Comptes Rendus
Structure cellulaire de la détonation des mélanges H2–NO2/N2O4
[Cellular structure of the detonation of gaseous mixtures H2–NO2/N2O4]
Comptes Rendus. Mécanique, Volume 331 (2003) no. 5, pp. 365-372.

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.

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.

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DOI: 10.1016/S1631-0721(03)00075-5
Mot clés : Combustion, Détonation, NO2, Structure cellulaire, Cinétique chimique, Longueur d'induction
Keywords: Combustion, Detonation, NO2, Cellular structure, Chemical kinetics, Induction length

Franckie Joubert 1; Daniel Desbordes 1; Henri-Noël Presles 1

1 Laboratoire de combustion et de détonique, UPR 9028 CNRS, ENSMA, BP 40109, 86961 Futuroscope, France
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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/

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