Near-limit propagation of detonations in annular channels

• Main Author: Jesuthasan, Anne
• Other Authors: John H S Lee (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Engineering - Mechanical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=104685

In this study, the near-limit propagation of detonations in annular channelsis investigated. Stoichiometric mixtures of methane-oxygen, acetylene-nitrousoxide diluted with 50% argon and acetylene-oxygen diluted with 70% argon areused in the experiments. Detonation velocity as well as smoked foil records ofnear-limit detonations are obtained. It is found that by normalizing the channellength scale by the ZND reaction length, ( i.e. L/ΔZND, where L is the channelgap) the velocity variations for different channels coalesces to a single curve.Thus the detonation velocity in annular channels depends on the relative rolebetween the geometry and the chemical sensitivity of the mixture. Detonationvelocities of the order of half Chapman-Jouguet (CJ) values were observed nearthe limit which tend to suggest instabilities provide the mechanism to maintainthe propagation at such low velocities. The results obtained were compared toFay's velocity deficit model. Qualitative agreement was obtained for acetyleneoxygendiluted with 70% argon mixtures, but fails to predict in methane-oxygenmixtures. Smoked foil records indicate the detonation structure is irreproduciblenear the limit. Particularly in thin channels, the detonation structure is significantlyaffected by the boundary layer. === Dans cette recherche, la propagation des détonations près de la limite dedétonation est étudiée dans des tubes annulaires. Les mélangesstoechiométriques de méthane et d'oxygène, d'acétylène et d'oxide nitreux diluésavec 50% d'argon, ainsi que d'acétylène et d'oxygène dilués avec 70% d'argonsont utilisés dans les expériences. Des mesures de célérité de la détonationainsi que des tracés des ondes de pression transverses sur feuille de suie ontété obtenus près de la limite de détonation. En normalisant l'espace annulairepar rapport à la longueur de la zone de réaction ZND ( i.e. L/ΔZND, où L estl'espace annulaire), les variations de célérité des détonations pour les différentsespaces annulaires se combinent pour former une seule courbe. Des célérités dedétonation d'environ la moitié de la valeur Chapman-Jouguet (CJ) ont étéobservées près de la limite ce qui suggère que les instabilités fournissent lemécanisme nécessaire pour entretenir la propagation malgré le déficit decélérité. Les résultats sont comparés au modèle de perte de célérité de Fay. Unaccord qualitatif est obtenu pour le mélange d'acétylène et d'oxygène dilué avec70% d'argon, mais le modèle ne parvient pas à prédire le déficit de célérité pourle mélange de méthane et d'oxygène. Les tracés sur feuille de suie indiquent quela structure de la détonation n'est pas reproductible près de la limite.Particulièrement pour les espaces annulaires minces, la structure de ladétonation est fortement affectée par la couche limite.