Research on propagation of continuous, rotaring detonation in hydrogen-air gas mixture

Łukasz Mężyk , Kamil Stępień

Abstract

Within the confines of present Bachelor Engineering Thesis authors took part in experimental research on propagation of continuous, rotating detonation in annular detonation chamber using hydrogen-air mixture. The external detonation chamber diameter was 150mm. Authors performed also CFD simulations of the flow in the vicinity of injectors, to analyze fuel components mixing. The first step in experimental work was to determine particular values of pressures in components’ receivers, which provide regime of spin detonation with fixed chamber’s geometry. In next step authors succeed in examining the influence of geometry modification, i.e. duct length and width on detonation propagation velocity. They studied the influence of initiation energy modification on initiation of detonation and detonation propagation, as well. To consider the influence of duct length change on propagation velocity, the deviations of registered detonation wave velocity were analyzed. The most stable detonation occurred, when length of the duct was 99,5mm and 105,5mm, therefore optimal value of 100mm was assumed. The duct width was 5mm. With length below the value of 55,5mm, the detonation was unstable. To study the influence of duct width modifications on detonation velocity, two cases were compared. Firstly for duct width of 5mm and secondly for 10mm. In both cases duct length was the same. It turned out that the change had small effect on rotating detonation velocity. In order to calculate detonation initiation energy it has been assumed that the initiation energy was equal of total chemical energy contained in initiator. It was represented by initiation mixture pressure. Estimated value of critical initiation energy for hydrogen-air mixture was between 1000 and 1600J. Numerical simulations of the flow were performed for 2D and 3D models of chamber’s duct (namely part of it), in order to analyze the flow and to compare those two types of simulations. The stationary calculations were made using Fluent® software. Boundary conditions and results of calculations represented only one of possible states, which can occur during continuous rotating detonation process. The three-dimensional simulation was more complex and took more time to converge, but it described mixing of the components in far better way than two-dimensional on
Diploma typeEngineer's / Bachelor of Science
Diploma typeEngineer's thesis
Author Łukasz Mężyk (FPAE)
Łukasz Mężyk,,
- Faculty of Power and Aeronautical Engineering
, Kamil Stępień (FPAE)
Kamil Stępień,,
- Faculty of Power and Aeronautical Engineering
Title in PolishBadania nad propagacją ciągłej, wirującej detonacji w wodorowo-powietrznej mieszaninie gazowej
Supervisor Piotr Wolański (FPAE / IHE)
Piotr Wolański,,
- The Institute of Heat Engineering

Certifying unitFaculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unitThe Institute of Heat Engineering (FPAE / IHE)
Study subject / specialization, Lotnictwo i Kosmonautyka
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date29-02-2008
Issue date (year)2008
Pages105
Internal identifierMEL; PD-553
Reviewers Piotr Wolański (FPAE / IHE)
Piotr Wolański,,
- The Institute of Heat Engineering
, Arkadiusz Kobiera (FPAE / IHE)
Arkadiusz Kobiera,,
- The Institute of Heat Engineering
Keywords in Polishkomory spalania, silniki rakietowe, detonacje, silniki pde, silniki cdwe, lotnictwo i kosmonautyka
Keywords in Englishxxx
Abstract in PolishW ramach niniejszej pracy dyplomowej autorzy uczestniczyli w badaniach eksperymentalnych nad propagacją ciągłej, wirującej detonacji w komorze cylindrycznej o średnicy zewnętrznej równej 150mm. Badania prowadzono dla mieszaniny wodoru z powietrzem. Wykonano także symulacje numeryczne przepływu, w komorze detonacyjnej w obszarze obejmującym okolice wtryskiwaczy, aby przeanalizować sposób mieszania się składników. W pracach eksperymentalnych, pierwszym krokiem było ustalenie wydatków masowych obu gazów (znalezienie wartości ciśnień w butlach zasilających), zapewniających pojawienie się interesującego nas zjawiska, czyli ciągłej detonacji spinowej, przy zadanej geometrii komory. Następnie przeprowadzono badania wpływu zmiany geometrii kanału komory, czyli długości i szerokości kanału na proces inicjacji i propagacji detonacji a także na prędkość propagacji detonacji. Badając wpływ zmiany długości kanału na propagację, skupiono się na analizie odchyłek rejestrowanych prędkości fali detonacyjnej od wartości średniej, czyli na analizie stabilności procesu. Proces był najbardziej stabilny, gdy długość kanału wynosiła 95,5÷105,5mm, dlatego jako wartość optymalną przyjęto 100mm. Minimalną długością kanału komory, poniżej której detonacja była niestabilna była 55,5mm. Dla badań wpływu szerokości kanału na prędkości propagacji, porównano dwa przypadki, gdy szerokość kanału wynosiła 5mm i 10mm, dla niezmiennej długości kanału wynoszącej 105,5mm. Nie stwierdzono znaczących różnic w propagacji detonacji dla obu wartości szerokości kanału. Zbadano także w pewnym zakresie wpływ zmian energii inicjatora na inicjację i prędkość propagacji. Przyjęto, że jest ona równa energii chemicznej zawartej w inicjatorze. Wielkość tej energii zależała od wielkości ciśnienia początkowego mieszaniny inicjującej. Oszacowana wartość graniczna energii inicjacji detonacji mieszanki wodorowo-powietrznej zawiera się w przedziale pomiędzy około 1600J a 1000J. Obliczenia numeryczne przepływu przeprowadzono dla modeli dwuwymiarowego i trójwymiarowego kanału komory (a właściwie jego części), aby porównać właściwości takich rozwiązań przepływu oraz stwierdzić, na ile obliczenia komputerowe mogą pomóc w opisie badanych przez nas zjawisk. Obliczenia miały na celu zobrazowanie procesu mieszania się składników w komorze. Przeprowadzono je przy użyciu komercyjnego programu Fluent®. Otrzymane wyniki są przedstawieniem jednego ze stanów możliwych do wystąpienia podczas eksperymentu.
File
Praca Dyplomowa.pdf 13.65 MB

Get link to the record

Back
Confirmation
Are you sure?