Математическое моделирование распространения пламени в газовзвесях с учетом относительного движения фаз

• Автор: Дементьев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л Обзор экспериментальных данных о гашении горючих газовых смесей инертными порошковыми составами
1.2 Обзор теоретических данных по гашению газовых пламен инертными порошками
1.3 Обзор экспериментальных исследований горения газовзвесей с реакционноспособными частицами
1.4 Обзор теоретических исследований горения газовзвесей с реакционноспособными частицами
1.5 Постановка цели и задач исследования
2 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГОРЕНИЯ ГИБРИДНОЙ ГАЗОВЗВЕСИ
2.1 Постановка задачи о распространении ламинарного пламени в реагирующем газе с взвесью реакционноспособных частиц
2.2 Метод численного решения системы уравнений математической модели горения гибридной газовзвеси
2.2.1 Разностная аппроксимация системы уравнений математической модели
2.2.2 Применение метода прогонки для решения разностных уравнений
2.2.3 Вычисление скорости распространения фронта пламени
2.2.4 Алгоритм и программная реализация
2.3 Результаты тестирования методики и программы для расчета
распространения ламинарного пламени в реагирующем газе с взвесью реакционноспособных частиц

2.3.1 Тестовая задача №1. Решение задачи о теплопроводности в тонкой пластинке
2.3.2 Тестовая задача №2. Задача о тепловом взрыве
2.3.3 Тестовая задача №3. Расчет скорости распространения волны горения в газе
2.3.4 Тестовая задача № 4. Расчет скорости распространения волны горения в газе с инертными частицами
Выводы
3 РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЛАМИНАРНОГО ПЛАМЕНИ В ГАЗЕ С ИНЕРТНОЙ ПЫЛЬЮ
3.1 Распространение фронта пламени в газе с инертными частицами. Реакция первого порядка
3.2 Влияние инертных частиц на скорость распространения пламени при зажигании его у «закрытого торца» и «открытого торца»
3.3 Распространение пламени в газе с инертной пылью. Реакция второго порядка
Выводы
4 РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЛАМИНАРНОГО ПЛАМЕНИ В ГАЗОВЗВЕСИ РЕАГИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ
4.1 Распространение пламени в газовзвеси реакционно способных частиц в воздухе
4.2 Распространение пламени в газовзвеси горючих частиц в газовой смеси горючего и окислителя
4.3 Сравнение результатов численного моделирования распространения ламинарного пламени в пылевоздушной газовзвеси и экспериментальных данных
Выводы
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Газовзвесями называются смеси, в которых в качестве дисперсионной среды выступает газ, а в качестве дисперсной фазы - твердое вещество. По степени дисперсности эти системы могут подразделяться на ультрамикро гетерогенные или золи (размер частиц 10'9-10"7м), микрогетерогенные или порошки (10'7 - 10'5м) и грубодисперсные (> 1(Г5м).
Примером грубо дисперсной системы может служить песок.
Газовзвеси порошков различных веществ встречаются в природе, технике, технологии. Порошки металлов, их окислов используются в современных порошковых технологиях. В процессах сушки, десублимации, дробления, перемалывания также получаются газовзвеси порошков. Газовзвеси частиц металлов возникают при получении порошков металлов электровзрывом проводников. В процессах добычи полезных ископаемых также образуются газовзвеси частиц. Особую опасность представляют газовзвеси угольной пыли в метановоздушной смеси, которые образуются при добыче угля шахтным методом.
Некоторые газовзвеси являются взрыво- и пожароопасными и поэтому изучается их поведение в случае возникновения очагов возгорания: определяются концентрационные пределы горения, скорости распространения пламени в таких газовзвесях, а также анализируются способы и средства подавления горения в случае его возникновения.
Газовзвеси некоторых порошков используются как огнепреградители или как тушащие средства при горении газовых смесей (тушащие порошки, используемые в средствах огнепреграждения и взрывоподавления в угольных шахтах), а также при тушении пожаров с использованием порошковых огнетушителей.
Мелкодисперсные частицы возникают как отходы или сопутствующие продукты различных производств: текстильного, пищевого, химического, деревообрабатывающего, фармацевтического производств, добычи полезных

аррениусовская кинетика. Проведены численные расчеты для частиц различного размера (d = 60-И00мкм) и при различных температурах окружающего газа (Т = 1400-г-1800К). Представлены графики зависимости
температуры частицы от времени. Большие значения температуры газа создают более высокий пик сверхадиабатической температуры частиц в начальный момент воспламенения частицы, и этот пик возникает раньше. Для частиц размера 100 мкм, при Т =1400К, температура частиц достигает
значения 2000К за 150 мкс, затем уменьшается до 1800; при Tg =1800К,
частицы разогреваются до 2750К за 100 мкс, затем остывают до 2250К. Это связано с динамикой выхода летучих и их воспламенением. Более крупные частицы при фиксированной температуре прогреваются дольше, но достигают более высоких значений, чем относительно небольшие частицы. Кроме того выяснено, что с увеличением температуры газового потока и с увеличением размера частиц, возрастает производство энтропии за счет теплопроводности. Влияние массообмена и химической реакции в этом случае проявляется незначительно. Проведенные сравнения температур частиц, полученных численно, хорошо согласуются с экспериментальными данными.
В [86] исследуется механизм испарения и воспламенения смеси состоящей из газообразного окислителя, микрокапель конденсированного вещества (углеводородного топлива) и испаренных паров горючего. Смесь воспламеняется за фронтом ударной волны, за счет изменения параметров газовой фазы. Представлены зависимости температур, скоростей нагрева газа и капель, а также квадрата радиуса и истинной плотности паров от времени. Для верификации модели использовались такие параметры, как энергия активации и предэкспонент. Для соответствующих параметров получены значения времени воспламенения смеси. Полученная авторами [86] математическая модель удовлетворительно согласуется с экспериментом для диапазона давлений за фронтом ударной волны 23 - 42 атм.