Управление процессами воспламенения и детонации в газовых средах

• Автор: Головастов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Введение
Глава 1. Обзор исследований воспламенения газовых смесей
1.1. Взрывное разложение ацетилена
1.2. Диффузионное самовоспламенение водорода
1.3. Формирование детонации в газах
Выводы к гл
Глава 2. Ингибирование взрывного разложения ацетилена
2.1. Экспериментальный стенд
2.1.1. Экспериментальный стенд. Методика проведения экспериментов
2.1.2. Анализ погрешностей
2.1.3. Анализ достоверности экспериментальных данных
2.2. Численный метод. Постановка задачи
2.2.1. Математическая модель
2.2.2. Кинетическая модель
2.2.3. Начальные и граничные условия
2.3. Результаты исследований
2.3.1. Экспериментальные исследования при начальном давлении 1 атм
2.3.2. Анализ поглощения тепла в процессах взрывного разложения
2.3.3. Численное исследование при начальном давлении 1 атм
2.3.4. Экспериментальные исследования при начальном давлении 1,80-2,5 атм
Выводы к гл
Глава 3. Диффузионное самовоспламенение водорода при импульсном истечении в канал
3.1. Экспериментальный стенд
3.1.1. Экспериментальный стенд. Методика проведения экспериментов
3.1.2. Анализ погрешностей
3.1.4. Анализ достоверности экспериментальных данных

3.2. Численный метод. Постановка задачи
! 3.2.1. Математическая модель
| 3.2.2. Кинетическая модель
3.2.2. Начальные и граничные условия
3.3. Результаты исследований
3.3.1. Экспериментальное исследование в каналах круглого и прямоугольного
сечений
3.3.2. Численное исследование в канале круглого сечения
3.3.3. Влияние пограничного слоя на скорость воспламенения водорода
Выводы к гл.З
Глава 4. Инициирование детонации в потоке предварительно неперемешанных компонентах топлива
4.1. Экспериментальный стенд
4.1.1. Экспериментальный стенд. Метод проведения экспериментов
4.1.2. Анализ погрешностей
4.1.3. Анализ достоверности экспериментальных данных
4.2. Результаты экспериментов
4.2.1. Влияние буферного газа на инициирование детонации
4.2.2. Влияние положения препятствий на формирование детонации в потоке
Выводы к гл
Заключение
Литература
Благодарности
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Вопросы управления воспламенением актуальны при решении задач как повышения эффективности сжигания топлива, так и для обеспечения безопасности Для повышения эффективности сжигания необходимо ускорять процесс энерговыделения, в то время как для обеспечения безопасности при работе с тем же топливом необходимо подавлять или полностью исключать возможность его самопроизвольного воспламенения. Данные вопросы особенно важны для газов в силу того, что хранение и эксплуатация их осуществляется в широком диапазоне давлений, что способно привести не только к изменению термодинамических параметров, но и к проявлению некоторых газодинамических явлений и существенному изменению реакционных свойств газов.
Одними из таких газов, имеющих широкие концентрационные пределы воспламенения, активно используемых и требующих новых стандартов хранения и норм безопасности, являются ацетилен, способный к взрывному саморазложению без окислителя, и водород, вопросы безопасности которого становятся особенно актуальными при стремительном развитии водородной энергетики.
Анализируя причины несчастных случаев, вызванных взрывом водородновоздушных смесей, в [1] пришли к выводу, что во многих (до 70%) случаях источник воспламенения остается невыясненным Помимо вопросов воспламенения водородно-воздушных смесей, активно решаемых во всем мире, необходимо тщательного исследовать газодинамические процессы диффузионного самовоспламенения водорода. Особого внимания заслуживает исследование импульсной струи водорода, возникающей при внезапной разгерметизации сосуда высокого давления (несколько сотен атмосфер) Возникающие в этом случае ударные волны способны привести к самовоспламенению водорода без предварительного перемешивания [2]. Существующие методы исследования самовоспламенения струи водорода при импульсном истечении в воздух предполагают его предварительный нагрев до сотен градусов Цельсия При этом эксперименты по самовоспламенению «холодного» водорода при внезапной утечке из баллона практически отсутствуют. Однако, в контексте безопасности, именно

Экспериментальные исследования проводились на установке, представляющей собой цилиндрическую ударную трубу общей длиной 1617 мм (2105 мм) и внутренним диаметром 22 мм (рис. 2.1, вверху). Ударная труба состояла из детонационной камеры сгорания (ДКС) длиной 585 мм и измерительной секции (ИС) длиной 1032 мм (1520 мм), разделенных друг от друга шаровым краном (ШК). Расстояние между датчиками составляло 200 мм, расстояние между первым датчиком давления (ДД) и искровым разрядником (ИР) - 816 мм.
Исследуемая смесь ацетилена с ингибиторами составлялась по парциальным давлениям компонентов и перемешивалась с помощью вентилятора в течение часа в сосуде объемом 3 л при давлении 3-4 атм (рис. 2.2). Детонационная стехиометрическая смесь ацетилена с кислородом также составлялась по парциальным давлениям и выдерживалась более 48 часов в сосуде объемом 40 л без перемешивания.
6-12 В
Рис. 2.2. Сосуд для перемешивания газов:
1 - сосуд с исследуемой смесью (давление до 20 атм.); 2 - крышка; 3 - вентилятор, 4 - электрические провода.
Предварительно ДКС и ИС откачивались до давления 0,004 атм. После этого ДКС заполнялась стехиометрической ацетилено-кислородной смесью до 1 атм, ИС