Abstract This paper examines the effect of gradients in reactivity on the propagation of detonations in a relatively large ( ~ 1 m high) channel by studying detonation transmission from stoichiometric to fuel-lean mixtures of methane and air. The numerical model solves the fully compressible, reactive Navier–Stokes equations. The chemical heat release, mass diffusion and species-production rates are modeled by a new version of the chemical-diffusive model (CDM), calibrated to reproduce flame and detonation properties over a range of equivalence ratios. One- and two-dimensional simulations are performed for three different reactivity gradients, corresponding to a steep, intermediate, and shallow gradient in reactivity. In one dimension, detonation transmission across all reactivity gradients results in detonation failure, as the detonation wavefront decouples into a shock and a flame. This is not the case in two dimensions, where the dynamics of detonation transmission and failure are far more complex due to the presence of transverse waves and the shock collisions associated with them. Successful transmission of the detonation in two dimensions depends on the steepness of the reactivity gradient, the local strength of the detonation, and the interaction of the detonation with the Taylor expansion fan. In multidimensions, weaker parts of the detonation decouple into separated shocks and flames, but the overdriven parts of the wavefronts survive. The result is partial failure at the front. Such partially failed detonations, however, can develop extremely high pressure overdriven transverse detonations in their reaction zones.

中文翻译：

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反应梯度在大通道中甲烷-空气爆炸的存活、衰变和重燃中的作用

摘要 本文通过研究从化学计量比到贫燃料的甲烷和空气混合物的爆震传输，研究了反应性梯度对相对较大（~ 1 m 高）通道中爆震传播的影响。数值模型求解完全可压缩的反应 Navier-Stokes 方程。化学热释放、质量扩散和物种产生速率由新版本的化学扩散模型 (CDM) 建模，经过校准以重现一系列当量比范围内的火焰和爆轰特性。对三种不同的反应性梯度进行一维和二维模拟，对应于反应性的陡峭、中间和浅梯度。在一维中，跨越所有反应梯度的爆轰传输导致爆轰失败，当爆轰波前解耦为激波和火焰时。二维情况并非如此，由于横波和与之相关的冲击碰撞的存在，爆震传递和破坏的动力学要复杂得多。爆炸在二维空间的成功传递取决于反应梯度的陡度、爆炸的局部强度以及爆炸与泰勒膨胀扇的相互作用。在多维中，爆轰的较弱部分分离成单独的冲击和火焰，但波前的过度驱动部分幸存下来。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。二维情况并非如此，由于横波和与之相关的冲击碰撞的存在，爆震传递和破坏的动力学要复杂得多。爆炸在二维空间的成功传递取决于反应梯度的陡度、爆炸的局部强度以及爆炸与泰勒膨胀扇的相互作用。在多维中，爆轰的较弱部分分离成单独的冲击和火焰，但波前的过度驱动部分幸存下来。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。二维情况并非如此，由于横波和与之相关的冲击碰撞的存在，爆震传递和破坏的动力学要复杂得多。爆炸在二维空间的成功传递取决于反应梯度的陡度、爆炸的局部强度以及爆炸与泰勒膨胀扇的相互作用。在多维中，爆轰的较弱部分分离成单独的冲击和火焰，但波前的过度驱动部分幸存下来。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。由于横波的存在和与之相关的冲击碰撞，爆震传输和破坏的动力学要复杂得多。爆炸在二维空间的成功传递取决于反应梯度的陡度、爆炸的局部强度以及爆炸与泰勒膨胀扇的相互作用。在多维中，爆轰的较弱部分分离成单独的冲击和火焰，但波前的过度驱动部分幸存下来。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。由于横波的存在和与之相关的冲击碰撞，爆震传输和破坏的动力学要复杂得多。爆炸在二维空间的成功传递取决于反应梯度的陡度、爆炸的局部强度以及爆炸与泰勒膨胀扇的相互作用。在多维中，爆轰的较弱部分分离成单独的冲击和火焰，但波前的过度驱动部分幸存下来。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。爆炸在二维空间的成功传递取决于反应梯度的陡度、爆炸的局部强度以及爆炸与泰勒膨胀扇的相互作用。在多维中，爆轰的较弱部分分离成单独的冲击和火焰，但波前的过度驱动部分幸存下来。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。爆炸在二维空间的成功传递取决于反应梯度的陡度、爆炸的局部强度以及爆炸与泰勒膨胀扇的相互作用。在多维中，爆轰的较弱部分分离成单独的冲击和火焰，但波前的过度驱动部分幸存下来。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。但是波前的过载部分仍然存在。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。但是波前的过载部分仍然存在。结果是前面部分失败。然而，这种部分失败的爆炸会在它们的反应区产生极高的压力过度驱动的横向爆炸。