Dominik Kublik

Heat Transfer Behind Gaseous Detonation Waves and its Application to Propulsion Systems

Abstract:

W pracy skupiono sie na wyznaczeniu gęstości strumienia ciepła za pojedynczą falą detonacyjną oraz przeanalizowano możliwość zastosowania uzyskanych wyników do oszacowania obciążeń cieplnych w silnikach wykorzystujących zjawisko detonacji. Uwzględnione w badaniach mieszaniny wodoru z tlenem oraz metanu z tlenem używane są obecnie do napędu silników rakietowych, rozważa sie także ich zastosowanie w przyszłych silnikach pracujących w detonacyjnym trybie spalania. W celu wyznaczenia strumienia ciepła przeprowadzono szereg eksperymentów z wykorzystaniem rury detonacyjnej. W badanej aranżacji fala detonacyjna propaguje w stacjonarnej, jednorodnej mieszaninie o zadanym składzie i ciśnieniu początkowym. Gęstości strumieni ciepła przenikającego do ścianek rury detonacyjnej wyznaczone zostały na podstawie pomiarów temperatury z wykorzystaniem teorii o nieustalonym przewodzeniu ciepła w ciałach półnieskończonych. Samych pomiarów dokonano przy użyciu szybkiej termopary, pozwalającej na pomiar temperatury wewnętrznej powierzchni ścianki rury detonacyjnej. Zebrane dane porównane zostały z wynikami obliczeń uzyskanych z wykorzystaniem metod komputerowej mechaniki płynów uzupełnionej o analityczny model analogii Reynoldsa, oraz wynikami uzyskanymi przez innych autorów. Obliczenia teoretyczne umożliwiły również zbadanie wpływu temperatury ścianki oraz fali rozrzedzeniowej na gęstość strumienia ciepła za fala detonacyjna. Na podstawie otrzymanych wyników wyznaczono strumienie ciepła przekazywanego do ścianek komory spalania dla dwóch typów odrzutowych silników detonacyjnych - silnika pulsacyjnego oraz silnika wykorzystującego zjawisko wirującej detonacji. Wyznaczone wartości porównane zostały z dostępnymi wynikami badan eksperymentalnych przeprowadzonych na rzeczywistych komorach spalania. W pracy przedstawiono również ogólny opis zjawiska detonacji oraz możliwości jego zastosowania w silnikach odrzutowych.