Теоретически рассматривается динамика акустических возмущений в однородной двухфазной среде (газ с твердыми частицами) с неравновесной химической реакцией в газовой фазе. Газовзвесь считается квазиравновесной по скоростям и температурам фаз, что характерно в случае достаточно малого размера частиц. Проанализирована линейная задача об устойчивости с учетом кинетико-волнового взаимодействия и диссипативных эффектов. Обоснованы оценки диссипативных эффектов и масштабов неустойчивости для условий, характерных для зоны реакции в детонационной волне. Значительное повышение диссипации за счет межфазного обмена импульсом и теплом приводит к ослаблению (устойчивости) возмущений с длиной волны, сопоставимой с размером детонационной ячейки. Как следствие, диссипация может существенно влиять на пространственную структуру детонации в запыленных средах, ослабляя неоднородность волны и способствуя срыву детонационного режима.
Dynamics of acoustic perturbations in two-phase homogeneous medium (gas + solid particles) with non-equilibrium chemical reaction in gas is studied theoretically. Gas suspension is considered as quasi-equilibrium (according to velocities and temperatures of the phases), which corresponds to the case of sufficiently small particle size. Linear problem of plane perturbation stability is analyzed, taking into account wave-kinetic interaction and dissipation effects. The evaluations of dissipative effects and scales of instability for the conditions, characteristic for the reaction zone in the detonation wave, are substantiated. The dramatic increase of dissipation due to inter-phase heat and momentum transfer results in attenuation (stability) of perturbations with the wavelength comparable with the detonation cell size. Therefore dissipation can significantly affect the spatial structure of dusty detonations, damping the wave non-uniformity and contributing in failure of detonation regime.
1. Борисов А.А., Шарыпов О.В. Моделирование структуры неустойчивого фронта газовой детонации // Известия СО АН СССР. Серия технические науки. – 1989. – Вып. 2. – С. 50-55.
2. Борисов А.А., Шарыпов О.В. О формировании волны пузырьковой детонации // Известия СО АН СССР. Серия технические науки. – 1990. – Вып. 2. – С. 50-59.
3. Борисов А.А., Шарыпов О.В. Самоподдерживающиеся уединенные волны в неравновесных средах // Физика горения и взрыва. – 1993. – Т. 29, № 4. – С. 80-87.
4. Шарыпов О.В. Диссипативные эффекты и детонация в запыленных средах // Физика горения и взрыва. – 2014. – Т. 50, № 4.
5. Шарыпов О.В. Квазилинейные модели автоволн в многофазных средах с горением.. – LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, 2011. ISBN 978-3-8443-5423-2.
6. Borissov A.A., Sharypov O.V. Physical Model of Dynamic Structure of the Surface of Detonation Wave / In: Dynamic Structure of Detonation in Gaseous and Dispersed Media. – Ed. by A.A. Borissov, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 1991. – P. 77-108.
7. Borissov A.A., Sharypov O.V. Self-sustained solitary waves in non-equilibrium media // J. Fluid Mech. – 1993. – Vol. 257. – P. 451-461.
8. Papalexandris M.V. Numerical simulation of detonations in mixtures of gases and solid particles // J. Fluid Mech. – 2004. – Vol. 507. – P. 95-142.
9. Sharypov O.V., Anufriev I.S. Model of evolution of finite-amplitude perturbations in a two-phase reactive system // Heat Transfer Research. – 2012. – Vol. 43, No. 2. – P. 109-122. DOI: 10.1615/HeatTransRes.v43.i2.20
10. Wolanski P., Liu J.C., Kauffman C.W., Nicholls J.A., Sichel M. The effect of inert particles on methan-air detonations // Archivum Combust. – 1988. – Vol. 8, No. 1. – P. 15-32.