Comptes Rendus
no. 12
Etude de la détonation de mélanges pauvres H2NO2/N2O4

Présenté par : Sébastien Candel

Daniel Desbordes1  ; Henri Noël Presles1  ; Franckie Joubert1  ; Cresus Gbagdo Douala1
1 Laboratoire de combustion et de détonique, UPR 9028 CNRS, ENSMA, BP 40109, 86961 Futuroscope Chasseneuil, France
Comptes Rendus. Mécanique, Volume 332 (2004) no. 12, pp. 993-999.

Des calculs de la zone de réaction de la détonation de mélanges gazeux H2NO2/N2O4 sur le domaine de richesse Φ compris entre 0,25 et 0,7 montrent que pour 0,25⩽Φ⩽0,4 l'énergie chimique est libérée en deux étapes exothermiques distinctes et successives de temps chimiques caractéristiques très différents. Comme pour les mélanges riches, la première étape exothermique est due essentiellement à la réaction élémentaire NO2 + H → NO + OH, en revanche la seconde étape résulte de la décomposition de NO en N2 et O2. Des expériences sur la propagation de la détonation en fonction de la richesse des mélanges confinés dans un tube de diamètre intérieur 52 mm ont montré que pour Φ=0,3 la valeur mesurée de la célérité de détonation stationnaire est très inférieure à la valeur théorique et que la largeur moyenne de la cellule de détonation est beaucoup plus grande que la valeur déterminée par extrapolation de celles obtenues pour des valeurs de richesse légèrement plus élevées. Ces résultats s'expliquent par le fait que la détonation ainsi observée, bien que stationnaire, est « non idéale », c'est à dire qu'elle n'est supportée que par une partie de l'énergie chimique disponible, celle provenant essentiellement de la première étape exothermique.

Calculations of the detonation reaction zone of gaseous H2NO2/N2O4 mixtures in the range of equivalence ratio Φ between 0.25 and 0.7 show that for 0.25⩽Φ⩽0.4 the chemical energy is released in two distinct and successive exothermic steps characterised by different chemical characteristic times. As for rich mixtures, the first exothermic step is mainly due to the reaction NO2 + H → NO + OH, but the second one is different since it results from the exothermic decomposition of NO into N2 and O2. For Φ=0.3 the measured detonation velocity in a tube of 52 mm internal diameter is very much smaller than the calculated value and the mean size of the cellular structure is very much larger than the value extrapolated from data obtained with mixtures of higher but close equivalence ratio. All these results show that the detonation, though self-sustained and steady, is ‘non-ideal’, i.e. it is supported only by a part of the available chemical energy, that provided mainly by the first exothermic step.

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DOI : 10.1016/j.crme.2004.08.001
Mot clés : Mécanique des fluides, Combustion, Hydrogène, Dioxyde d'azote, Détonation non idéale, Cinétique chimique
Keywords: Fluid mechanics, Combustion, Hydrogen, Nitrogen dioxyde, Non-ideal detonation, Chemical kinetics
Daniel Desbordes 1 ; Henri Noël Presles 1 ; Franckie Joubert 1 ; Cresus Gbagdo Douala 1

1 Laboratoire de combustion et de détonique, UPR 9028 CNRS, ENSMA, BP 40109, 86961 Futuroscope Chasseneuil, France 
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Daniel Desbordes; Henri Noël Presles; Franckie Joubert; Cresus Gbagdo Douala. Etude de la détonation de mélanges pauvres H2NO2/N2O4. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 332 (2004) no. 12, pp. 993-999. doi : 10.1016/j.crme.2004.08.001. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/j.crme.2004.08.001/

[1] F. Joubert; D. Desbordes; H.N. Presles Structure cellulaire de la détonation des mélanges H2NO2/N2O4, C. R. Mecanique, Volume 331 (2003), pp. 365-372

[2] N. Djebaïli Chaumeix; S. Abid; C.E. Paillard Shock tube study of the nitromethane decomposition and oxydation, 21st Symposium on Shock Waves, vol. 1, 1997, pp. 121-126

[3] N. Lamoureux; C. Matignon; M.O. Sturtzer; D. Desbordes; H.N. Presles Interprétation de la double structure observée dans l'onde de détonation du nitrométhane gazeux, C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. IIB, Volume 329 (2001), pp. 687-692

[4] A.A. Konnov Development and validation of a detailed reaction mechanism for the combustion modelling, Eurasian Chemical Technological J., Volume 2 (2000), pp. 257-264

[5] H.N. Presles; D. Desbordes; M. Guirard; C. Guerraud Gaseous nitromethane and nitromethane-oxygen mixture, a new detonation structure, Shock Waves, Volume 6 (1996), pp. 111-114

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