ИСТИНА

Цель фундаментального исследования - разработка, тестирование и верификация суперкомпьютерной модели для описания неравновесных волновых процессов в химически-реагирующих многофазных средах и на ее основе исследование особенностей переходных процессов, а именно: установления детонационного режима, а также его расщепления на ударную волну и следующую за ней волну дефлаграции.

The purpose of the fundamental research is to develop, test and verify a supercomputer model for the description of nonequilibrium wave processes in chemically reacting multiphase media, and on its basis to study the features of transition processes, namely: the establishment of the detonation regime, as well as its splitting into a shock wave and the next wave of deflagration. The relevance of fundamental research is determined by the need to solve two problems of the opposite direction. 1. Problems explosion safety, which stay in the organization of effective preventive measures, aimed at achieving two goals: preventing transition from deflagration to detonation in the case of ignition of the combustible mixture, as well as the suppression of a detonation wave in the case of its occurrence. Knowledge of the control mechanisms for these transition processes is necessary in assessing the environmental impact of the destruction of tanks with combustible components and the subsequent ignition of the fuel-air mixture and the development of the explosion. 2. The use of detonation mode of combustion of fuel-air mixtures can be more effective for the development of a new generation of engines. Opportunities to improve chemical rocket engines of traditional types or turbojet engines are almost completely exhausted and limited by a slight improvement in energy and mass characteristics. A qualitative step forward in the development of the engine industry can be achieved through the development and introduction of fundamentally new types of engines. Promising areas of research for the creation of new types of engines - is the use of rapid combustion modes, namely, detonation; the advantage of this mode is a significant fuel economy due to the higher thermodynamic efficiency of detonation combustion and low yield of harmful substances. Since the majority of fuel mixtures are multi-phase in which fuel and oxidizer are in different phases and not pre-mixed, the role of predictive computational modeling and process control of the onset of detonation in heterogeneous multiphase chemical reactions based on turbulent mixing is very high.

1. Будет произведена разработка физико-математической модели для описания неравновесных волновых процессов, протекающих в многофазных химически реагирующих системах с экзотермическими реакциями. Модель должна учитывать возможность присутствия различных химических компонентов в каждой из фаз. 2. Осуществлено создание алгоритмической вычислительной модели решения определяющей системы дифференциальных уравнений для каждой из фаз с учетом сцепления моделей при описании межфазных взаимодействий. 3. Реализовано составление вычислительного кода на основании выбранного алгоритма распараллеливания вычислений. 4. Проведено тестирование вычислительного кода на различных режимах работы в заданном диапазоне изменения определяющих параметров задачи. Выделение области определяющих параметров, в которой код работает устойчиво и без сбоев. 5. Проведена верификация созданной вычислительной модели на предмет адекватности нахождения решений определяющей системы дифференциальных уравнений. Составление верификационного базиса точных решений. Сравнение полученных результатов решений тестовых задач с данными верификационного базиса. 6. Проведена валидация разработанной физической и математической моделей на предмет адекватности описания ими исследуемых физико-химических процессов. Составление базиса экспериментальных данных. Сравнение результатов модельных расчетов с экспериментальными данными. Настройка параметров модели для получения удовлетворительного согласия расчетных и экспериментальных данных. 7. Проведено исследование зависимости результатов расчетов от размеров расчетных ячеек. Выделение минимального размера ячейки, начиная с которого решение не зависит от размеров ячейки по искомым функциям. 8. Получены оценки накопления ошибок округления на каждом временном слое при решении нестационарных задач. Определены накопления кумулятивной стохастической ошибки, а также интервала времени, по истечении которого накопленная ошибка превысит допустимый предел (интервал надежности прогноза). 9. Проведено вычислительное моделирование задач распространения горения и перехода горения в детонацию в моно- и полидисперсных аэровзвесях конденсированного горючего и газообразного окислителя. Проведено исследование зависимости переходных процессов от значений определяющих параметров и функции распределения частиц по размерам. 10. Определено влияние неоднородности состава смеси на установление или разрушение детонационной волны.

Можно выделить следующие наиболее важные результаты, полученные коллективом, которые найдут применение в данном проекте: - Впервые экспериментально обнаружено и теоретически обосновано существование пяти различных сценариев перехода горения в детонацию в газообразных смесях углеводородных горючих с воздухом, только два из которых соответствовали известным ранее представлениям о переходе горения в детонацию. - Разработана теоретическая модель перехода горения в детонацию в гомогенных газовых горючих смесях, описывающая все характерные стадии процесса: зажигание, ускоряющееся турбулентное горение, образование горячих точек перед фронтом пламени, возникновение детонационных и ретонационных волн, пересжатые режимы и выход на самоподдерживающуюся детонацию. - Теоретически исследованы структура зоны за искривленной детонационной волной, которая оказывает влияние на распространение волны. ...