Цилиндрическая ячеистая детонация в водородно-воздушной смеси с добавками озона и аргона


Просмотр статьи
PDF, 2,6 МБ

Cylindrical cellular detonation in a hydrogen-air mixture with ozone and argon additives

Using a detailed kinetic mechanism of chemical interaction, the effect of ozone and argon additives to a stoichiometric hydrogen-air mixture on the parameters of a diverging cylindrical detonation wave was studied with the aim of detonation combustion control. It was found that the molar fractions of these additives can be selected so that the transverse size of the cell of cylindrical detonation in the resulting mixture remains close to the average transverse size of the detonation cell in a pure mixture, while the temperature of the detonation products is significantly reduced. Influence of the gas mixture rotation on the propagation of a cylindrical wave was investigated. It was established that ozone and argon additives at the selected concentrations increase the stability of a divergent cylindrical detonation to disturbances caused by the rotation of the combustible mixture.

divergent cylindrical detonation, hydrogen-air mixture, ozone, argon, rotating combustible mixture

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.27.4.1291

Татьяна Анатольевна Журавская, Владимир Алексеевич Левин

Том 27, выпуск 4, 2026 год



Используя детальный кинетический механизм химического взаимодействия, численно исследовано влияние добавок озона и аргона в стехиометрическую водородно-воздушную смесь на параметры расходящейся цилиндрической волны детонации с целью управления детонационным горением. Установлено, что мольные доли вносимых добавок могут быть подобраны так, что поперечный размер ячейки цилиндрической детонации в полученной смеси будет близок к среднему поперечному размеру детонационной ячейки в чистой смеси, при этом температура продуктов детонации будет существенно снижена. Рассмотрено влияние вращения смеси на распространение цилиндрической волны. Обнаружено, что внесение добавок озона и аргона в подобранных концентрациях повышает устойчивость расходящейся цилиндрической детонации к возмущениям, вызванным вращением горючей смеси.

расходящаяся цилиндрическая детонация, водородно-воздушная смесь, озон, аргон, вращающаяся горючая смесь

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.27.4.1291

Татьяна Анатольевна Журавская, Владимир Алексеевич Левин

Том 27, выпуск 4, 2026 год



1. Васильев А.А., Пинаев А.В., Трубицын А.А., Грачёв А.Ю., Троцюк А.В., Фомин П.А., Трилис А. В. Что горит в шахте: метан или угольная пыль? // Физика горения и взрыва. 2017. Т. 53, № 1. С. 11–18. https://doi.org/10.15372/FGV20170102
2. Левин В.А., Журавская Т.А. Управление положением стабилизированной детонационной волны в сверхзвуковом потоке газовой смеси в плоском канале // Письма в ЖТФ. 2017. Т. 43, вып. 6. С. 78–85. https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.06.44407.16560
3. Левин В.А., Журавская Т.А. Управление детонационным горением в высокоскоростном потоке газовой смеси // Труды Математического института им. В.А. Стеклова. 2018. Т. 300. С. 123–134.
4. Levin V.A., Zhuravskaya T.A. The Methods of Control of Stabilized Detonation Location in a Supersonic Gas Flow in a Plane Channel // Combustion Science and Technology. 2023. V. 195, Is. 7. Pp. 1–13. https://doi.org/10.1080/00102202.2018.1557641
5. Левин В.А., Журавская Т.А. Управление детонационным горением посредством предварительной подготовки газовой смеси // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46, вып. 4. С. 40–44. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.04.49050.18074
6. Журавская Т.А., Левин В.А. Управление детонационной волной в канале с препятствиями посредством предварительной подготовки газовой смеси // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2020. № 4. С. 59–68.
7. Cherif M.A., Shcherbanev S.A., Starikovskaia S.M. et al. Effect of non-equilibrium plasma on decreasing the detonation cell size // Combustion and Flame. 2020. V. 217. Pp. 1–3. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.03.014
8. Crane J., Shi X., Singh A.V., Tao Y., Wang H. Isolating the effect of induction length on detonation structure: Hydrogen–oxygen detonation promoted by ozone // Combustion and Flame. 2019. V. 200. Pp. 44–52. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2018.11.008
9. Левин В.А., Журавская Т.А. Детонационное горение газовой смеси в плоском канале с множественными барьерами // Горение и плазмохимия. 2022. Т. 20, № 2. С. 93–101. https://doi.org/10.18321/cpc533
10. Shepherd J.E. Detonation in gases // Proceeding of the Combustion Institute. 2009. V. 32, Is. 1. Pp. 83–98. https://doi.org/10.1016/j.proci.2008.08.006
11. Левин В.А., Журавская Т.А. Управление детонационным горением водородно-воздушной смеси посредством внесения аргона и озона // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2021. Т. 501. С. 48–53.
12. Левин В.А., Журавская Т.А. Детонационное горение водородно-воздушной смеси c добавками аргона и озона // Инженерно-физический журнал. 2023. Т. 96, № 7. С. 1792–1802
13. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / Под ред. В.П. Глушко и др. Т. I. М.: Наука, 1978. 495 с.
14. Bezgin L.V., Kopchenov V.I., Sharipov A.S., Titova N.S., Starik A.M. Evaluation of Prediction Ability of Detailed Reaction Mechanisms in the Combustion Performance in Hydrogen/Air Supersonic Flows // Combustion Science and Technology. 2013. Vol. 185, Is. 1. P. 62–94. https://doi.org/10.1080/00102202.2012.709562
15. Журавская Т.А., Левин В.А. Влияние добавок озона / пероксида водорода и гелия на детонационное горение водородно-воздушной смеси // Физика горения и взрыва. 2026. Т. 62, № 2. С. 42–52. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=80666451
16. Зудов В.Н. Взаимодействие продольного вихря с прямым скачком уплотнения // ПМТФ. 2011. Т. 50, № 5. С. 68–79.
17. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с.
18. Родионов А.В. Монотонная схема второго порядка аппроксимации для сквозного расчёта неравновесных течений // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 1987. Т. 27, № 4. С. 585–593.
19. Солоухин Р.И. Ударные волны и детонация в газах. М.: ГИФМЛ, 1963. 176 с.
20. Lee J.H.S. The Detonation Phenomenon. Cambridge: Cambridge University Press, 2008. 388 p.
21. Pintgen F., Eckett C.A., Austin J.M., Shepherd J.E. Direct observations of reaction zone structure in propagating detonations // Combustion and Flame. 2003. V. 133(3). P. 211–229. https://doi.org/10.1016/S0010-2180(02)00458-3
22. Han W., Kong W., Law C.K. Propagation and failure mechanism of cylindrical detonation in free space // Combustion and Flame. 2018. V. 192. P. 295–313. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2018.01.049
23. Voevodin Vl., Antonov A., Nikitenko D., Shvets P., Sobolev S., Sidorov I., Stefanov K., Voevodin Vad., Zhumatiy S. Supercomputer Lomonosov-2: Large Scale, Deep Monitoring and Fine Analytics for the User Community // Supercomputing Frontiers and Innovations. 2019. V. 6, No. 2. P. 4–11. https://doi.org/10.14529/jsfi190201