Ushbu tadqiqot Yer tortishish kuchi ostida hajm bo‘yicha %6 H₂ saqlovchi o‘ta-sust vodorod–havo aralashmasida hosil bo‘ladigan alanga yadrosining o‘sishi, ko‘tarilishi, shakl o‘zgarishi va parchalanishini sonli ravishda o‘rganadi. O‘ta-sust vodorod alanga yadrosi — yoqilgandan so‘ng vodorodning afzal va termal diffuziyasi, kimyoviy issiqlik ajralishi, radiatsion sovish va ko‘taruvchi kuchning birgalikdagi ta’siri bilan belgilanadigan kichik va vaqtga bog‘liq reaksiya tuzilmasidir. Tadqiqotda batafsil vodorod kimyosi va past-Mach-sonli gaz dinamikasi qo‘llanilgan; Soret diffuziyasi va radiatsion issiqlik yo‘qotilishi mustaqil ravishda yoqib-o‘chirilib, to‘rtta fizik model kombinatsiyasi taqqoslangan.

Yoqilgandan keyingi ilk bosqich bir o‘lchamli sferik simulyatsiyalar bilan o‘rganilgan va taxminan dastlabki 200 ms davomida alanga fronti radiusi kvadratining vaqt bilan taxminan chiziqli o‘zgarishi, ya’ni \(R_f^2 \simeq Kt\) ko‘rinishidagi diffuziya boshqaradigan o‘sish rejimiga amal qilishi aniqlangan. Soret diffuziyasi samarali o‘sish koeffitsiyenti \(K\) ni oshirgan, radiatsion issiqlik yo‘qotilishi esa kamaytirgan. Bu xulq doimiy tezlikdagi sferik alanga tarqalishidan farq qiladi; yadro kattalashgani sayin frontning oniy radial tezligi kamayadi.

Ikki o‘lchamli simulyatsiyalarda yadro kattalashgani sari ko‘taruvchi kuch ustun bo‘lib borgan, issiq mahsulot hududi yuqoriga ko‘tarilib, o‘z toroidal girdobini hosil qilgan. Dastlab taxminan sferik bo‘lgan tuzilma keyinchalik yassi elliptik qopqoqqa aylangan. Soret diffuziyasi kattaroq va tezroq ko‘tariladigan yadrolarni hosil qilgan va yuqori qopqoqni yanada aylanasimon saqlagan. Radiatsiya ko‘tarilish trayektoriyasiga nisbatan kuchsizroq ta’sir ko‘rsatgan, biroq nisbiy yonlama yassilanishni oshirgan.

Barcha fizik-model kombinatsiyalarida alanganing parchalanish yo‘li asosan bir xil bo‘lgan. Toroidal girdob yuqori qopqoq bilan pastga qayrilgan alanga shoxi orasidagi tor reaksiya hududini cho‘zib, mahalliy so‘nishga sabab bo‘lgan. Soret diffuziyasi parchalanishni kechiktirgan; radiatsiya esa oldinga surgan. Har ikki ta’sir birga faol bo‘lganda parchalanish 305 ms da, ikkalasi ham o‘chiq bo‘lganda 306 ms da sodir bo‘lgan va 1 ms lik farq tadqiqotning vaqtni aniqlash sezgirligi doirasida qolganligi sababli mazmunli fizik siljish sifatida talqin qilinmagan.

Tadqiqot yangi fizik yonish tajribasi emas. Natijalar bir o‘lchamli sferik, ikki o‘lchamli tekis va ikki o‘lchamli o‘q-simmetrik sonli modellarga asoslangan. O‘q-simmetrik natijalar avval e’lon qilingan eksperimental yetakchi-nuqta trayektoriyalari bilan taqqoslangan; to‘liq uch o‘lchamli nosimmetrik parchalanish va turbulent alanga xulqi bu tadqiqotda yechilmagan.

Tadqiqot muammosi

Vodorod–havo aralashmalari yonuvchanlik chegarasiga yaqinlashganda klassik, silliq va taxminan tekis premiks alanga xulqidan sezilarli darajada uzoqlashishi mumkin. Kimyoviy issiqlik ajralishi sekinlashgani sari molekulyar tashilish, issiqlik yo‘qotilishi, egrilik, alanga cho‘zilishi va tabiiy konveksiyaning nisbiy ahamiyati ortadi. Molekulyar vodorodning yuqori diffuzivligi tufayli vodorod issiq reaksiya hududiga ko‘plab boshqa turlarga qaraganda tezroq tashilishi mumkin.

Yer tortishish kuchi ostida bunga ko‘taruvchi kuch ham qo‘shiladi. Yoqilgandan keyin hosil bo‘ladigan issiq va past zichlikdagi mahsulot yadrosi yuqoriga harakat qiladi. Bu harakat faqat alanganing joyini o‘zgartirmaydi; ayni paytda alanga atrofida yirik miqyosli girdob hosil qiladi. Shu sababli kuzatiladigan yuqoriga yo‘nalgan alanga harakati faqat laminar yonish tezligining natijasi emas. Kimyoviy front harakati, issiq gaz massasining ko‘tarilishi, radial va o‘q bo‘ylab konveksiya hamda uzluksiz shakl o‘zgarishi birgalikda rol o‘ynaydi.

