ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ из "Динамика и воспламенение газовзвесей" Данная работа посвящена математическому описанию процессов воспламенения мелких частиц как в виде отдельных, не взаимодействующих объектов, так и их совокупностей, когда важно учитывать тепловые потоки и обмен импульсом между несущей фазой - газом и континуумом частиц, а также процессы смесеобразования. [c.9] Воспламенение. Существует два типа воспламенения в зависимости от скорости газа, обдувающего частицу, или их совокупность. [c.10] Первый тип в случае неподвижных частиц характеризуется нулевой скоростью обдува. Мы будем называть его воспламенением в статических условиях. Такие условия на практике реализуются в специальных реакционных сосудах (реакторах), либо вблизи торца ударной трубы, когда от него отражается ударная волна (УВ). [c.10] Воспламенение частиц второго типа происходит в условиях, возникающих в среде после прохождения ударных волн. Этот тип воспламенения естественно называть воспламенением в динамических условиях. Физические условия в этом случае характеризуются мощными тепловыми потоками от газа, сжатого и разогретого ударной волной, к частицам. Действительно, в данном течении вследствие относительного движения частиц резко возрастает интенсивность межфазного теплообмена число Нуссельта). Это приводит к значительному уменьшению времени задержки воспламенения и к немонотонности профиля температуры газа за фронтом проходящей ударной волны, обусловленной наличием континуума частиц. Ниже мы предложим некоторые математические модели для описания физико-химических явлений, происходящих в потоке смеси газа и твердых реагирующих частиц за отраженными и проходящими ударными волнами и при некоторых других условиях. [c.10] Проведено математическое исследование теплового взрыва частицы магния при учете одновременного протекания процессов окисления и испарения металла. Чтобы провести качественный анализ решения задачи Коши для температуры образца,нулевую изоклину соответствующего дифференциального уравнения исследовали в области определяющих параметров. Построено многообразие катастроф, что позволило установить зависимость температуры частицы в стационарном состоянии от бифуркационного параметра, определяемого в виде отношения характерного времени реакции окисления к характерному времени конвективного теплообмена. Выявлены новые типы тепловой динамики частицы. Оказалось, что при реальном соотношении физических параметров возникающая катастрофа эквивалентна катастрофе сборки, однако имеются параметрические области, в которых возможна реализация усложненных сценариев воспламенения частицы. Так, в случае, когда реакция окисления более активирована по сравнению с процессом испарения, могут появиться два предела воспламенения по параметру теплообмена, а также дополнительная область низкотемпературного погасания образца. Проведено сравнение времен задержки воспламенения, предсказываемых моделью после ее верификации по опытным данным с аналогичными данными модели, не учитывающей испарение. Для мелких частиц (радиусом 30...60 мкм) различия по периоду индукции несущественны, а для крупных (300...600 мкм) - не превьш ают 11 %. [c.11] НИИ теплового торможения итоговой химической реакции, ответственной за воспламенение. Модифицированная математическая модель воспламенения образцов магния дает реалистичные значения температур после воспламенения образца и удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными по зависимости радиуса мелкой частицы от предельной температуры окружающей среды. С помощью такого подхода показана возможность распространения тепловых волн при гетерогенном окислении нити магния, помещенной во внешний окисляющий поток. Область параметров, где реализуются автоволновые режимы, а также скорости распространения волн воспламенения по образцу, качественно и по порядку величин соотносятся с данными экспериментов по окислению металлических проволочек. Численно решена задача об инициировании волны воспламенения начальными распределениями температуры образца частных видов, показана устойчивость тепловых волн к малым и конечным возмущениям. [c.12] Методами математического моделирования изучено воспламенение частиц магния вблизи торца ударной трубы, возникающее под действием проходящей и отраженной ударных волн. Проведенное сопоставление с данными экспериментов показало необходимость учета движения частиц, зависимости теплофизических параметров системы от состояния при определении зависимости времени задержки воспламенения как функции температуры за фронтом ударной волны. [c.12] Предложена математическая модель процесса воспламенения частиц металла в потоке газа. Получены количественные и