Российские ученые создали математическую модель волн горения, которая описывает переход от пламени к детонации, и выделили несколько основных типов волн процесса. Исследование поможет создавать более безопасные двигатели, системы сжигания топлива и защищать промышленные объекты от нежелательных взрывов, сообщили в пресс-службе Сколтеха.
Сильная детонация — сверхзвуковая ударная волна, которая резко сжимает и нагревает смесь, запуская химическую реакцию. Такой режим очень стабилен. В слабых детонациях и слабых волнах горения ударного скачка нет — реакция начинается только если смесь уже нагрета до температуры воспламенения. Эти режимы возникают редко и легко разрушаются. Обычное пламя — медленная дозвуковая волна, скорость которой зависит от прогрева свежего топлива теплом от реакции.
Эта работа показывает, что даже сильно упрощенные модели могут служить мощным инструментом для понимания сложных динамических процессов. Мы не только подтвердили качественное соответствие нашей модели уравнениям Навье-Стокса, но и создали основу для будущих исследований, например, анализа устойчивости волн или изучения переходных режимов горения
Специалисты применили два взаимодополняющих метода. Сначала аналитический подход дал приближенные формулы, описывающие структуру волн в разных зонах. Затем компьютерные расчеты по полным уравнениям модели проверили полученные формулы.
Сравнение решений упрощенной модели с решениями сложных уравнений газовой динамики показало их близкое сходство — это доказывает, что модель правильно улавливает физику процессов. Эта модель значительно проще полных уравнений газовой динамики, но позволяет эффективно исследовать все проявления горения.
Теперь ученые могут изучать устойчивость разных режимов и условия перехода от медленного пламени к взрывной детонации, что напрямую связано с задачами управления горением и предотвращения аварий в двигателях и промышленных установках. Результаты работы опубликованы в Physica D.
Ранее Наука Mail писала о том, что в России создали «умного сторожа» для промышленности.