Manba o‘rganayotgan asosiy bo‘shliq — Soret termal diffuziyasi bilan radiatsion issiqlik yo‘qotilishining erkin ko‘tariluvchi o‘ta-sust vodorod alanga yadrosiga birgalikdagi ta’siri Yer tortishish kuchi ostida tizimli ravishda miqdoriy baholanmaganidir. Avvalgi tadqiqotlar bu mexanizmlarni ko‘pincha mikrogravitatsiyadagi alanga sharlari, devor bilan cheklangan alangalar, gorelka bilan barqarorlashtirilgan alangalar yoki tabiiy konveksiyasiz hujayraviy alangalar kontekstida ko‘rib chiqqan.

Soret Diffuziyasi O‘ta-Sust Vodorod Alangasida Nima Qiladi?

Soret diffuziyasi harorat gradientining yengil H va H₂ turlarida qo‘shimcha massa oqimini hosil qilishiga sabab bo‘ladi; tadqiqotdagi o‘ta-sust vodorod aralashmasida bu mexanizm vodorodning issiq reaksiya hududiga tashilishini kuchaytiradi, yadroning o‘sishini tezlashtiradi, ko‘proq issiq mahsulot hosil bo‘lishini qo‘llab-quvvatlaydi va girdob sababli cho‘zilishga qarshi tutash alanga tuzilmasining uzoqroq saqlanishiga yordam beradi.

Soret ta’siri va oddiy molekulyar diffuziya

Manbada aralashma-o‘rtacha tur oqimining tuzatilmagan ko‘rinishi quyidagicha berilgan:

\[ \mathbf{j}_k^{(0)} = -\rho D_k \nabla Y_k - D_k^T \nabla \ln T \tag{10} \]

Bu yerda \(\mathbf{j}_k^{(0)}\), \(k\) turining tuzatilmagan diffuzion massa oqimi; \(\rho\) aralashma zichligi, \(D_k\) aralashma-o‘rtacha molekulyar diffuziya koeffitsiyenti, \(Y_k\) massa ulushi, \(D_k^T\) termal-diffuziya koeffitsiyenti va \(T\) haroratdir.

Birinchi had tur konsentratsiyasining fazoviy o‘zgarishidan kelib chiqadigan oddiy diffuziyani, ikkinchi had esa harorat gradienti hosil qiladigan Soret tashilishini ifodalaydi. Soret ta’siri o‘chirilganda barcha \(D_k^T\) qiymatlari nolga o‘rnatilgan.

Umumiy diffuzion massa oqimi nol bo‘lishi uchun tuzatish tezligi qo‘llanilgan:

\[ \mathbf{j}_k= \mathbf{j}_k^{(0)} - Y_k\sum_{l=1}^{N_s}\mathbf{j}_l^{(0)}, \qquad \sum_{k=1}^{N_s}\mathbf{j}_k=0. \tag{11} \]

Termal diffuziya faqat H va H₂ uchun Schlup–Blanquart qisqartirilgan modeli bilan qo‘llanilgan. Manbadagi koeffitsiyentlar \(\alpha_H=0{,}895\) va \(\alpha_{H_2}=0{,}910\). Og‘irroq turlarning bevosita termal-diffuziya ta’siri e’tiborsiz qoldirilgan. Qarama-qarshi Dufour issiqlik oqimi esa premiks vodorod alangalarida Soret hissasiga nisbatan kichikroq deb qaralgani uchun modelga kiritilmagan.

Radiatsion issiqlik yo‘qotilishi qanday modellashtirilgan?

Radiatsiya optik jihatdan yupqa emissiya yondashuvi bilan ifodalangan va radiatsiya chiqaradigan yagona tur suv bug‘i bo‘lgan. Hajmiy radiatsion manba:

\[ \dot q_{\mathrm{rad}} = -4\sigma_{\mathrm{SB}} \left(T^4-T_b^4\right)\kappa_P, \qquad T_b=300\ \mathrm{K} \tag{12} \]

ko‘rinishidadir. \(\sigma_{\mathrm{SB}}\) Stefan–Boltzmann doimiysi, \(T_b\) fon radiatsiya harorati va \(\kappa_P\) Planck-o‘rtacha yutilish koeffitsiyentidir.

Planck-o‘rtacha koeffitsiyent manbada Barlow va hamkasblarining polinom korrelyatsiyasiga ko‘ra hisoblangan:

\[ \kappa_P = X_{H_2O} \frac{p_0}{p_{\mathrm{ref}}} \sum_{n=0}^{5} a_n \left(\frac{1000}{T}\right)^n, \qquad p_{\mathrm{ref}}=101325\ \mathrm{Pa}. \tag{13} \]

Optik jihatdan yupqa yondashuv mahsulotlarning o‘z radiatsiyasini qayta yutishini e’tiborsiz qoldiradi. Optik qalinlik ortganda bu soddalashtirish sof issiqlik yo‘qotilishini ortiqcha baholashga moyil. Shu sababli tadqiqot batafsil spektral radiatsion uzatishni emas, santimetr miqyosidagi bu alanga yadrosida radiatsion sovishning birlamchi ta’sirini yechadi.

Boshlang‘ich aralashma va yoqish

Sferik tayanch masalada markazdagi 0,4 mm radiusli hudud bir zumda 2000 K gacha qizdirilgan, biroq boshlang‘ich kimyoviy tarkib o‘zgartirilmagan. Shunday qilib, dastlabki bosqichdagi yadro o‘sishi tortishish sababli shakl o‘zgarishidan ajratib o‘rganilgan.

