Mach reflection of cellular detonations

In this thesis the Mach reflection of cellular detonation was studied. The detonations were propagating in mixtures of C2H2 + 2.5O2, C2H2 + 2.5O2 + 70% Ar and C3H8 + 5O2at initial pressures of 3 kPa < Po < 20 kPa. Wedge angles of 10°, 20°, 30°, 35° and 40° were used. The Mach reflection was observed by schlieren photography and smoked foils. From the results it is seen that for small wedge angles (e.g. θw = 10°), the Mach stem is curved and blends smoothly with the incident detonation front with no discernible triple point. For larger wedge angles the typical features of the Mach reflection phenomenon can be observed. A sharp ``kink'' between the Mach stem and the incident detonation also gives a more definite location of the triple point. Based on the measurements of the variation of the height of the Mach stem versus the incident wave propagation it was found that the triple point boundary between the Mach stem and the incident wave follows a curved line in contrast to a straight line trajectory of the triple point obtained via regular three-shock theory. The observed critical angle for the transition between regular and Mach reflection does not agree with the predictions using the self-similar three-shock theory except for the C2H2 + 2.5O2 mixture. Schlieren photographs and smoke foils illustrate the transition of the cellular structure from the overdriven Mach stem to the incident detonation indicating that a description of the triple point region requires a consideration between the interaction of the transverse waves of cellular instability and the reflected shock of the Mach reflection process. A dependence of the Mach stem height on cell size and initial pressure were also observed. It may be concluded that Mach reflections of cellular detonations cannot be described by simple self-similar theory and would require the description of the transient propagation of cellular detonation under the change in the boundary condition of diffraction by a wedge.Une étude de la réflexion de Mach sur des détonations cellulaires à été fait dans ce mémoire. Les détonations sont propagées dans des mixtures de C2H2 + 2.5O2 , C2H2 + 2.5O2 + 70% Ar et C3H8 + 5O2 pour des pressions initiales de 3 kPa < Po < 20 kPa. Des coins aux angles de 10°, 20°, 30°, 35° and 40° ont été utilisé. Les réflexions de Mach sont observés par des photos schlieren et des feuilles fumées. D'après les résultats, il est observé que pour des coins à petit angle (e.g. θw = 10°), la souche de Mach courbe et ce mélange doucement avec le front de la détonation incidente sans observation de point triple. Pour les coins aux angles plus grands les attributs typiques du phénomène de réflexion de Mach sont observés. Un point de rebroussement clair entre la souche de Mach et la détonation incidente procure un point triple mieux localisé. Basé sur des mesures de la variation de hauteur de la souche de Mach sur la surface des coins il a été démontré que la limite du point triple entra la souche de Mach et la vague incidente suis une ligne courbé en contraste avec la trajectoire de ligne droite obtenu avec la théorie de trois choc. L’angle critique observé entre la réflexion régulière et la réflexion de Mach n’est pas en accord avec les prédictions de la théorie auto-similaire des trois chocs sauf pour la mixture de C2H2 + 2.5O2. Les photos schlieren et les feuilles fumées illustre la transition de la structure cellulaire entre la souche de Mach et la détonation incidente qui indique que la description de la région du point triple requiert une considération entre l’interaction des vague transverse de l’instabilité cellulaire ainsi que l’onde reflété du processus de réflexion. Une dépendance de la hauteur de la souche de Mach sur la taille des cellules et pression initial ont été observé. Il peut être conclût que la réflexion de Mach pour les détonations cellulaires ne peut pas être décrite par une simple théorie auto-similaire et qu’une description des propagations transientes des détonations cellulaires affectés par le changement de condition de la limite de bordure causé par une diffraction par un coin est nécessaire