Моделирование процессов тепломассообмена при горении газа в вентилируемых системах

• Автор: Абдуллин, Руслан Хаернасович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 ВЗРЫВЫ ГАЗОВ В ПОРИСТЫХ И

ВЕНТИЛИРУЕМЫХ СИСТЕМАХ

1.1 Обзор по горению газов в полуограниченном объеме

1.2 Взрывы газов в линейных системах

с пористыми средами

Экспериментальная установка и измерения

Тепловая зона пламени

Стабилизация скорости волны горения

Сравнение с экспериментом

Гашение пламени вблизи пределов распространения

1.3 Горение газа в трубах с препятствиями
1.4 Выводы по первой главе
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗРЫВА ГАЗА
В СООБЩАЮЩИХСЯ СОСУДАХ
2.1 Взрыв газа в полуограниченном объеме
Массовая доля продуктов взрыва в открытой системе
Взрыв газа в одиночном закрытом сосуде с истечением
2.2 Взрыв газа в системе двух сообщающихся сосудов
Явления, наблюдаемые в двух сообщающихся сосудах
Массовая доля продуктов горения в сообщающихся сосудах 46 Оценка эффекта аномально высокого давления
Математическая модель процесса
Результаты экспериментов и расчетов
2.3 Самовоспламенение при горении в сообщающихся сосудах
2.4 Выводы по второй главе
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРЕНИЯ ГАЗА В ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ ВЕНТИЛИРУЕМЫХ СОСУДОВ
3.1 Экспериментальное исследование горения газа
Экспериментальная установка и измерения
Динамика скорости переднего фронта пламени
Динамика давления в системе сообщающихся сосудов
Режим стационарного распространения пламени
Неустановившиеся режимы горения
Влияние граничных условий
3.2 Математическая модель и моделирование
Система уравнений процесса горения
Начальные и граничные условия
Модель последовательного горения
Модель одновременного горения
Охлаждение продуктов горения в сосуде
Режим с гашением и реинициированием пламени
Результаты расчета динамики процесса
3.3 Некоторые обобщения по горению газов
в вентилируемых системах
3.4 Выводы по третьей главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Моделирование процессов горения и взрыва гомогенных газовых смесей в ограниченных объемах сложной геометрии представляет собой фундаментальную задачу, решение которой имеет теоретическое и практическое значение для обеспечения пожаровзрывобезопасности шахтных объектов и оборудования, сосудов и реакторов химической и газовой промышленности, объектов традиционной и атомной энергетики, новой авиационной и космической техники. Аварийное воспламенение и последующее горение (взрывы) газовоздушных смесей в промышленности наносят большой материальный ущерб обществу и нередко приводят к человеческим жертвам [1]. Современные методы расчета и соответствующие конструктивные и профилактические мероприятия еще не позволяют полностью исключить условия, при которых возможны воспламенения и взрывы горючих смесей в неконтролируемых условиях.
В большинстве аварийных ситуаций имеет место воспламенение смесей нестехиометрических концентраций, обычно приводящее к дефлаграционному сгоранию газа в замкнутом объеме [2, 3]. Хотя при этом, по крайней мере, на начальной стадии процесса обычно реализуется динамика горения газа в сферическом сосуде с центральным зажиганием, она далеко не является единственно возможной, поскольку часто приходится иметь дело с сосудами сложной геометрии.
Разработка методов и средств взрывозащиты производственных зданий, хранилищ топлив, технологического оборудования и других промышленных объектов [4] тесно связана с проблемой моделирования процессов горения в аварийных ситуациях. Горение в аварийных ситуациях

^ - п-'(л - л, ^ + ИЧ-)^ - Л0Ю)*Ь
ат с!т с!т с/г с!т
сохранения массы, объема и состояния газа
Пи = 1 - «л - и,,,.- Пи2 = °- л/2
пм = Пп - «Л,. + пы-. 4 2 = П/2 + "/,,■ ’ - "/„• '
4,1 = 1- 4,1 - 4,2 = П-ш„2,
Чн = Пи 4н / . 4,2 = «„2 (4,2 )/
М- = л 1 4,1 /пь ■> (4,2 } — 4} ^/>2 /4,2
Здесь обозначено; т = Я«. 41 Л/«1; Г/2 = (74
(2.22)
В = [хИ/У,2 х]Вш)2/.)с ; а = 2у/(Гл 1); 7 = (а/у)и'"] 2(у
П =- У2 /1/1 ; Л;(( = (Д?7)/АД)'" - скорость звука; о, - 0,62 ■ К,м - радиус
первого сосуда; £ - коэффициент расхода (принимается ,ц ~ 1); /и,,,,
исходная масса свежего газа в первом сосуде; и;|, п - доли продуктов,
образованные при горении в первом и втором сосудах, соответственно. Индексы V и г обозначают истекающие газы из 1-го и 2-го сосудов, соответственно.
Уравнения (2.21) могут быть проинтегрированы независимо от
других формул системы (2.17) - (2.22). Действительно, если второе
уравнение умножить на Г2 и сложить с первым, получим выражение
с1лх . Впп с1п/2
+ 12 = и , Ь
с/г <г/г Ч с/т с1т интеграл которого запишется в виде (2.1 1), где пн +пь2 =■ пп +п,2Уравнения (2.20) системы могут быть выделены и рассмотрены отдельно. Действительно, уравнение энергии свежего газа в первом сосуде при г, < г < г,„, имеет независимое решение вида