные автомобильные свечи с энергией зажигания ~0,2 Дж). Другой конец гладкой детонационной трубы присоединен к большой буферной емкости объемом около 2 м3, сообщающейся с атмосферой через проницаемый огнепреградитель (для обеспечения безопасности работы установки). В качестве окислителя использовали технический газообразный кислород, а в качестве топлива - природный газ с содержанием метана не менее 98%. Газы подаются в форсунки по двум магистралям внутренним диаметром 8 мм из стандартных баллонов объемом 40 л под давлением от 25 до 150 атм. В магистралях на расстоянии 100 мм от форсунок установлены управляемые электромагнитные клапаны. Объемы участков магистралей подачи кислорода и природного газа от баллона до клапана: ~300 и ~280 мл соответственно. Объем участков магистралей подачи кислорода и природного газа от клапана до форсунки: ~5 мл.
Передвижение фронта реакции измеряли с помощью четырех ионизационных зондов, установленных на расстояниях 100, 300, 500 и 700 мм от закрытого конца детонационной трубы. Ионизационные зонды многократно использовались авторами ранее для регистрации перехода горения в детонацию и последующего распространения детонационной волны (Фролов С.М, Аксенов В.С, Дубровский А.В., Зангиев А.Э., Иванов В.С., Медведев С.Н., Шамшин И.О. Хемиионизационная и акустическая диагностика рабочего процесса в непрерывно-детонационных и импульсно-детонационных камерах сгорания. Доклады академии наук, 2015, том 465, №1, с. 62-67). Все зонды были соединены с персональным компьютером через аналогово-цифровой преобразователь. Характерное время срабатывания ионизационного зонда 3 мкс. Погрешность измерения скорости фронта реакции не превышала 5%.
Результаты измерений в одиночном импульсе представлены на фигуре 2, из которой видно, что скорость фронта реакции уже на расстоянии ~300 мм достигает 2300 м/с, а затем фронт реакции распространяется квазистационарно со скоростью 2200 м/с, то есть скорость распространения фронта реакции существенно сверхзвуковая и близка к скорости распространения детонационной волны в гомогенной смеси кислород - природный газ. Другими словами, в этом опыте с одиночным импульсом зарегистрирован быстрый переход горения в детонацию с преддетонационным расстоянием L≈4d за преддетонационное время около 0,4 мс после зажигания.
Результаты измерений в частотном режиме (в четырех последовательных импульсах) представлены на фигуре 3. Как и в одиночных импульсах, в частотном режиме скорость фронта реакции уже на расстоянии ~300 мм достигает 2300-2400 м/с, а затем фронт реакции распространяется квазистационарно со скоростью от 2200 до 2500 м/с в зависимости от среднего состава смеси. Другими словами, в этом опыте зарегистрирован быстрый циклический переход горения в детонацию с частотой 10 Гц с преддетонационным расстоянием L≈4d за преддетонационное время около 0,4 мс после зажигания.
Таким образом, предложенные способ и устройство инициирования детонации в трубе с горючей смесью, который не только позволяет уменьшить преддетонационное расстояние и время, но и обеспечивает переход горения в детонацию в гладкой трубе при раздельной подаче топливных компонентов без использования каких-либо препятствий-турбулизаторов.
Claims (2)
1. Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью, включающий формирование турбулентного фронта пламени, его ускорение и усиление образовавшейся ударной волны, отличающийся тем, что формирование турбулентного фронта пламени осуществляется в высокоскоростном турбулентном потоке горючей смеси, образованной за счет турбулентного смешения перекрестных сверхзвуковых струй горючего и окислителя, при помощи форкамерно-факельного зажигания, при этом форкамера заполняется горючей смесью, поступающей из детонационной трубы, а зажигание горючей смеси в форкамере осуществляется при помощи слабого источника зажигания.
