In the present research, the onset of detonation downstream of a perforated plate subsequent to the reflection of a Chapman-Jouguet (CJ) detonation upstream was investigated. Single-frame schlieren photography was used together with pressure and velocity measurements to examine the phenomena in detail. Experiments were performed with two different mixtures: C2H2 + 2.5O2 + 70%Ar and C3H8 + 5O2. The former is known to have a piecewise laminar structure with a regular cellular structure while the latter has a much more irregular transverse wave pattern. Upon reflection of the CJ detonation upstream, a turbulent reaction front propagates downstream at a quasi-steady velocity which corresponds to about the sound speed of the detonation products and half the CJ detonation velocity. There is found to be a critical value of the initial pressure in which the detonation is re-initiated downstream of the perforated plate. Below the critical initial pressure, the quasi-steady reaction front decays into a deflagration after a certain period of propagation. For the high argon diluted mixtures, the onset of detonation is found to always occur in the vicinity downstream of the perforated plate, when the turbulence generated by the plate has not yet decayed. In contrast, for the propane-oxygen mixtures at critical condition, the quasi-steady reaction front is found to propagate for relatively long distances from the plate prior to the onset of detonation. Thus it is concluded that high argon diluted mixtures may not be able to self-generate the critical conditions that are required for the transition to detonation. / Dans cette recherche, des détonations Chapman-Jouguet (CJ) sont réfléchies par une plaque perforée afin d'étudier le phénomène de la formation des détonations en aval. Pour ce faire, la photographie schlieren ultra-rapide est utilisée et combinée à des mesures de pressions et de vitesses. Les expériences sont réalisées avec deux mixtures explosives différentes: C2H2 + 2.5O2 + 70%Ar et C3H8 + 5O2. La première est connue pour avoir une structure cellulaire laminaire et régulière, tandis que la seconde possède un tracé cellulaire bien plus irrégulier. Lorsque la détonation CJ est réfléchie par la plaque en amont, une zone de réaction turbulente est propagée enaval à une vitesse plus ou moins constante correspondant à la vitesse du son dans les produits de détonation ainsi qu'à environ la moitié de la vitesse CJ de détonation. Cette étude démontre qu'il existe une valeur critique de la pression initiale pour laquelle la détonation est ré-initiée en aval de la plaque perforée. Sous cette pression critique, la zone de réaction turbulente décroît en une déflagration après une certaine période de propagation. Pour la mixture diluée d'argon, la formation de la détonation se fait toujours à proximité de la plaque, avant que la turbulence générée par la plaquene se soit complètement dissipée. Pour les mixtures de propane-oxygène à pression critique, il apparaît que la zone de réaction turbulente peut se propager sur une distance relativement longue avant que la formation de la détonation débute. Cette recherche démontre donc que les mixtures hautement diluées d'argon pourraient ne pas être en mesure de générer par elles-mêmes les conditions critiques requises pour la transition en une détonation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.97255 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Grondin, Jean-Sébastien |
| Contributors | John H S Lee (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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