Ikki o‘lchamli masalalarda yoqish markazi 300 K li izotermik pastki devordan 6,4 mm yuqorida joylashgan. Hisoblash sohasining yarim kengligi yoki o‘q-simmetrik radiusi 51,2 mm, balandligi 102,4 mm. Yuqori va tashqi chegaralar erkin chiqish, o‘q esa simmetriya chegarasi hisoblanadi.

To‘rtta fizik model kombinatsiyasi

Ushbu matritsa ikki fizik mexanizmning alohida ta’sirlari va ular birga ishlaganda yuzaga keladigan natijani bir xil boshlang‘ich aralashmada taqqoslash imkonini beradi.

Past-Mach matematik modeli

Reaktiv aralashma termal jihatdan mukammal ideal gaz sifatida qaralgan. Past-Mach yondashuvida bosim fazoda taxminan bir tekis termodinamik qism va gidrodinamik perturbatsiyaga ajratiladi:

\[ p(\mathbf{x},t)=p_0(t)+\pi(\mathbf{x},t). \tag{1} \]

Ushbu tadqiqotda \(p_0=101325\) Pa doimiy saqlangan.

Massaning saqlanishi:

\[ \frac{\partial \rho}{\partial t} +\nabla\cdot(\rho\mathbf{u})=0. \tag{2} \]

Turlarning saqlanishi:

\[ \frac{\partial(\rho Y_k)}{\partial t} +\nabla\cdot(\rho Y_k\mathbf{u}) = -\nabla\cdot\mathbf{j}_k+\dot\omega_k, \qquad k=1,\ldots,N_s. \tag{3} \]

Momentum tenglamasi:

\[ \frac{\partial\mathbf{u}}{\partial t} + (\mathbf{u}\cdot\nabla)\mathbf{u} = -\frac{1}{\rho}\nabla\pi + \frac{1}{\rho}\nabla\cdot\boldsymbol{\tau} + \frac{\rho-\rho_0}{\rho}\mathbf{g}. \tag{4} \]

Oxirgi had zichlik farqidan tug‘iladigan ko‘taruvchi ta’sirni ifodalaydi. Gidrostatik bosim komponenti bosim maydonidan chiqarib tashlangani uchun tayanch zichlik \(\rho_0\) ushbu hadda ko‘rinadi.

Seziladigan entalpiya tenglamasi issiqlik o‘tkazilishini, turlarning entalpiya tashilishini, kimyoviy issiqlik ajralishini, qovushoqlik hadini va radiatsiyani bitta energiya tenglamasida birlashtiradi:

\[ \frac{\partial(\rho h_s)}{\partial t} +\nabla\cdot(\rho h_s\mathbf{u}) = \frac{dp_0}{dt} +\nabla\cdot(\lambda\nabla T) -\nabla\cdot \left( \sum_{k=1}^{N_s}h_{s,k}\mathbf{j}_k \right) -\sum_{k=1}^{N_s}\Delta h_{f,k}^{0}\dot\omega_k +\boldsymbol{\tau}:\nabla\mathbf{u} +\dot q_{\mathrm{rad}}. \tag{5} \]

Vodorod oksidlanishi uchun Kéromnès va hamkasblarining batafsil kimyoviy mexanizmi ishlatilgan, azot inert tur sifatida qabul qilingan. Haroratga bog‘liq issiqlik sig‘imlari va entalpiyalar JANAF termokimyoviy ma’lumotlariga asoslangan polinomlar bilan ifodalangan.

Sonli yechuvchi va grid

Tenglamalar past-Mach FDS algoritmining ichki NRG amaliyoti bilan yechilgan. Zichlik va turlar kimyo hamda tashilish manbalari bilan birga predictor–corrector projection sxemasi orqali rivojlantirilgan; holat tenglamasi zarur tezlik divergensiyasini ta’minlagan; gidrodinamik bosim uchun o‘zgaruvchan koeffitsiyentli Poisson tenglamasi multigrid usuli bilan yechilgan.

Oqim laminar deb qabul qilingan va turbulentlik yoki sub-grid yonish modeli ishlatilmagan. Vaqt qadami adaptiv bo‘lib, past-Mach yechuvchining sonli barqarorlik mezonlari bilan chegaralangan.

Ikki o‘lchamli hisoblarda asosiy katak oralig‘i 0,4 mm va yechiladigan yarim soha 128 × 256 katakni o‘z ichiga oladi. Soret yoqilgan, radiatsiya o‘chiq holat eng yupqa alanga frontini hosil qilgani uchun grid yaqinlashuv sinovi shu holatda o‘tkazilgan. 0,1, 0,2 va 0,4 mm gridlarda yetakchi-nuqta trayektoriyasi bilan 50, 100 va 150 ms dagi \(T=1000\) K izotermalari deyarli ustma-ust tushgan va keyingi hisoblarda 0,4 mm grid ishlatilgan.

\(R_f^2 \simeq Kt\) Rejimi Nimani Anglatadi?

