مطالعه عددي گذار از جت شعله آشفته به تراك در لوله‌اي با يك مانع

Numerical Study of the Transition from Turbulent Flame Jet to Detonation in a Tube with a Single Obstacle

در اين پژوهش، با استفاده از روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ (LES) به مطالعه شتاب‌گيري شعله و گذار از جت شعله آشفته به تراك در لوله‌اي با يك مانع، كه توسط مخلوط استوكيومتري هيدروژن-هوا پر شده، پرداخته شده است. به منظور شبيه‌سازي احتراق زيرشبكه از رويكرد شعله ضخيم شده مصنوعي (ATF) و به منظور مدل‌سازي دقيق‌تر اثرات واكنش‌هاي شيميايي بر پديده حاضر از يك سينتيك 21 مرحله‌اي استفاده شده است. از آنجايي‌كه درنظر گرفتن سينتيك شيميايي تفصيلي هزينه محاسباتي را به‌شدت افزايش مي‌دهد، از روش جدول‌سازي درجاي تطبيق‌پذير (ISAT) بهره برده شده است. بررسي نتايج حاضر نشان مي‌دهند كه رويكرد پيشنهادي LES/ATF/ISAT از توانايي بالايي در بازتوليد پديده‌هاي فيزيكي روي داده در حين فرآيند انتشار شعله و گذار از جت شعله آشفته به تراك برخوردار است. مشاهده شد، حضور ديوار، در محفظه‌اي كه جت شعله در آن تخليه مي‌شود، تاثير بسزايي در رفتار شعله و آغازش تراك دارد، به‌طوري‌كه آغازش تراك دقيقاً در مجاورت ديواره و درست در پشت ساقه ماخ شكل گرفته در اثر انعكاس شوك پيشرو از ديوار روي مي‌دهد. البته اين آغازش به‌دنبال چندين انفجار محلي روي داده در پشت لبه حمله به وقوع مي‌پيوندد.

In the present study, a large eddy simulation (LES) of the flame acceleration and the transition from turbulent flame jet to detonation in a tube with a single obstacle containing premixed stoichiometric hydrogen-air was conducted. The subgrid-scale combustion was represented by the artificially thickened flame (ATF) approach. For detailed modeling of chemical reactions effects on the present phenomenon, a 21-step kinetic scheme was used. In situ adaptive tabulation (ISAT) method was also exploited to reduce the computational cost of using detailed chemistry. The present results show that the proposed LES/ATF/ISAT approach well reproduces the physical phenomenon that occurs during the flame propagation and the transition from turbulent flame jet to detonation. It is observed that the flame behavior and the detonation initiation are influenced by tube walls. Indeed, detonation initiation occurs close to the wall and behind a Mach stem which is formed due to reflection of the leading shock from the wall. Morever, the detonation initiates following a series of local explosions that occurs behind the leading shock.