Проведены теоретические и экспериментальные исследования стационарных сферических волн горения газа в пористых средах. Показано, что волны в сферически сходящихся и расходящихся газовых потоках различаются типом устойчивости: устойчивы в расходящемся и неустойчивы в сходящемся потоке. Предложена математическая модель стоячих сферических волн, устанавливающая зависимости координаты стоячей волны от расхода газа, состава смеси, параметров пористой среды и газа и адекватно описывающая эксперимент. Показано, что учет теплопотерь приводит к появлению пределов существования стоячих сферических волн.
В проточном реакторе идеального вытеснения при сильном разбавлении азотом получены кривые тепловыделения в процессе газофазного взаимодействия кислорода с 1,1-диметилгидразином, диметилформамидом, керосином (топливо Т-1), 1-метил-1,2-дициклопропилциклопропаном, н-бутанолом и толуолом. По этим данным оценены значения кинетических констант процессов. Сопоставлением результатов расчетов параметров самовоспламенения с имеющимися экспериментальными данными показана адекватность полученных кинетических моделей химическим процессам, приводящим к самовоспламенению горючих смесей.
В. Porterie, D. Morvan*, M. Larini, J. C. Loraud
Institut Universitaire des Systemes Thermiques Industriels, Marseille, France *Institut de Recherches sur les Phenomenes Hors Equilibre, Marseille, France
This paper describes a multiphase approach for determining the rate of propagation of a line fire through a randomly-packed fuel bed of thermally-thin cellulosic particles and the induced hydrodynamics inside and above the litter. A set of time-dependent balance equations are solved for each phase (a gas phase and N solid phases) and the coupling between the gas phase and the solid phases is rendered through exchange terms of mass due to the thermal degradation of the fuel material (heating, drying, pyrolysis, and char combustion), momentum, and energy. The radiative transfer equation in the fuel bed is deduced from the Pl-approximation, and radiation from the flame to the fuel bed is accounted for with the help of the empirical model of Markstein. Kinetics is incorporated to describe pyrolysis and combustion processes. The solution is performed numerically by a finite-volume method. The development of a line fire from the moment of initiation to quasi-steady propagation is predicted and discussed. Results obtained by this multiphase model are compared to measurements made on laboratory fires using dead pine needles as fuel. The predicted rates of fire spread for some configurations including slope effects agree well with measured values.
Построено многообразие катастроф/воспламенения для модели теплового взрыва частицы магния, учитывающей химическую реакцию окисления, испарение металла и конвективный теплообмен с окружающим газом. Это позволило определить типы тепловой динамики частицы в плоскости бифуркационных параметров модели (указать области воспламенения, погасания и регулярного нагрева); найти из экспериментальных данных кинетические константы в эмпирическом законе воспламенения; показать устойчивость интегрального параметра времени задержки воспламенения относительно наборов кинетических констант, определяемых для математических моделей с учетом и без учета испарения металла.
С использованием термографического метода изучены условия воспламенения компактных образцов меди, латуней, бронз в кислороде при давлении 0,2÷70,0 МПа в условиях естественной конвекции. Обнаружено, что для всех исследованных материалов значения температуры воспламенения не зависят от давления и определяются фазовым составом окисных пленок, образующихся на металлах в предвоспламенительный период.
Теоретически исследованы критические условия зажигания и погасания в случае гетерогенной экзотермической реакции, протекающей на равнодоступной поверхности канала или поры. Особое внимание уделено эффекту теплового гистерезиса реакции (превышения температуры зажигания над температурой погасания), обеспечивающему определенную устойчивость реакции к изменениям внешних условий. Предложена и обоснована модель процесса, позволяющая анализировать основные закономерности теплового режима реакции с учетом особенностей распределения тепловых потоков из зоны реакции в реагирующую среду и в стенку канала. Установлена зависимость критических условий зажигания и погасания от констант скорости тепловыделения и порядка реакции, теплофизических и геометрических характеристик системы. Предложено правило, позволяющее оценивать влияние теплопотерь на критические явления и тепловой гистерезис реакции на охлаждаемой поверхности, в случае, когда известны критические условия для реакции на адиабатической поверхности.
Экспериментально получены профили температуры и параметры волны горения прессованного октогена комнатной температуры при давлениях 1÷500 атм и в случае вариации начальной температуры образцов от —170 до +100°С при давлениях 1÷75(90) атм. Найдены следующие параметры зон горения: тепловой эффект в к-фазе, теплоподвод из газа в к-фазу теплопроводностью и излучением, скорость тепловыделения в газе вблизи поверхности, размеры и температура зон горения. Подтвержден полученный ранее авторами вывод о наличии двуединого процесса разложения и испарения октогена при его газификации в реакционном слое конденсированной фазы волны горения и найдены зависимости доли разлагающегося октогена от начальной температуры образцов и давления. Оценены дифференциальные характеристики скорости горения, температуры поверхности и лучистого теплоподвода, необходимые для нелинейной теории устойчивости горения октогена.
Исследовано влияние ингибиторов, вводимых в топливо в виде порошков и коллоидных растворов, на горение перхлоратаммониевых смесевых ракетных топлив. Перевод химических регуляторов скорости горения смесевых топлив в ультрадисперсное состояние (< 0,05 мкм) при условии предотвращения агрегирования частиц как на стадии синтеза регуляторов, так и в процессе приготовления топлива увеличивает эффективность действия ингибиторов, снижает их содержание в топливе. Показана удовлетворительная применимость полилинейного разложения для количественного описания зависимости скорости горения от концентрации добавки и размеров ее частиц.
На основе анализа опытных данных по тепло- и массообмену показано, что в переходной области течения интенсивность процессов переноса может изменяться дискретно, кратно интенсивности в ламинарном пограничном слое. В рассмотренных случаях эта закономерность прослеживается до чисел Рейнольдса Rex ≈ 107. Она проявляется не только при отсутствии химических превращений, но и при гетерогенном, а также газофазном горении. Развитие тепло- и массообмена рассматривается как последовательный переход от одного уровня интенсивности к другому. Наличие дискретных уровней объясняется присутствием стоячей волны в окрестности ламинарно-турбулентного перехода.
Предложена физико-математическая модель процессов тепло- и массопереноса в многослойных тепло- и огнезащитных покрытиях вспучивающегося типа с распределенным по толщине влагосодержанием, позволяющая оптимизировать состав и структуру слоев в соответствии с заданным пределом огнестойкости. Приведены результаты численного моделирования процессов тепло- и массопереноса с учетом испарения, вспучивания и вдува применительно к условиям эксплуатации систем огнезащиты при тепловом воздействии от реального пожара.