\(R_f^2 \simeq Kt\) rejimi o‘rganilgan yoqilgandan keyingi ilk oraliqda sferik alanga yadrosi radiusi kvadratining taxminan doimiy qiyalik bilan o‘sishini va shu sababli front tezligining doimiy emasligini anglatadi; \(dR_f/dt=K/(2R_f)\) bo‘lgani uchun yadro kattalashgani sari radial ilgarilash tezligi taxminan \(R_f^{-1}\) bilan kamayadi. Manba ushbu munosabatni dastlabki taxminan 200 ms uchun samarali diffuziya-boshqariluvchi rejim sifatida talqin qiladi va uzoq vaqt uchun universal asimptotik qonun sifatida taqdim etmaydi.

Samarali o‘sish koeffitsiyenti K

Alanga frontining moslashtirilgan xulqi:

\[ R_f^2(t) = R_f^2(t^*) + K(t-t^*) \tag{14} \]

ko‘rinishidadir. Hosilasi:

\[ U_f = \frac{dR_f}{dt} = \frac{K}{2R_f}. \tag{15} \]

Shu sababli \(K\) molekulyar diffuziya koeffitsiyenti yoki laminar yonish tezligi bilan aynan bir narsa emas. Manbada \(K\) afzal diffuziya, issiqlik o‘tkazilishi, cheklangan tezlikdagi kimyo, termal kengayish, Soret tashilishi va radiatsion yo‘qotilishning umumiy ta’sirini o‘z ichiga oluvchi samarali yadro-o‘sish koeffitsiyenti sifatida ta’riflanadi.

Jadval Soret diffuziyasi radiatsiyali ham, radiatsiyasiz ham holatda \(K\) ni oshirganini, radiatsiya esa har ikki Soret holatida \(K\) ni kamaytirganini ko‘rsatadi.

Nega \(R_f^2\) taxminan chiziqli o‘sadi?

Manbaning masshtablash argumentida yetishmayotgan reaktantning sferik reaksiya hududiga diffuzion tashilishi taxminan:

\[ \dot m_D \sim 4\pi R_f^2 \rho D_{\mathrm{eff}} \frac{\Delta Y}{R_f} \propto R_f \tag{16} \]

ko‘rinishida masshtablanadi. Sferik frontning o‘sishi uchun zarur sarf esa:

\[ \dot m_F \sim 4\pi R_f^2\rho_u\dot R_f. \tag{17} \]

Ikki masshtabni muvozanatlash \(\dot R_f\propto R_f^{-1}\) natijasini va natijada \(d(R_f^2)/dt\) qiymatining taxminan doimiy bo‘lishini tushuntiradi. Bu kimyo ahamiyatsiz degani emas; kimyoviy reaksiya diffuziyani ta’minlaydigan harorat va konsentratsiya gradientlarini hosil qilishda davom etadi.

Issiq mahsulot hajmi va ko‘taruvchi kuch

Sferik issiq hududning hajmi:

\[ V_h=\frac{4}{3}\pi R_f^3. \tag{18} \]

\(R_f^2\sim Kt\) bo‘lganda hajm taxminan:

\[ V_h\sim\frac{4\pi}{3}(Kt)^{3/2} \tag{19} \]

ko‘rinishida masshtablanadi. Shu sababli \(K\) dagi nisbatan o‘rtacha o‘zgarish keyingi ko‘tarilish harakatini ta’minlaydigan issiq gaz hajmida kattaroq nisbiy o‘zgarishga olib kelishi mumkin.

Manbaning integrallashgan ko‘taruvchi kuch ifodasi:

\[ F_b = g\int_{\Omega_h}(\rho_u-\rho)\,dV \approx g(\rho_u-\rho_h)V_h \tag{20} \]

ko‘rinishidadir. Shunday qilib, ilk sferik bosqichda Soret yoki radiatsiya ta’sirida o‘zgargan issiq mahsulot hajmi keyingi ko‘tarilish xulqiga ko‘chadi.

Radiatsiya 200 ms da nimani o‘zgartirdi?

Manbada 200 ms dagi radial profillar radiatsiya mahsulot haroratini taxminan 61 K ga kamaytirganini ko‘rsatadi. Bu pasayish atrof-muhit ustidagi harorat oshishining taxminan %7 iga teng. Bunga javoban mahsulot zichligi taxminan 0,015 kg/m³ ga oshgan va bu oshish atrof aralashma zichligining taxminan %1,89 iga teng bo‘lgan.

Past-Mach yondashuvida taxminan doimiy termodinamik bosim ostida zichlik:

\[ \rho=\frac{p_0M}{R_uT} \tag{21} \]

bilan beriladi. Kichik o‘zgarishlar uchun:

\[ \frac{\delta\rho}{\rho} \approx \frac{\delta M}{M} - \frac{\delta T}{T}. \tag{22} \]

Bu ifoda harorat pasayishining zichlikka ta’siri tarkib va o‘rtacha molyar massadagi o‘zgarish bilan qisman muvozanatlanishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Tahlil zanjiri

