Des calculs de la zone de réaction de la détonation de mélanges réactifs gazeux constitués de l'oxydant NO2/N2O4 et d'un combustible (H2, CH4 ou C2H6) sur le domaine de richesse Φ compris entre 0,5 et 2 montrent que, pour Φ⩾1, l'énergie chimique est libérée en deux étapes exothermiques distinctes et successives, de temps d'induction chimique caractéristiques différents. La première étape exothermique est due essentiellement à la réaction NO2+H→NO+OH, NO devenant l'oxydant principal de la deuxième étape exothermique.
L'étude expérimentale sur le même domaine de richesse (0,5⩽Φ⩽2) montre que, pour Φ⩾1, l'onde de détonation de ces mélanges est constituée d'un double réseau de structures cellulaires. Un résultat similaire avait été obtenu lors de l'étude de la détonation du Nitrométhane gazeux (CH3NO2), le groupement NO2 étant ici inclus dans la molécule. En conséquence, l'oxydant NO2, qu'il soit libre dans le mélange réactif ou partie intégrante d'une molécule (monergol), est responsable par sa cinétique chimique spécifique sur un domaine de richesse déterminé, d'une libération de l'énergie chimique en deux étapes et d'une double structure dans l'onde de détonation. Ces résultats renforcent l'idée que la structure cellulaire de la détonation trouve son origine dans les forts taux de libération retardée de l'énergie chimique dans la zone de réaction.
Calculations of the detonation reaction zone of gaseous reactive mixtures of NO2/N2O4 as oxidizer and H2, CH4 or C2H6 as fuel, in the range of equivalence ratio Φ between 0.5 and 2, show that, for Φ⩾1, the chemical energy is released in two distinct and successive exothermic steps with different chemical induction times. The first exothermic stage is mainly due to the reaction NO2+H→NO+OH, NO being the main oxidizer of the second one.
The experimental study conducted on the same range of equivalence ratio (0.5⩽Φ⩽2) shows that, for Φ⩾1, the detonation wave of these mixtures contains a double set of cellular structures. A similar result had already been obtained with the detonation of gaseous Nitromethane, the NO2 group being here included in the molecule. Consequently, the oxidizer NO2 being either initially separated from the fuel or included inside the molecule of a monopropellant (Nitromethane) is responsible, because of its specific chemical kinetics, of a chemical energy release in two main steps and of the existence of a double cellular structure in the detonation wave for the same range of equivalence ratio. These results reinforce the assumption that the cellular structure of the detonation finds its origin in the strong rates of chemical energy release inside the reaction zone.
Accepté le :
Publié le :
Keywords: Combustion, Detonation, NO2, Cellular structure, Chemical kinetics, Induction length
Franckie Joubert 1 ; Daniel Desbordes 1 ; Henri-Noël Presles 1
@article{CRMECA_2003__331_5_365_0,
author = {Franckie Joubert and Daniel Desbordes and Henri-No\"el Presles},
title = {Structure cellulaire de la d\'etonation des m\'elanges {H\protect\textsubscript{2}{\textendash}NO\protect\textsubscript{2}/N\protect\textsubscript{2}O\protect\textsubscript{4}}},
journal = {Comptes Rendus. M\'ecanique},
pages = {365--372},
publisher = {Elsevier},
volume = {331},
number = {5},
year = {2003},
doi = {10.1016/S1631-0721(03)00075-5},
language = {fr},
}
TY - JOUR AU - Franckie Joubert AU - Daniel Desbordes AU - Henri-Noël Presles TI - Structure cellulaire de la détonation des mélanges H2–NO2/N2O4 JO - Comptes Rendus. Mécanique PY - 2003 SP - 365 EP - 372 VL - 331 IS - 5 PB - Elsevier DO - 10.1016/S1631-0721(03)00075-5 LA - fr ID - CRMECA_2003__331_5_365_0 ER -
Franckie Joubert; Daniel Desbordes; Henri-Noël Presles. Structure cellulaire de la détonation des mélanges H2–NO2/N2O4. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 331 (2003) no. 5, pp. 365-372. doi : 10.1016/S1631-0721(03)00075-5. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/S1631-0721(03)00075-5/
[1] Gaseous nitromethane and nitromethane-oxygen mixture, a new detonation structure, Shock Waves, Volume 6 (1996), pp. 111-114
[2] Interprétation de la double structure observée dans l'onde de détonation du nitrométhane gazeux, C. R. Acad. Sci. Paris, Volume 329 (2001), pp. 1-6
[3] F. Joubert, Étude de la détonation de mélanges réactifs gazeux constitués d'un combustible (H2, CH4, C2H6, C2H4) et d'un oxyde d'azote, N2O et NO2/N2O4, Thèse de l'université de Poitiers, 2001
[4] Shock tube study of the nitromethane decomposition and oxidation, 21st Symposium on Shock Waves, 1, 1997, pp. 121-126
[5] Development and validation of a detailed reaction mechanism for the combustion modeling, Eurasian Chemico-Technological J., Volume 2 (2000), pp. 257-264 http://homepages.vub.ac.be/~akonnov
[6] R.J. Kee, F.M. Rupley, J.A. Miller, The Chemkin thermodynamic data base, Sandia Report, SAND87-8215B, UC-4, 1993
[7] R.J. Kee, F.M. Rupley, J.A. Miller, Chemkin-II: A Fortran chemical kinetics package for the analysis of gas phase chemical kinetics, Sandia Report, SAND89-8009B, UC-706, 1994
[8] Structure of gaseous detonation in tubes, Soviet Phys. Tech. Phys., Volume 5 (1960), pp. 419-431
[9] Reinitiation process at the end of the detonation cell, AIAA Progress in Astronautics and Aeronautics, Volume 75 (1981), pp. 358-369
[10] Some characteristics of flames supported by NO and NO2, 4th International Symposium on Combustion, 1953, pp. 420-428
[11] Burning structure and stability of n-butane-nitrogen dioxide flames in air, 6th International Symposium on Combustion, 1957, pp. 164-172
[12] Comparative study of flame propagation in compounds containing nitrogen oxides, Combustion and Flame, Volume 3 (1959), pp. 187-200
[13] Survey of rocket propellants and their combustion characteristics, AIAA Progress in Astronautics and Aeronautics, Volume 90 (1984), pp. 1-52
Cité par Sources :
Commentaires - Politique