Зажигание полимерных материалов источниками с ограниченным теплосодержанием

• Автор: Глушков, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 01.04.17, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИЗМОВ ГАЗОФАЗНОГО И ТВЕРДОФАЗНОГО ЗАЖИГАНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВЕЩЕСТВ ИСТОЧНИКАМИ С

ОГРАНИЧЕННЫМ ТЕПЛОСОДЕРЖАНИЕМ.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ ГАЗОФАЗНОГО ЗАЖИГАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ И ТВЕРДОФАЗНОГО ЗАЖИГАНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВЕЩЕСТВ НАГРЕТОЙ ДО ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР ЧАСТИЦЕЙ. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ. ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ

2.1 Газофазное зажигание полимерного материала локальным источником энергии

2.2 Твердофазное зажигание структурнонеоднородного вещества локальным источником энергии

2.3 Методы решения.

2.4 Алгоритм решения.

2.5 Верификация моделей

2.5.1 Алгоритм оценки достоверности результатов численного моделирования
2.5.2 Решение тестовых задач.
2.5.2.1 Одномерный теплоперенос в плоской бесконечной пластине с фазовым переходом на границе
2.5.2.2 Одномерный теплоперенос в плоской бесконечной пластине с химической реакцией в материале
2.5.2.3 Двумерный теплоперенос в пластине с фазовым переходом на двух границах.
2.5.2.4 Естественная конвекция в замкнутой прямоугольной области
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОФАЗНОГО ЗАЖИГАНИЯ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА ОДИНОЧНОЙ ГОРЯЧЕЙ ЧАСТИЦЕЙ
3.1 Газофазное зажигание полимерного материала одиночной частицей, находящейся на его поверхности, в рамках диффузионной модели воспламенения.
3.2 Газофазное зажигание полимерного материала одиночной .частицей, находящейся на его поверхности, с учетом диффузии иконвекции припереносе газообразных продуктов пиролиза
в среде окислителя.
Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТВЕРДОФАЗНОГО ЗАЖИГАНИЯ СТРУКТУРНОНЕОДНОРОДНЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВЕЩЕСТВ ОДИНОЧНОЙ ГОРЯЧЕЙ ЧАСТИЦЕЙ
4.1 Твердофазное зажигание гомогенизированного смесевого топлива одиночной частицей, находящейся на его поверхности
4.2 Твердофазное зажигание структурнонеоднородного смесевого топлива горячей частицей, находящейся на его поверхности.
4.3 Твердофазное зажигание структурнонеоднородного.смесевого топлива при неидеальном контакте с локальным источником нагрева.
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Целью работы является численное исследование макроскопических закономерностей газофазного зажигания термопластичных полимерных материалов и твердофазного зажигания структурнонеоднородных металлизированных смесевых топлив одиночной нагретой до высоких температур частицей малых размеров в рамках математических моделей, учитывающих двумерный теплоперенос, термическое разложение полимера, диффузию и конвекцию газообразных продуктов пиролиза в среде окислителя, кинетику процессов пиролиза и воспламенения ПМ. Задачи исследования при зажигании конденсированных веществ одиночными частицами состояли в установлении зависимостей основного параметра воспламенения времени задержки зажигания КВ от начальной температуры, размеров и теплофизических характеристик частицы. Из числа наиболее важных задач исследований следует выделить необходимость установления положения зоны локализации ведущей экзотермической реакции относительно поверхностей вещества и частицы для случаев различных режимов зажигания полимера и гетерогенного топлива. Научная новизна работы. Впервые поставлены и решены задачи газофазного зажигания полимерного материала и твердофазного зажигания структурнонеоднородного металлизированного смесевого топлива одиночной нагретой до высоких температур частицей малых размеров в рамках моделей, учитывающих теплоперенос, диффузию, конвекцию, пиролиз, кинетику процессов газификации и воспламенения. Сформулированы системы нелинейных нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных с соответствующими начальными и граничными условиями. При постановке задачи зажигания ПМ впервые учтено совместное протекание группы процессов нагрев и термическое разложение вещества, диффузионноконвективный перенос газообразных продуктов пиролиза в среде окислителя. При постановке задачи зажигания СТТ впервые учтена гетерогенная структура вещества и возможное влияние газового зазора на границе частица СТТ. Решенные задачи не имеют аналогов по постановке, методу решения и полученным результатам. Выявлены масштабы влияния на времена задержки зажигания КВ значимых параметров, определяющих теплосодержание локального источника ограниченной энергоемкости, в частности начальной температуры, размеров и теплофизических характеристик частицы. Установлено, что при совместном влиянии конвекции и диффузии интенсивность химической реакции окисления газообразных продуктов пиролиза ПМ характеризуется в большей степени переносом тепла вместе с горючими газами за счет конвекции. Показано, что усреднение по объему СТТ теплофизических характеристик всех компонентов топлива приводит к значительному возрастанию по сравнению с известными экспериментальными данными времени задержки зажигания и предельной температуры зажигания вещества при прочих равных условиях. Практическая значимость. Разработанные математические модели в сочетании с адаптированными к новым задачам зажигания методами численного решения могут быть использованы для оценки пожарной опасности процессов взаимодействия типичных полимерных материалов с одиночными горячими частицами, а также оптимизации технологий зажигания смесевых твердых топлив локальными источниками энергии в специальных энергетических системах. Результаты исследований создают объективные предпосылки для прогнозирования последствий и объяснения механизмов пожароопасного взаимодействия полимерных материалов с источниками ограниченной энергоемкости. Получены 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Связь работы с научными программами и грантами. Исследования проведены при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК0. Научные И научнопедагогические кадры, инновационной России на г. Степень достоверности полученных результатов. Оценка достоверности результатов численных исследований проводилась сравнением с известными экспериментальными данными ипроверкой консервативности разностной схемы. Тестирование выбранных численных методов и разработанных алгоритмов решения систем нелинейных нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных выполнено на менее сложных нестационарных, нелинейных задачах теплопроводности, конвективного тепло и массообмена.