1. %6 hajmiy H₂–havo aralashmasi uchun to‘rtta Soret/radiatsiya kombinatsiyasi belgilandi.
2. Bir o‘lchamli sferik hisoblar bilan tortishishdan mustaqil ilk yadro o‘sishi o‘rganildi.
3. \(R_f^2(t)\) egri chiziqlari orqali samarali o‘sish koeffitsiyenti \(K\) aniqlandi.
4. Harorat, zichlik, tezlik va H₂/O₂/H₂O profillari yordamida Soret va radiatsiyaning fizik ta’sirlari ajratildi.
5. Ikki o‘lchamli tekis va o‘q-simmetrik hisoblar bilan tabiiy konveksiya va ko‘tarilish yechildi.
6. Yetakchi-nuqta trayektoriyalari avval e’lon qilingan ikki eksperimental ma’lumot to‘plami bilan taqqoslandi.
7. Harorat va OH maydonlari yordamida issiq mahsulot hududi bilan faol reaksiya qatlami ajratildi.
8. Yuqori alanga qopqog‘i ellipsga moslashtirilib, shakl nisbati \(a_r/a_z\) kuzatildi.
9. Toroidal girdob bilan reaksiya hududi o‘rtasidagi o‘zaro ta’sir va birinchi uzilish orqali parchalanish vaqti aniqlandi.

Tortishish qachon muhim bo‘la boshlaydi?

Ilk bosqichda yadro taxminan sferik va diffuziya boshqaruvida bo‘ladi. Manba alanganing o‘sish vaqti bilan ko‘taruvchi kuch ta’siridagi ko‘tarilish vaqtini taqqoslaydigan mezondan foydalangan. Davies–Taylor asosidagi ko‘tarilish tezligi:

\[ V_{\mathrm{rise}} = \frac{2}{3}\sqrt{g'R}, \qquad g'=g\left(1-\frac{\rho_b}{\rho_u}\right) \tag{23} \]

ko‘rinishida yoziladi.

Ushbu tadqiqotning radiusga bog‘liq o‘sish tezligi ishlatilganda vaqt masshtabi nisbati:

\[ \Pi_{bK} = \frac{t_{\mathrm{growth}}}{t_{\mathrm{rise}}} = \frac{V_{\mathrm{rise}}}{\dot R_f} = \frac{4}{3} \sqrt{\frac{g'R_f^3}{K^2}} \tag{24} \]

bo‘ladi. \(\Pi_{bK}\ll1\) diffuziya boshqaradigan taxminan izotrop o‘sishni, \(\Pi_{bK}=O(1)\) esa sezilarli ko‘taruvchi kuch sababli harakat va deformatsiyaning boshlanishini ifodalaydi.

Shunga mos xarakterli radius:

\[ R_{bK}^{*} = \left( \frac{9K^2}{16g'} \right)^{1/3}. \tag{25} \]

Soret ham, radiatsiya ham yoqilgan holatda \(K=1{,}113\times10^{-3}\) m²/s va manbada ishlatilgan vakillik zichliklar bilan \(R_{bK}^{*}\) taxminan 4,6 mm topilgan. Bu qiymat aniq eksperimental chegara emas, balki ko‘taruvchi kuch ahamiyat kasb eta boshlaydigan masshtab uchun tartib bahosidir.

Tekis va o‘q-simmetrik natijalarning farqi

Har ikki model ham yadroning vaqt o‘tishi bilan tezlashib ko‘tarilishini va to‘rtta Soret/radiatsiya kombinatsiyasining bir xil nisbiy tartibini ko‘rsatgan. Biroq tekis model yetakchi-nuqta siljishini tizimli ravishda kam baholagan. O‘q-simmetrik hisoblar, ayniqsa Volodin va hamkasblarining katta hajmli tajribasi trayektoriyasiga ancha yaqin natija bergan.

Bu holat o‘q-simmetrik model “to‘liq uch o‘lchamli to‘g‘ri yechim” degani emas. Haqiqiy eksperimental alanga uch o‘lchamli obyekt. Manba o‘q-simmetrik geometriya mavjud tajriba taqqoslash uchun yaxshiroq yaqinlashuv ekanini, haqiqiy 3D ta’sirlarni ko‘taruvchi kuch, qo‘shimcha massa, qarshilik va shakl hissalariga ajratish esa to‘liq uch o‘lchamli simulyatsiyani talab qilishini ta’kidlaydi.

250 ms dagi harorat maydoni

Manbaning 6-rasmida barcha to‘rt holatda dastlabki ixcham yadro 250 ms da yuqori qismi keng issiq qopqoq va pastga cho‘zilgan wake tuzilmasiga aylangan. Toroidal girdob yuqori chegarani yuqoriga va yon tomonga olib borar ekan, pastki chegarani ichkariga qulatib qopqoq shaklini hosil qilgan.

Soret yoqilgan holatlar kattaroq va yuqoriroqqa ko‘chgan issiq hududlarni hosil qilgan. Radiatsiya mahsulot harorati va yadro o‘lchamini biroz kamaytirgan; biroq ilk va o‘rta ko‘tarilish bosqichida radiatsiyaning trayektoriyaga ta’siri Soret ta’siridan kichikroq.

OH maydoni nega muhim?

Harorat maydoni issiq mahsulotlarning keng hududini ko‘rsatsa, OH massa ulushi faol reaksiya hududini tanlabroq ko‘rsatadi. Manbaning 7-rasmida sezilarli OH asosan yuqori sirt va ikki yon yelkada joylashgan, pastki issiq chegaraning katta qismi esa kimyoviy jihatdan sust yoki faol emas.