2. Устройство для осуществления способа инициирования детонации в трубе с горючей смесью, включающее детонационную трубу, отличающееся тем, что детонационная труба гладкая, а в ее торцевой части установлено днище, содержащее форкамеру со слабым источником зажигания, а также форсунки для подачи горючего и окислителя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139728A RU2672244C1 (ru) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139728A RU2672244C1 (ru) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2672244C1 true RU2672244C1 (ru) | 2018-11-12 |
Family
ID=64327951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017139728A RU2672244C1 (ru) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2672244C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744308C1 (ru) * | 2020-07-22 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Способ генерации высокоскоростной ударной волны в ударной трубе |
| RU203856U1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Ударная труба для генерации высокоскоростной ударной волны |
| CN113156045A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-07-23 | 南京工业大学 | 可视化氢气爆炸波纹阻火器阻火性能测试与检测防护装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU523245A1 (ru) * | 1973-07-16 | 1976-07-30 | Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Имени Дзержинского | Горелка |
| SU1502901A2 (ru) * | 1987-12-08 | 1989-08-23 | Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина | Устройство пульсирующего горени |
| RU2427756C1 (ru) * | 2010-03-04 | 2011-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления |
| US8490292B2 (en) * | 2007-07-20 | 2013-07-23 | Pulse Holdings, LLC | Pulse combustion dryer apparatus and methods |
| RU2490491C1 (ru) * | 2012-03-26 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) | Устройство для импульсного зажигания горючей смеси |
| WO2014123440A1 (ru) * | 2013-02-06 | 2014-08-14 | Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения" | Способ и устройство инициирования детонации в трубе с горючей смесью |
-
2017
- 2017-11-15 RU RU2017139728A patent/RU2672244C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU523245A1 (ru) * | 1973-07-16 | 1976-07-30 | Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Имени Дзержинского | Горелка |
| SU1502901A2 (ru) * | 1987-12-08 | 1989-08-23 | Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина | Устройство пульсирующего горени |
| US8490292B2 (en) * | 2007-07-20 | 2013-07-23 | Pulse Holdings, LLC | Pulse combustion dryer apparatus and methods |
| RU2427756C1 (ru) * | 2010-03-04 | 2011-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) | Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления |
| RU2490491C1 (ru) * | 2012-03-26 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) | Устройство для импульсного зажигания горючей смеси |
| WO2014123440A1 (ru) * | 2013-02-06 | 2014-08-14 | Некоммерческое Партнерство По Научной, Образовательной И Инновационной Деятельности "Центр Импульсного Детонационного Горения" | Способ и устройство инициирования детонации в трубе с горючей смесью |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744308C1 (ru) * | 2020-07-22 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Способ генерации высокоскоростной ударной волны в ударной трубе |
| RU203856U1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Ударная труба для генерации высокоскоростной ударной волны |
| CN113156045A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-07-23 | 南京工业大学 | 可视化氢气爆炸波纹阻火器阻火性能测试与检测防护装置 |
| CN113156045B (zh) * | 2021-02-04 | 2023-06-30 | 南京工业大学 | 可视化氢气爆炸波纹阻火器阻火性能测试与检测防护装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10161626B2 (en) | Ducted fuel injection | |
| RU2672244C1 (ru) | Способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью и устройство для его осуществления | |
| US10138855B2 (en) | Ducted fuel injection with ignition assist | |
| US6212988B1 (en) | Self sustained detonation apparatus | |
| Xia et al. | Effects of ignition condition on the initiation characteristics of rotating detonation wave in plane-radial structure | |
| US3674409A (en) | Burners having a pulsating mode of operation | |
| Frolov et al. | Deflagration-to-detonation transition in crossed-flow fast jets of propellant components | |
| WO2014123440A1 (ru) | Способ и устройство инициирования детонации в трубе с горючей смесью | |
| Liu et al. | Deflagration-to-detonation transition in isopropyl nitrate mist/air mixtures | |
| EP3402980A1 (en) | Ducted fuel injection | |
| Frolov et al. | Pulse-detonation burner unit operating on natural gas | |
| RU2490491C1 (ru) | Устройство для импульсного зажигания горючей смеси | |
| Canteins et al. | Experimental and numerical investigations on PDE performance augmentation by means of an ejector | |
| US20050279083A1 (en) | Folded detonation initiator for constant volume combustion device | |
| US7763325B1 (en) | Method and apparatus for thermal spraying of metal coatings using pulsejet resonant pulsed combustion | |
| Cuppoletti et al. | Cavity ignition dependence on pulse detonation impulse parameters | |
| EP3433485A1 (en) | Ducted fuel injection with ignition assist | |
| CN107143432B (zh) | 一种爆震波前高压电等离子气接力耦合点火爆震发动机 | |
| CN117846819B (zh) | 一种连续爆轰发动机的预爆轰管装置及其控制方法 | |
| RU2487256C2 (ru) | Способ детонационного сжигания водорода в стационарном сверхзвуковом потоке | |
| Baklanov et al. | Formation of high-speed gas flow at combustion in the regime of multi-step detonation | |
| RU2175743C2 (ru) | Способ газодинамического воспламенения и устройство для его осуществления | |
| RU2485402C1 (ru) | Газодинамический воспламенитель | |
| RU2774001C1 (ru) | Способ воспламенения и стабилизации горения топливно-воздушной смеси импульсными оптическими квазистационарными разрядами и устройство его реализации | |
| Frolov et al. | Detonation initiation by shock wave interaction with the prechamber jet ignition zone. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191116 |