Численное моделирование теплового запирания канала при горении водородно-воздушной смеси в сверхзвуковом потоке

Представлены результаты расчетов высокоскоростного реагирующего течения предварительно не перемешанной водородно-воздушной смеси в канале с резким расширением в форме уступов с поперечной инжекцией водородных струй. Расчеты проведены в пакете Ansys Fluent на основе решения трехмерных нестационарных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса, дополненных $\kappa$-$\omega$ SST моделью турбулентности и блоком уравнений детальной химической кинетики горения водорода в воздухе. Численно получено самовоспламенение водородно-воздушной смеси, переходящее в режим интенсивного горения с движением пламени от зоны воспламенения вверх по потоку. Показано, что горение происходит в толстых дозвуковых зонах, которые в местах повышенного тепловыделения смыкаются на оси канала, образуя тепловое горло. В результате формируется система прямых скачков уплотнения, которые отрывают пограничный слой от стенки канала. Возвратное течение переносит горячие продукты реакции по направлению к торцу уступа, в результате чего тепловое горло и скачки уплотнения смещаются навстречу потоку. Это приводит к выходу волны горения и ударной волны в инжекторную часть, при этом “выбитая” ударная волна объединяется с головным скачком перед струями, в результате чего канал запирается.