Bu natija ko‘tarilayotgan tuzilma barcha yo‘nalishlarda bir tekis ilgarilaydigan yopiq sferik alanga fronti emasligini ko‘rsatadi. Pastki o‘q bo‘ylab girdob tortib kiradigan sovuq yangi aralashma pastki reaksiya hududini sovitadi va cho‘zadi; natijada faol yuqori qopqoq bilan asosan faol bo‘lmagan pastki wake o‘rtasida ochiq tuzilma rivojlanadi.

Yuqori qopqoq qanday miqdoriy baholandi?

Yuqori alanga chegarasi o‘qqa moslashtirilgan ellips bilan fit qilingan:

\[ \frac{(x-x_c)^2}{a_r^2} + \frac{(z-z_c)^2}{a_z^2} = 1. \tag{26} \]

O‘q-simmetrik holatda \(x\) o‘rniga radial koordinata \(r\) ishlatiladi. \(a_r\) yonlama, \(a_z\) vertikal yarim o‘qdir.

Shakl nisbati:

\[ \chi=\frac{a_r}{a_z}. \tag{27} \]

\(\chi=1\) meridian tekisligida aylanasimon yuqori qopqoqni, \(\chi>1\) esa gorizontal yo‘nalishda kengaygan yassi qopqoqni ko‘rsatadi.

Manbada shakl nisbati vaqt o‘rniga yetakchi-nuqta balandligi \(z_{lp}\) bilan taqqoslangan. Shu tariqa turli ko‘tarilish tezliklariga ega holatlar o‘xshash vertikal rivojlanish darajalarida qiyoslangan. Umuman olganda, yadro ko‘tarilgani sari \(\chi\) ortgan va sferik yaqinlashuv tobora kamroq mos kelgan.

Shakl nisbatining vaqt bo‘yicha o‘zgarishi:

\[ \frac{d}{dt} \ln\left(\frac{a_r}{a_z}\right) = \frac{\dot a_r}{a_r} - \frac{\dot a_z}{a_z}. \tag{28} \]

Demak, shakl nisbatining ortishi nisbiy yonlama o‘sish nisbiy vertikal o‘sishdan tezroq ekanini anglatadi.

Soret va radiatsiya shaklga bir xil yo‘nalishda ta’sir qiladimi?

Yo‘q. Bir xil yetakchi-nuqta balandligida radiatsiya odatda \(a_r/a_z\) nisbatini oshirib, qopqoqning yassiroq bo‘lishiga olib kelgan. Soret diffuziyasi esa yadroning umumiy o‘lchami va ko‘tarilishini oshirganiga qaramay shakl nisbatini odatda kamaytirib, yuqori qopqoqni yanada aylanasimon saqlagan.

Bu natija muhim farqni ko‘rsatadi: faqat yetakchi-nuqta balandligi yoki tezligiga qarash alanga morfologiyasini to‘liq tushuntirmaydi. Bir xil balandlikka yetgan ikki yadro turli en-bo‘y nisbatiga, egrilikka va kimyoviy faollik taqsimotiga ega bo‘lishi mumkin.

Ko‘tarilayotgan Vodorod Alanga Yadrosi Nega Parchalanadi?

Yadro ko‘tarilayotgan issiq mahsulotlar hosil qilgan toroidal girdob yuqori faol qopqoq bilan girdob atrofiga qayrilgan pastki alanga shoxi orasidagi tor reaksiya hududini kuchli cho‘zgani uchun parchalanadi; ortib boruvchi egrilik va cho‘zilish reaktantlarning issiq hududda qolish vaqtini kamaytirib, konvektiv sovishni kuchaytirganda kimyoviy issiqlik ajralishi bu yo‘qotishlarni qoplay olmaydi va ulanish hududida mahalliy so‘nish yuz beradi.

Parchalanish vaqtining ta’rifi

Parchalanish vaqti \(t_b\), ilgari uzluksiz bo‘lgan va yuqori qopqoq bilan girdob o‘rab olgan pastki shoxni bog‘lab turgan reaksiya hududi birinchi marta uzilgan lahza sifatida belgilangan. Vaqt taxminan 1 ms aniqlik bilan kuzatilgan.

Radiatsiya o‘chiq bo‘lganda Soret diffuziyasi parchalanishni 306 ms dan 327 ms gacha, ya’ni 21 ms kechiktirgan. Radiatsiya yoqilgan bo‘lganda xuddi shu ta’sir 282 ms dan 305 ms gacha, ya’ni 23 ms kechikishdir. Manba buni tutash alanga tuzilmasi umrining taxminan %7–8 ga uzayishi sifatida ifodalaydi.

Radiatsiya teskari yo‘nalishda ta’sir qilgan. Soret o‘chiq bo‘lganda parchalanishni 306 ms dan 282 ms gacha, 24 ms oldinga surgan; Soret yoqilgan bo‘lganda 327 ms dan 305 ms gacha, 22 ms oldinga surgan.

Ikki mexanizm bir vaqtning o‘zida yoqilganida 305 ms, ikkalasi ham o‘chiq bo‘lganda 306 ms topilgan. Ushbu 1 ms farq tadqiqot tomonidan yechilgan fizik o‘zgarish sifatida qabul qilinmaydi. Ikki holat bir xil parchalanish vaqtiga yaqin bo‘lsa ham, harorat, tarkib, yadro o‘lchami va ko‘tarilish tarixlari bir xil emas.

Parchalanish to‘liq so‘nishni anglatadimi?

