[論文レビュー] Theory of DDT in Unconfined Flames

A. M. Khokhlov, Elaine S. Oran+1 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 1996

Combustion and Detonation Processes参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、閉じた空間に閉じ込められていない乱流炎における爆轟発生の理論的枠組みを構築し、乱流混合と局所的炎の消火が誘導時間の勾配を生じさせ、DDTを引き起こす必要条件を形成すると提案する。モデルは、爆轟波の厚さ、層流炎速度、炎の厚さに基づいた下界基準を導出し、衝撃加熱や壁効果が存在しない条件下でDDTが発生可能または不可能なパラメータ領域を特定する。

ABSTRACT

This paper outlines a theoretical approach for predicting the onset of detonation in unconfined turbulent flames which is relevant both to problems of terrestrial combustion and to thermonuclear burning in Type Ia supernovae. Two basic assumuptions are made: 1) the gradient mechanism is the inherent mechanism that leads to DDT in unconfined conditions, and 2) the sole mechanism for preparing the gradient in induction time is by turbulent mixing and local flame quenching. The criterion for DDT is derived in terms of the one-dimensional detonation wave thickness, the laminar flame speed, and the laminar flame thickness in the reactive gas. This approach gives a lower-bound criterion for DDT for conditions where shock preheating, wall effects, and interactions with obstacles are absent. Regions in parameter space where unconfined DDT can and cannot occur are determined. A subsequent paper will address these issues specifically in the astrophysical context.

研究の動機と目的

• 地上の燃焼および天体物理学的核燃焼に関連する、閉じた空間に閉じ込められていない乱流炎における爆轟遷移（DDT）の理論的基盤を確立すること。
• 壁、障害物、または衝撃加熱が存在しない状況下でDDTを駆動する内在的メカニズムを特定すること。
• 基本的な炎および爆轟パラメータを用いて、DDTの下界基準を定義すること。
• 理想化された閉じた空間に閉じ込められていない条件下で、DDTが発生可能または不可能なパラメータ空間の領域をマッピングすること。
• 特にIa型超新星を含む、将来的な天体物理学的応用の基盤を築くこと。

提案手法

• DDTの主な駆動要因として勾配メカニズムを仮定する。
• 誘導時間勾配が、乱流混合と局所的炎の消火によってのみ生じるとモデル化する。
• 一次元爆轟波の厚さ、層流炎速度、および層流炎の厚さを用いて、DDTの臨界基準を導出する。
• 一次元反応流理論を用いて、理想化された閉じた空間に閉じ込められていない条件下での炎から爆轟への遷移を分析する。
• 衝撃加熱や壁効果を除外して、DDT発生のためのパラメータ空間の境界を特定する。
• 最小限の不安定化要因を仮定することで、DDT発生の下界予測を確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 壁や障害物が存在しない閉じた空間に閉じ込められていない乱流炎において、DDTを引き起こす内在的メカニズムは何か？
• RQ2 乱流混合と局所的炎の消火は、どのようにDDTに必要な誘導時間勾配を生成するのか？
• RQ3 閉じた空間に閉じ込められていない条件下で、DDTが発生可能かどうかを決定する最小限のパラメータセットは何か？
• RQ4 提案されたモデルのもとで、パラメータ空間のどの領域でDDTが発生可能または不可能と予測されるか？
• RQ5 導出された基準は、現実の燃焼およびIa型超新星の状況とどのように関係するか？

主な発見

• 勾配メカニズムは、閉じた空間に閉じ込められていない炎におけるDDTの支配的内在的経路であると特定された。
• 外部要因が存在しない状況下で、乱流混合と局所的炎の消火が誘導時間勾配の唯一の源であることが示された。
• 爆轟波の厚さ、層流炎速度、および層流炎の厚さを用いて、DDTの下界基準が導出された。
• 理想化された閉じた空間に閉じ込められていない条件下で、DDTが発生可能または不可能な明確なパラメータ空間の境界がモデルで定義された。
• この枠組みは、将来的な天体物理学的文脈、特にIa型超新星におけるDDTの分析の基盤を提供する。
• 衝撃加熱や壁効果が存在しないため、DDT発生の最小限で解析的に取り扱いやすい予測が可能になった。