حل عددي تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي در استوانه جدار نازك تحت انفجار گازي داخلي

Numerical analysis of mechanical and thermal stress in thin cylindrical tube under internal gaseous detonation

انفجار گازي درون لوله‌‌ها باعث ايجاد همزمان موج‌هاي شاك فشاري- حرارتي مي‌شود. انفجار گازي شامل يك موج شاك در جلو و يك منطقه واكنش در پشت آن مي‌باشد كه به شدت با هم كوپل شده‌‌اند. سرعت، فشار و دماي گاز بعد از انفجار بستگي به مقدار و نوع مخلوط سوخت مورد استفاده دارد. بيشينه فشار موج مكانيكي ناشي از انفجار مي‌تواند 20 تا 30 برابر فشار محيط باشد و دماي گاز در انفجار به بيش از 2000 درجه سانتيگراد مي‌رسد. موج شاك مكانيكي ناشي از انفجار گازي، در هر نقطه از لوله سبب ايجاد كرنش‌هاي نوساني شده كه گاهي اوقات چندين برابر كرنش‌هاي استاتيك معادل هستند. از طرفي حرارت زياد ناشي از موج انفجار متوالي گازي داخلي، سبب ايجاد تنش‌هاي حرارتي در لوله مي‌شود. در اين مقاله، تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي ناشي از انفجار گازي از طريق شبيه‌سازي عددي، بررسي شده است. در اين خصوص، ابتدا تغيير مكان‌هاي مكانيكي و سپس تغيير مكان‌هاي حرارتي شبيه‌سازي شده است. در نهايت تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي ناشي از انفجار، به صورت همزمان درون لوله محاسبه شده‌اند.

Gaseous detonation in tubes produces moving pressure-thermal waves. A gaseous detonation consists of a shock wave and a reaction zone that are tightly coupled. The speed, pressure, and temperature of the products of detonation depend on the type and amount of the initial mixture. The maximum pressure of mechanical wave caused by detonation can be as high as 20-30 times the ambient pressure and temperature of gas in detonation may exceed 2000°C. The mechanical shock waves can cause oscillating strains in the tube wall, which can be several times higher than the equivalent static strains. On the other hand, the passage of the hot wave duo to sequential internal gaseous detonation produces thermal stresses in the tube wall. In the current study the resulting mechanical and thermal stresses have been assessed using numerical simulations. In practice, the mechanical and thermal displacements have been computed separately. Finally, the combined effects of mechanical and thermal stresses caused by gaseous detonation have been simulated.