Yo‘q. Birinchi ulanish uzilgandan keyin ham yuqori qopqoqda, ham qayrilgan pastki shoxda kimyoviy energiya ajralishi davom etadi. Dastlabki yagona yadro yo‘qolish o‘rniga bir nechta reaksiya tuzilmasiga aylanadi. Manba bu qismlar keyinchalik termal va kimyoviy wake ichida harakat qilishi, o‘zaro ta’sirlashishi yoki ikkilamchi yadrolar hosil qilishi mumkinligini bildiradi.

Parchalanish yo‘lini oqimmi, Soret va radiatsiyami belgilaydi?

Sifat jihatidan parchalanish joyi va yo‘lini asosan gidrodinamik oqim topologiyasi belgilaydi. Barcha to‘rt modelda bir xil asosiy toroidal girdob–alanga bog‘lanishi kuzatilgan. Soret diffuziyasi va radiatsiya asosan alanga girdob sababli cho‘zilish va sovishga qanchalik bardosh bera olishini va kritik sharoitga qachon yetishini o‘zgartirgan.

Turbulentlik nuqtai nazaridan nima deyish mumkin?

Bu tadqiqot turbulent alanga simulyatsiyasi emas. Oqim laminar va bitta ustun toroidal girdob tomonidan boshqariladi. Shunga qaramay, mahalliy alanga–girdob o‘zaro ta’sirida sirt deformatsiyasi, egrilik, cho‘zilish, reaktantning qolish vaqti, konvektiv tashilish va mahalliy so‘nish kabi turbulent alanga–eddy o‘zaro ta’sirlarida ham uchraydigan fizik jarayonlar kuzatiladi.

Shu sababli tadqiqot oqim boshqaradigan mahalliy so‘nish chegarasi Soret tashilishi va issiqlik yo‘qotilishi bilan o‘zgarishi mumkinligini ko‘rsatadi. Biroq turbulent vodorod yonuvchanlik chegaralari miqdoriy hisoblangan degan xulosa chiqarib bo‘lmaydi; buning uchun turli o‘lcham va cho‘zilish nisbatlariga ega ko‘plab girdoblarni o‘z ichiga oluvchi uch o‘lchamli simulyatsiyalar talab etiladi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar

• %6 hajmiy H₂–havo aralashmasida ilk yadro o‘sishi o‘rganilgan vaqt oralig‘ida taxminan \(R_f^2\simeq Kt\) rejimini ko‘rsatgan.
• Soret diffuziyasi \(K\) ni oshirgan va yadroning o‘sishini tezlashtirgan.
• Radiatsion issiqlik yo‘qotilishi \(K\) ni kamaytirgan va mahsulotlarni sovitgan.
• Soret ta’siri kattaroq va tezroq ko‘tariladigan issiq mahsulot yadrosini hosil qilgan.
• O‘q-simmetrik hisoblar mavjud eksperimental yetakchi-nuqta trayektoriyasini tekis hisoblar bilan solishtirganda yaxshiroq qayta hosil qilgan.
• Radiatsiya bir xil balandlikka nisbatan yuqori qopqoqning yassiroq bo‘lishini qo‘llab-quvvatlagan.
• Soret diffuziyasi yuqori qopqoqning yanada aylanasimon qolishini qo‘llab-quvvatlagan.
• Parchalanish barcha holatlarda toroidal girdob hosil qilgan mahalliy cho‘zilish va so‘nish orqali yuz bergan.
• Soret parchalanishni kechiktirgan, radiatsiya oldinga surgan.
• Soret va radiatsiyaning parchalanish vaqtiga qarama-qarshi ta’sirlari ikkalasi ham yoqilgan holatda deyarli bir-birini muvozanatlagan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan xulosalar

• Tadqiqot %6 H₂ aralashmasining barcha haqiqiy inshoot geometriyalaridagi xulqini belgilamaydi.
• Hisoblangan yetakchi-nuqta tezligi laminar yonish tezligi bilan bevosita aynan bir xil emas.
• \(R_f^2\simeq Kt\) rejimi cheksiz vaqt uchun universal o‘sish qonuni sifatida isbotlanmagan.
• O‘q-simmetrik model to‘liq uch o‘lchamli alanga parchalanishini yechmaydi.
• Tadqiqot turbulent alanga yoki turbulent yonuvchanlik chegarasi hisob-kitobi emas.
• Optik jihatdan yupqa radiatsiya modeli batafsil spektral radiatsion uzatishni yechmaydi.
• Tadqiqotning o‘zida yangi tajriba o‘tkazilmagan; eksperimental ma’lumotlar avvalgi nashrlardan taqqoslash maqsadida olingan.
• Parchalanish to‘liq yonish so‘nishini anglatmaydi.

Asosiy metodologik cheklovlar

Tekis va o‘q-simmetrik ikki o‘lchamli geometriyalar haqiqiy uch o‘lchamli alanganing o‘q-simmetrik bo‘lmagan deformatsiyalarini ifodalay olmaydi. Ayniqsa parchalanishdan keyingi turli alanga bo‘laklarining uch o‘lchamli o‘zaro ta’siri va bir nechta girdobning bir vaqtning o‘zida ta’siri qamrovdan tashqarida.

