Физико-математическое моделирование процесса детонации в смесях водорода, метана и инертных частиц

Разработаны физико-математические модели для описания процессов воспламенения, горения, ослабления и подавления детонации смесей водорода/метана/силана с окислителем, основанные на кинетиках химических реакций, которые учитывают образование углерода/кремния. На основе этих моделей исследованы процессы подавления и гашения детонации в реагирующих газовых смесях (водород/метан/силан с окислителем) методом вброса инертных частиц в поле течения в рамках двухскоростной, двухтемпературной модели механики гетерогенных сред. Определены волновая картина течения в инертном облаке частиц под воздействием ударных и детонационных волн (ДВ), влияние объемной концентрации и диаметра движущихся частиц на скорость ДВ. Изучен предельный переход от замороженного детонационного течения, реализующегося при больших диаметрах частиц, к равновесному при малых диаметрах. Определены концентрационные и геометрические пределы детонации, и проведено сравнение с подобными результатами расчетов по односкоростной модели. Найдены пределы воспламенения смесей силан - кислород и силан - воздух при давлениях 0,05 - 1,1 атм. и температурах 350 - 640 К на основе модели детальной химической кинетики. Показано слабое влияние на эти пределы (их устойчивость) процесса гибели радикалов ОН в рамках аррениусовской модели кинетики. Установлено влияние состава реагирующей газовой смеси на пределы воспламенения. Показано, что при увеличении доли силана в такой смеси изменение предельных температур воспламенения немонотонное. Определено влияние начального состава реагирующей газовой смеси на количественные и качественные характеристики процесса образования углерода. Выявлено, что увеличение начальной массовой концентрации метана в смеси приводит к уменьшению максимальной концентрации углерода. Зависимость массовой концентрации углерода в равновесном состоянии от начальной массовой концентрации метана в смеси имеет немонотонный характер.