Неустойчивое распространение пламени в плоском узком канале

• Автор: Смирнова, Ирина Викторовна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Сургут
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕПЛО- МАССОПЕРЕНОС И ГИДРОДИНАМИКА
ПЛАМЕНИ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ В УЗКОМ КАНАЛЕ
1.1 Гидродинамическая и диффузионно-тепловая
неустойчивость пламени
1.2 Спиновое распространение волн горения
1.3 11рограмма исследований
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Экспериментальные установки и методика
проведения экспериментов
2.2 Объекты исследования, методы измерений
2.2.1 Методы цифровой обработки плоских изображений
фронта пламени
2.2.2 Измерение коэффициента теплоотдачи методом сканирующего лазерного луча
2.2.3 Моделирование стратифицированного слоя
в газовой смеси
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ
В УЗКОМ КАНАЛЕ
3.1 Влияние геометрии, размеров и расположения канала на формирование спинового фронта пламени
3.2 Влияние определяющих физических параметров на
формирование спинового фронта пламени
3.2.1 Влияние неоднородности горючей смеси
в стратифицированном слое газа

3.2.2 Роль нестационарного профиля скоростей
в канале типа «диффузор-конфузор»
3.2.3 Эффект «скручивания» фронта пламени
3.2.4 Дифракция фронта пламени на щели в преграде
3.2.5 Теплообмен при формировании спинового
фронта пламени
4. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ САМОПРОИЗВОЛЬНОГО
ФОРМИРОВАНИЯ СПИНОВОГО ФРОНТА ПЛАМЕНИ
4.1 Роль ведущей точки при формировании спинового
фронта пламени
4.2 Влияние критических условий диффузии и теплоотдачи
4.3 Механизмы влияния ускорений на распад стационарного
фронта пламени
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Распространение фронта пламени в узких каналах связано со сложными нелинейными явлениями передачи тепла и массы во фронте горения, которые до конца не понятны до настоящего времени. Исследование этих явлений продиктовано необходимостью получения новых сведений для понимания механизмов и кинетики фронтальных химических реакций, выработки критериев устойчивости горения. В последнее десятилетие в промышленно развитых странах значительный интерес проявляется к разработке микрокамер сгорания и микродвигателей внутреннего сгорания. Уменьшение расстояний между стенками камеры сгорания в научной литературе рассматривается как перспективный метод повышения энергосбережения и коэффициента полезного действия энергетической установки. Одним из физических эффектов, сопровождающих распространение фронта пламени в узком канале, является распад фронта пламени и переход к спиновому режиму. Прикладное значение спинового горения обусловлено повышением интенсивности теплообмена между фронтом пламени и стенками канала и изменением кинетики химических реакций.
Явление распада фронта пламени является, на первый взгляд, парадоксальным физическим эффектом, вызываемым влиянием множества внешних факторов: геометрии камеры сгорания, температуры и состава горючей смеси и др. Под парадоксами в физике вообще и механике реагирующих сред, в частности, обычно понимают несоответствие явлений, ожидаемых с теоретической точки зрения, и наблюдаемых в эксперименте. Научная ценность эффектов и парадоксов состоит в том, что они расширяют рамки устоявшихся представлений о физической сути явлений и при определенных условиях выявляют ранее ускользающие от внимания детали процесса. Это позволяет создавать более точные математические модели явлений и предсказывать направление их развития. Новые экспериментальные данные иногда могут противоречить ранее накопленному опыту. Анализ новых закономерностей

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Разработку методики эксперимента проводили па основании известных до настоящего времени в научной литературе данных о том, что в неподвижной химически реагирующей среде формирование спиновых фронтов волн горения - спиновой детонации и фронта пламени в системах с самораспро-страняющимся высокотемпературным синтезом (СВС-систсмах) происходит под влиянием критических граничных условий, накладываемых на скорость течения и интенсивность переноса тепла и массы вблизи зоны горения. Использовали также тот известный факт, что распад фронта пламени на отдельные вращающиеся очаги при дефлаграционном распространении происходит в камере сгорания в виде плоской щели в потоке с центральной подачей горючей газовой смеси.
Очевидно, что выбор преимущественных направлений распространения отдельных очагов горения, касательных по отношению к поверхности кругового фронта пламени, возможен лишь в канале, в котором расстояние между стенками мало. При этом не имеет значение форма поверхности, ограничивающей объем горючей смеси и создаваемой стенками канала. Она может быть плоской, цилиндрической и др. Расстояние между стенками канала должно быть сравнимо с тепловой шириной зоны горения. Потеря целостности кругового пламени создает новые критические граничные условия для течения продуктов горения, процессов переноса тепла и массы вблизи фронта пламени.
Для выявления роли каждого из процессов, лимитирующих режим распространения пламени, требовалось проведение модельных экспериментов, в которых созданы специальные условия. Условиями, управляющими скоростью теплообмена пламени со стенками канала, являлись: концентрация пропана в пропано-воздушной смеси, расстояние между стенками канала, форма капала, положение канала относительно вектора ускорения свободного падения. Создание начальной стратификации горючей смеси в кана-