Исследователи Сколтеха представили математическую модель, описывающую стационарные распространяющиеся волны горения — от медленного дозвукового пламени до сверхзвуковых волн детонации. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Горение может протекать в разных режимах. Самый мощный из них — сильная детонация. Это сверхзвуковая ударная волна, которая резко сжимает и нагревает газовую смесь, после чего запускается химическая реакция. Такой режим отличается высокой устойчивостью. В слабых детонациях и слабых волнах горения резкого скачка давления нет: реакция начинается только в уже нагретой смеси. Эти режимы возникают редко и легко переходят в другие формы. Обычное пламя — это медленная, дозвуковая волна, скорость которой определяется тем, как быстро тепло прогревает холодное топливо впереди фронта реакции.
Чтобы описать эти процессы, ученые использовали два подхода. Сначала они получили приближенные аналитические формулы, позволяющие понять структуру волн в различных зонах. Затем результаты проверили с помощью численных расчетов по полной системе уравнений модели. Такой двойной анализ позволил проследить, как при изменении условий меняются температура, давление и скорость химической реакции.
Особое значение имело сравнение с более сложными уравнениями газовой динамики — уравнениями Навье–Стокса для сжимаемых реагирующих течений. Близкое совпадение решений показало, что даже относительно простая модель способна корректно воспроизводить ключевые физические свойства горения.
«Эта работа показывает, что даже сильно упрощенные модели могут служить мощным инструментом для понимания сложных динамических процессов. Мы подтвердили качественное соответствие нашей модели уравнениям Навье–Стокса и создали основу для будущих исследований — анализа устойчивости волн и переходных режимов», — отметил первый автор исследования, аспирант программы «Инженерные системы» Сколтеха Шамиль Магомедов.
По словам руководителя работы, доцента Центра искусственного интеллекта Сколтеха Аслана Касимова, классификация всех стационарных режимов стала первым шагом к более глубокому анализу.
«Теперь можно изучать, при каких условиях происходит опасный переход от обычного пламени к взрывной детонации. Это напрямую связано с задачами управления процессом горения и предотвращения аварий в двигателях и промышленных установках», — подчеркнул он.
Полученные результаты важны для разработки более безопасных двигателей, систем сжигания топлива и методов защиты промышленных объектов от нежелательных взрывов.
Ранее в России создали ИИ-модуль для планирования операций на легких.
