Физико-математическое моделирование ослабления и подавления детонации в реагирующих газовых смесях инертными частицами

• Автор: Тропин, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 117 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ДЕТОНАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВЫХ
СМЕСЯХ С ОБЛАКАМИ ТВЕРДЫХ ИНЕРТНЫХ ЧАСТИЦ
§1. Физико - математическая модель распространения и подавление детонации в газовзвеси реагирующих газов и твердых инертных частиц... 19 §2. Предельные варианты физико - математической модели подавления
детонации реагирующих газов твердыми инертными частицами
§3. Численный метод решения систем уравнений механики гетерогенных
сред с учетом детальной кинетики химических превращений
§4. Верификация моделей химической кинетики
Выводы по главе
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДАВЛЕНИЯ ДЕТОНАЦИИ В ВОДОРОД-КИСЛОРОДНОЙ СМЕСИ ФИЛЬТРОМ И
ОБЛАКОМ ИНЕРТНЫХ ЧАСТИЦ
§1. Моделирование подавления детонации в стехиометрической водород-
кислородной смеси фильтром инертных частиц
§2. Определение критического размера фильтра частиц, необходимого для
гашения газовой детонации
§3. Моделирование прохождения детонационной волны через облако
частиц в двухскоростной, двухтемпературной постановке
Выводы по главе
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ
ПРЕВРАЩЕНИЙ ГАЗОВЫХ И КОНДЕНСИРОВАННЫХ ТОПЛИВ
§ 1. Математическое моделирование подавления детонации в смесях метан-
кислород и метан-водород-кислород инертными частицами
§2. Математическая модель воспламенения и сгорания пара керосина в окислителе
§3. Сопряженная модель воспламенения образцов магния

Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Вопросы детонации газовзвесей реагирующих газов и твердых инертных/реагирующих частиц привлекают внимание многочисленных исследователей. Вызвано это тем обстоятельством, что, например, при добыче угля в угольных шахтах выделяются взрывоопасные газы, которые в аэросмеси с угольной пылью являются источником пылевых взрывов. Кроме того, при транспортировке смесей горючих газов к местам потребления, при их использовании в промышленных производствах и быту происходят аварийные взрывы. Взрывоопасные смеси, которые образуются в угольных шахтах, это смеси воздуха и природного газа, который состоит в основном из метана с небольшими количествами этана и других углеводородов. Хотя большинство катастрофических взрывов газа в угольных шахтах порождают волны дефлаграции, наихудший сценарий развития подобного процесса предполагает зарождение детонационных волн (ДВ), которые чрезвычайно

разрушительны и могут генерировать давление до 10 МПа при отражениях от жестких стенок.
За последнее десятилетие происходили и до сих пор происходят десятки вспышек и взрывов метана на угольных шахтах России («Воркутинская» (2002г.), «Зиминка» (2003г.), «Листвяжная» (2004г.), «Есаульская» (2005г.), «Анжерская» (2005г.), «Ульяновская» (2007г.), «Распадская» (2010г.) и др.), которые уносят жизни сотен человек. Шахта, в которой произошел взрыв, заполняется раскаленной смесью газов, полностью лишенной кислорода или содержащей его в весьма малых количествах. Эта смесь в основном содержит азот и углекислый газ, а во многих случаях - примесь оксида углерода (угарного газа). Оксид углерода в такой смеси содержится в больших количествах и в тех случаях, когда взрыв газа происходит в присутствии угольной пыли. Причем большое количество поднятой пыли может быть образовано при распространении ударных волн в

ранее с ее помощью удалось удовлетворительно описать зависимость времени задержки воспламенения от обратной температуры [2]. На рис. 1.4 приведено сопоставление расчетных данных по скорости детонации в водород-кислородной смеси в узком диапазоне изменения концентрации аргона. Как видно наши расчеты с точностью до 5% совпадают с экспериментальными данными [21], в которых р0=0.2атм, Г0 =295К. Подавление ДВ наблюдается при концентрациях аргона в смеси больших, чем 95%. Под подавлением ДВ будем понимать распад детонационной волны на затухающую замороженную УВ (ЗУВ) и отстающий фронт/волну воспламенения-горения (ВВГ). Таким образом, этот расчет показал, что используемая кинетическая схема удовлетворительно описывает имеющиеся экспериментальные данные по интегральным характеристикам процесса подавления детонации - зависимостям скорости ДВ от концентрации инертных компонент. Поэтому ниже мы применим ее к расчету подавления детонации в песчаных или иных фильтрах и облаках.
Рис. 1.4. Зависимость скорости детонации от содержания аргона (сравнение с
экспериментом [21]).