Динамика горения двухфазных метаносодержащих сред

• Автор: Туник, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Модель физико-химических и динамических процессов в метановоздушных газовзвесях угольной пыли за ударными волнами
1.1. Горение коксовой основы угольных частиц
1.2. Газификация летучих компонент
1.3. Химические реакции в газовой фазе
1.4. Уравнения динамики воспламеняющихся газовых смесей с угольной пылью
1.5. Резюме
2. Детонационное горение угольной пыли
2.1. Взрыв в газовзвеси угольной пыли с кислородом
2.2. Горение угольной пыли за взрывными ударными волнами в смесях с воздухом
2.3. Выход газовой детонации в пылевоздушную среду
2.4. Выводы
3. Взрывное инициирование сферической детонации в стехиометрической метановоздушной смеси
3.1. Модель мгновенного воспламенения метана за ударными волнами
3.2. Взрывная модель тепловыделения с задержкой воспламенения
3.3. Адаптированная модель для описания зоны индукции
3.4. Выводы
4. Взрывные и детонационные волны в метановоздушных газовзвесях
4.1. Предварительные оценки влияния частиц на динамику
детонационных волн
4.2. Взаимодействие взрывных и детонационных волн с инертной пылью

4.3. Влияние угольной пыли на динамику взрывных волн в
стехиометрической метановоздушной смеси
4.4. Выводы
5. Медленное горение в метановоздушных газовзвесях
5.1. Модель теплового взрыва для расчета нормальной ско-
рости распространения ламинарного пламени в газовых смесях
5.2. Диффузионная поправка к расчету нормальной скорости пламени
5.3. Расчет нормальной скорости пламени в смесях комбинированного газообразного топлива с воздухом
5.4. Распространение медленного горения в метановоздушных газовзвесях угольной пыли
5.5. Влияние угольной пыли на концентрацию экологичес-
ки вредных и легко воспламеняющихся компонент в продуктах горения метановоздушных смесей
5.6. Выводы
6. Высокоскоростное горение газа в инертных средах насыпной
плотности
6.1. Модель стационарного распространения высокоскоростного горения
6.2. Однотемпературное приближение
6.2.1. Решение задачи перед фронтом воспламенения ..
6.2.2. Решение за фронтом воспламенения
6.3. Самоподдерживающийся режим высокоскоростного горения газа в однотемпературной среде
6.4. Выводы
7. Заключение
Список литературы

Введение
Метан является основным компонентом природного газа и в естественных условиях чаще всего встречается в комбинации с воздухом и частицами угольной пыли. Взрывы в угольных шахтах послужили толчком к возникновению целого направления научных исследований, связанного с созданием теории распространения горения в газах. Эксперименты в трубах, начатые еще в конце девятнадцатого века, показали, что горение может распространяться в режиме дефлаграции со скоростями порядка нескольких метров в секунду и в виде детонационных волн, скорость которых значительно превышает скорость звука в невозмущенной смеси.
В /61 /, а позднее в работах Чепмена и Жуге, была построена теория бесконечно тонких ударных волн с теплоподводом, объясняющая имеющиеся к тому времени экспериментальные результаты. Эта модель позволила не только оценить параметры стационарных детонационных волн в различных газовых смесях, но и провести первые расчеты нестационарного распространения детонационного горения на основе одномерных уравнений газовой динамики (см.,например, /31, 34, 74, 104, 43, 51, 107/).
В /35, 36/ излагается уже более сложная модель Зельдовича-Неймана-Деринга, которая учитывает, что тепловыделение за головной ударной волной происходит с конечной скоростью. С ее использованием в некоторых случаях удалось объяснить расхождение теоретических и экспериментальных данных по скорости распространения детонационных волн. В /5/ опубликованы одни из первых результатов расчета не-установившихся движений газовых смесей с учетом конечной скорости химических реакций.
2. Детонационное горение угольной пыли
Смесь угольной пыли с воздухом содержит необходимые для воспламенения компоненты: окислитель и топливо. Воспламенение угольной пыли за взрывной ударной волной зависит от интенсивности волны и времени, в течение которого она прогревается в результате теплообмена с окружающим газом. Работа межфазных сил увеличивает температуру газа за ударной волной (см. уравнение 1.11). Передача тепла и импульса частицам от ударно сжатого газа способствуют более быстрому ослаблению волны. За постоянно ослабевающей взрывной волной приток тепла к угольным частицам со стороны газа падает. Ее усиление можно ожидать в результате воздействия возмущений, генерируемых воспламенением и горением частиц. Однако, скорости гетерогенных реакций горения углерода характеризуются высокими значениями энергии активации. Поэтому интенсивное горение коксовой основы начинается при достаточно высокой температуре частиц. Воспламенению углерода способствуют выход и горение летучих, повышающие температуру смеси. С другой стороны, одновременно с летучими выгорает и кислород, необходимый для горения кокса.
Таким образом, на основе оценок трудно прогнозировать влияние угольной пыли на динамику взрывной ударной волны и возможность ее трансформации в волну детонационного горения смесей угольной пыли с кислородом или воздухом. Ниже приводятся результаты численного решения подобных задач.
2.1. Взрыв в газовзвеси угольной пыли с кислородом
Рассматривается плоский случай взрывного инициирования детонации в смеси угольной пыли с кислородом при массовом содержании