Oqim laminar bo‘lib qoladi deb faraz qilingan va turbulentlik yoki subgrid yonish modeli ishlatilmagan. Shu sababli natijalarni to‘g‘ridan-to‘g‘ri turbulent vodorod bulutlariga tatbiq qilib bo‘lmaydi.

Radiatsiya faqat H₂O emissiyasi va optik jihatdan yupqa yondashuv doirasida modellashtirilgan. O‘z-o‘zini yutish hisobga olinmagani sababli sof radiatsion yo‘qotilish optik qalinlik ortgan hollarda ortiqcha baholanishi mumkin.

Mavjud tajribalar bilan taqqoslash faqat yetakchi-nuqta harakati bo‘yicha amalga oshirilgan va tajribalar geometriyalari ham bir-biridan farq qiladi. Katta hajmli tajriba taxminan erkin yadroni ifodalasa, ikkinchi ma’lumot to‘plami yopiq quvurdan olingan. Geometrik cheklanish va devor o‘zaro ta’sirlari ayniqsa keyingi bosqichlarda muhimlashishi mumkin.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl tadqiqot: Effects of Soret Diffusion and Radiative Heat Loss on the Evolution of Buoyant Flame Kernels in Ultra-Lean Hydrogen-Air Mixture.

Mualliflar: Ivan S. Yakovenko; Alexey D. Kiverin.

Mas’ul muallif: Ivan S. Yakovenko.

Muassasa: Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.

Jurnal va nashr identifikatori: Fire, 2026, Jild 9, Maqola 383. Nashriyot: MDPI. DOI: 10.3390/fire9090383.

Nashr jarayoni: Maqola 9 avgust 2026 da qabul qilingan, 29 avgust 2026 da qayta ko‘rib chiqilgan, 4 sentyabr 2026 da qabul qilingan va 5 sentyabr 2026 da nashr etilgan.

Manba turi: Taqrizdan o‘tgan, ochiq kirishli, batafsil sonli yonish va suyuqliklar dinamikasi tadqiqot maqolasi. Tadqiqotning o‘zi yangi fizik yonish tajribasini o‘z ichiga olmaydi.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Asosiy usul: %6 hajmiy H₂–havo aralashmasi; batafsil Kéromnès vodorod oksidlanish mexanizmi; past-Mach gaz dinamikasi; aralashma-o‘rtacha molekulyar tashilish; H va H₂ uchun qisqartirilgan Soret modeli; optik jihatdan yupqa H₂O radiatsiya modeli; 1B sferik, 2B tekis va 2B o‘q-simmetrik simulyatsiyalar; ichki NRG past-Mach FDS yechuvchisi.

Grid: Asosiy 2B hisoblarda 0,4 mm bir xil katak oralig‘i va yechiladigan yarim sohada 128 × 256 katak. Yaqinlashuv nazorati 0,1, 0,2 va 0,4 mm gridlar bilan bajarilgan.

Eksperimental tekshirish konteksti: Sonli yetakchi-nuqta trayektoriyalari Volodin va hamkasblari hamda Anikin va hamkasblarining avval e’lon qilingan eksperimental ma’lumotlari bilan taqqoslangan. Tajribalar ushbu tadqiqot doirasida o‘tkazilmagan.

Moliyalashtirish: Tadqiqot Russian Federation Ministry of Science and Higher Education tomonidan State Assignment No. 075-00270-26-00 doirasida qo‘llab-quvvatlangan.

Ma’lumotlar mavjudligi: Mualliflar maqola natijalarini qo‘llab-quvvatlovchi xom ma’lumotlar so‘rov bo‘yicha taqdim etilishini bildirgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.

Muallif hissalari: Konseptuallashtirish, usul, dasturiy ta’minot, tasdiqlash, tadqiqot, ma’lumotlarni boshqarish, dastlabki qoralama va vizuallashtirish Ivan S. Yakovenko tomonidan bajarilgan. Formal tahlil Ivan S. Yakovenko va Alexey D. Kiverin tomonidan; resurslar, ko‘rib chiqish va tahrirlash, nazorat, loyiha boshqaruvi va moliyalashtirishni jalb qilish ikki muallif tomonidan birgalikda bajarilgan.

Ilmiy talqin chegarasi

Tadqiqotning asosiy xulosasi shuki, o‘ta-sust vodorod alangalarini Yer tortishish kuchi ostida bitta “yonish tezligi” bilan yetarli darajada tushuntirib bo‘lmaydi. Molekulyar tashilish ilk o‘sishga, issiq mahsulot hajmi ko‘taruvchi kuchga, ko‘taruvchi kuch o‘z girdob maydoniga, girdob esa alanga morfologiyasi va mahalliy so‘nishga ta’sir qiladi. Soret diffuziyasi va radiatsiya ushbu zanjirning vaqt masshtabi va alanganing cho‘zilishga chidamliligini o‘zgartiradi; biroq parchalanishning asosiy topologik yo‘li o‘rganilgan to‘rt holatda ham gidrodinamik jihatdan o‘xshash.

Natijalarni haqiqiy uch o‘lchamli, o‘q-simmetrik bo‘lmagan yoki turbulent vodorod yong‘inlariga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ko‘chirish to‘g‘ri emas. Mualliflarning xulosa bo‘limida ham bu qamrov uchun to‘liq uch o‘lchamli simulyatsiyalar zarurligi ta’kidlangan.