Математическое моделирование горения структурно неоднородных сред при фильтрационном подводе активных газов

• Автор: Рогачёв, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Фильтрационное горение гетерогенных сред

1.2 Устойчивость фильтрационного горения

1.3 Квазиизобаричность и влияние инертного газа в фильтрационном горении

1.4 Экспериментальное исследование горения гетерогенных конденсированных систем

1.5 Теоретические исследования горения гетерогенных конденсированных систем

Глава 2. Горение пористых составов в квазиизобарическом потоке

многокомпонентного газа

2.1 Введение

2.2 Квазиизобарическое приближение горения пористых сред
2.3 Математическая модель горения пористой среды в режиме естественной фильтрации трехкомпонентного газа
2.4 Численный метод решения системы
2.5 Анализ процессов фильтрационного горения
2.6 Устойчивость фронта горения в квазиизобарической модели
2.7 Выводы
Глава 3. Пространственная структура фронта горения в квазиизобарическом
потоке трехкомпонентного газа
3.1 Введение
3.2 Математическая модель
3.3 Численный метод решения системы

3.4 Анализ пространственных структур фронта фильтрационного горения
3.5 Выводы
Глава 4. Горение многослойных систем с учетом случайного распределения частиц по размерам
4. 1 Введение
4.2 Одномерная модель горения гетерогенной среды
4.3 Влияние неоднородности структуры на устойчивость горения
4.4 Выводы
Глава 5. Пространственная неоднородность фронта при случайном распределении частиц по размерам
5.1 Введение
5.2 Двумерная модель горения гетерогенной среды
5.3 Двумерная модель горения гетерогенной среды с учетом реакции торможения
5.4 Приближенный анализ устойчивости
5.5 Выводы
Глава 6 Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными
6.1. Определение макроскопической формы фронта волны горения
6.2. Зависимость скорости распространения волны от размера частиц и их распределения по размерам
6.3. Микроструктура волн горения (масштаб реакционных ячеек)
ВЫВОДЫ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Горение гетерогенных (в том числе пористых) сред составляет основу многих природных и технологических процессов. К ним относятся горение торфяных пластов (торфяные пожары), промышленное сжигание мусора, горение угля в энергетических установках теплоэлектростанций и в металлургических производствах, самораспространяющийся высокотемпературный синтез материалов (СВС) и другие. В зависимости от конкретного процесса, актуальной задачей может являться подавление горения, оптимизация энергетического выхода или выхода целевого продукта синтеза. Для решения любой из этих задач требуется знание механизмов горения и основных внешних и внутренних параметров, управляющих процессом. Поэтому исследования в данной области знаний активно ведутся во многих научных организациях в России и за рубежом.
Важным классом гетерогенных реакционных сред являются порошковые заготовки. Порошки металлов и неметаллов, а также их смеси в виде свободной засыпки или спрессованных до заданной пористости заготовок используются для синтеза различных неорганических соединений и материалов методом СВС. В зависимости от агрегатного состояния исходных реагентов, различают безгазовые и гибридные СВС-системы. К безгазовым относятся порошковые смеси, которые реагируют без заметного влияния газофазных реакций: исходные компоненты, промежуточные и конечные продукты находятся в конденсированном (твердом или жидком) состоянии. В горении гибридных систем наряду с твердыми порошковыми реагентами участвует один или более газообразный реагент, который подводится в зону реакции путем фильтрации через поры гетерогенной среды. Несмотря на значительное число экспериментальных и теоретических работ, многие важные аспекты горения порошковых систем остаются недостаточно изученными. Необходима количественная оценка влияния

фильтрационные процессы определяют процессы массопереноса и экзотермического превращения
При невысоких давлениях масса внутрипорового газа меньше стехиометрически необходимой, и поэтому создается фильтрационный транспорт извне. Так как мы пренебрегаем процессами диффузии, то задача сводится к горению пористой среды в условиях фильтрационного переноса газовых компонент в высокотемпературные зоны. В таких системах из-за высокой проницаемости среды (Кр - большое) поток газа извне регулируется скоростью химического превращения, который подводится в зону интенсивного химического взаимодействия при малом фильтрационном сопротивлении. Рассматриваемый нами слой конденсированного реагента будем считать достаточно тонким для однородности температуры в поперечном направлении и хорошей газовой проницаемости в поперечном направлении. При этих допущениях для простоты будем использовать однотемпературную модель. Процесс переноса газа сопровождается теплообменом с пористой гетерогенной средой. В “изобарическом” приближении [47] давление газа можно представить в виде: Р(х, £) = Р0(0 + 8Р(х, С), и, следовательно, скорость газа У =
—KFgrad(SP). Процессы фильтрационного экзотермического превращения гетерогенной среды при относительно малых поперечных сечениях образцов, вдоль которых распространяется фронт, описываем с помощью одномерной математической модели.
2.3 Математическая модель горения пористой среды в режиме естественной фильтрации трехкомпонентного газа
Процессы фильтрационного экзотермического превращения гетерогенной среды при относительно малых поперечных сечениях образцов, вдоль которых