качественные оценки влияния начальных параметров аэровзвеси и кинетических констант процесса воспламенения на картину протекания этого явления. Выяснены области изменения начальных параметров, определяющие тот или иной механизм воспламенения. [c.12] Глава 2 посвящена изложению теории воспламенения ансамблей реагирующих частиц в условиях, когда нельзя пренебречь обратным влиянием частиц на несущую газовую фазу (объемная доля частиц конечна). В этом случае необходимо привлекать уже полную систему уравнений механики гетерогенных сред в том или ином приближении. [c.12] Здесь формулируется распределенная математическая модель воспламенения газовзвеси частиц металлов, принимающая во внимание тепловыделение в обеих фазах. [c.12] В рамках точечного приближения этой модели получены условия существования различных типов тепловой динамики газовзвеси, определены кинетические константы в эмпирическом законе роста оксидной пленки, что позволило описать экспериментальную кривую зависимости предельной температуры среды от средней плотности дисперсной фазы в облаке. [c.13] Численно показано, что при малых размерах объема, вмещающего облако частиц, реализуется неравновесный по температурам регулярный режим нагрева смеси, асимптотически приводящий к равновесному состоянию, расположенному на нижней ветви кривой катастроф (воспламенений), а при увеличении размера облака реализуется режим воспламенения. [c.13] Количественно и качественно установлено, что при прочих фиксированных параметрах системы существует такое предельное значение радиуса частицы г,, что при радиусах частицы, меньших этого значения, облако воспламеняется, а при больших - в нем реализуется режим регулярного нагрева. Увеличение доли тепла, вьщеляющегося в газе, приводит к регулярному режиму нагрева частиц облака. [c.13] Далее рассмотрена задача о воспламенении облака микрокапель частиц тридекана в отраженной ударной волне. Математическое описание данного явления основывается на приближении покоящейся двухфазной среды, неравновесной по температурам фаз. В результате удовлетворительно описана картина воспламенения облака частиц тридекана в диапазоне давлений за фронтом отраженной волны 23...42 атм. [c.13] Изучена задача о воспламенении смеси газа и частиц органического топлива в окисляющей атмосфере за отраженной ударной волной (моделируется начальный этап вторичного взрыва угольной пыли в шахте, инициированного первичным взрывом). В построенной для этой цели математической модели учитываются основные влиятельные физико-химические процессы выход в газовую фазу связанных летучих веществ и их окисление, окисление углерода, конвективный и радиационный теплообмен между фазами. [c.13] Проведена верификация модели по известным опытным данным, относящимся к задержкам воспламенения взвесей частиц угля в воздухе и кислороде в отраженных ударных волнах при изменении температуры за УВ и начального содержания летучих. [c.14] Интересный круг задач, связанных с выявлением характеристик воспламенения реагирующих газовзвесей, возникает в процессах химической технологии. Теоретические исследованиях в этой области часто основываются на модели реактора идеального смешения (РИС), когда предполагается, что реагирующее вещество равномерно перемешано по всему объему сосуда. Разработанная авторами математическая технология применена к проблеме воспламенения и горения капель углеводородов С Н2 2 кислороде в условиях РИС. Это позволило определить структурный вид скорости обобщенной химической реакции горения тридекана и изооктана в кислороде. На основе удовлетворительного соответствия экспериментальных и расчетных данных по зависимости времени задержки воспламенения от температуры показана адекватность предложенной модели. [c.14] В плане изучения энергетических характеристик композитных сме-севых топлив исследована проблема воспламенения аэровзвеси твердых частиц с жидкими каплями углеводородов. Показано, что наличие в смеси частиц алюминия (до 10 % массы) ведет к резкому нарастанию температуры газовой фазы. Скорость этого процесса превышает скорость потребления горючего, лимитируемую испарением. [c.14] Оказалось, что время индукции теплового взрыва в условиях избытка окислителя зависит в большей степени от концентрации и размеров капель горючего, чем от количества мелких частиц А1. [c.14] Далее исследуются задачи, связанные с тепловым взрывом в распределенных гетерогенных системах под действием инициирующих проходящих и отраженных УВ. В стационарном случае структура течения состоит из замороженной ударной волны с последующей зоной воспламенения. Вопрос о существования такой структуры сводится к определению корректности соответствующей краевой задачи. [c.14] Вернуться к основной статье