Проведено численное моделирование образования, горения и теплового воздействия огненного шара, возникающего при зажигании облака углеводородного топлива вблизи поверхности земли. Осесимметричное нестационарное течение описывается системой осредненных по Фавру уравнений сохранения с привлечением (–)-модели турбулентности, модели турбулентного горения и глобально-кинетической схемы образования и выгорания частиц сажи. Оптические свойства смеси продуктов горения и сажи учитываются с помощью модели взвешенной суммы серых газов. Для расчета радиационного поля использована комбинация приближения объемного высвечивания и диффузионного приближения. Проведены расчеты огненных шаров, образующихся при вертикальных выбросах газообразного пропана массой от 1 г до 103 кг при зажигании вблизи точки выброса. Подробно проанализирована внутренняя структура огненного шара на различных этапах его эволюции. Представлена динамика подъема огненного шара при скоростях выброса, соответствующих изменению числа Фруда (определенного как квадрат отношения линейной скорости истечения к характерной скорости, обусловленной силами плавучести) в диапазоне 5250. Получены зависимости от времени температуры, концентраций и скорости реакции в огненном шаре. Показано, что для данных диапазонов масс топлива и скоростей выброса при использовании введенных безразмерных параметров можно осуществлять масштабирование результатов и единым образом использовать полученные в работе расчетные зависимости.
Проведено численное моделирование пиролиза и неполного окисления углеводородов с наличием воды при высоких давлениях. Результаты расчетов показывают, что влияние неидеальности газа на состав и температуру продуктов реакции может быть значительным. Результаты расчетов по равновесию и по глобальной кинетике лучше согласованы между собой, однако модель с детальной кинетикой лучше соответствует экспериментальным данным.
Проведено исследование химической структуры водородно - кислородного пламени стехиометрического состава, стабилизированного на плоской горелке при давлении 47 Торр, методом молекулярно - пучковой масс - спектрометрии и компьютерного моделирования. Измерены концентрационные профили стабильных компонентов пламени Н2, O2 и Н2О, а также атомов и радикалов Н, О и ОН. Концентрационные профили, рассчитанные с использованием двух различных кинетических механизмов, с приемлемой точностью согласуются с данными эксперимента. Также было показано, что при использовании пробоотборников с тонкими стенками при вершине ( 0,1 мм) нет необходимости проводить расчеты по заданному температурному профилю, измеренному с помощью термопары, находящейся вблизи отверстия пробоотборника, как это рекомендует ряд авторов.
Анализируются экспериментальные исследования по организации горения керосина в высокоэнтальпийном сверхзвуковом потоке воздуха. Применение промотирующих присадок, а также улучшение процессов распыла, испарения и смешения не всегда способствуют эффективному развитию горения. Показано, что существенное влияние на параметры воспламенения оказывает наличие процесса конверсии. Интенсивность выгорания может быть обеспечена добавлением водорода, при этом существенное значение имеет относительное расположение топливных инжекторов. Отмечается основополагающая роль волновых структур на протяженность зоны горения в канале. Приведено сравнение интегральных характеристик горения водорода и керосина.
Предложен новый способ управления неустойчивым режимом горения в камерах сгорания за счет организации в зоне горения диффузного электрического разряда от специального источника питания с импедансом, изменяющимся в зависимости от задачи управления. Определены максимальные значения токов шнурования в зоне горения пропановоздушных смесей в зависимости от их состава. Экспериментально показано, что в случае наложения на зону горения стабилизированного по току разряда происходит автоматическое подавление неустойчивого режима горения на всех гармониках одновременно за счет внутренней отрицательной обратной связи. В случае воздействия стабилизированного по напряжению разряда наблюдается обратный эффект – возбуждение и усиление неустойчивого режима горения.
Установлены кинетические закономерности термического распада октогена с добавкой купферонатов металлов, в которых важную роль играет реакция нуклеофильного отрыва протона в октогене фенилазотокисным анион - радикалом. Логарифмы констант скоростей распада октогена коррелиуют с отношением заряда катиона металла в купферонате к его радиусу, что свидетельствует о разной реакционной способности анион - радикала, обусловленной поляризующим действием катиона.
Экспериментально исследована модельная слоевая система “химическая дуга”, состоящая из твердых компонентов, между торцевыми поверхностями которых происходит стационарное горение. Измерены скорости сгорания компонентов в системах перхлорат аммония (ПХА) – полиэфир, ПХА – полиэтилен, ПХА – бутилкаучук с каталитическими добавками (диэтилферроцен, эпоксиэтилферроцен, оксид железа) в зависимости от расстояния между компонентами. Показано существование максимума массовой скорости горения, обусловленное переходом от низкоскоростного (кинетического) к высокоскоростному режиму реагирования. Полученные данные качественно согласуются с теорией. Проведен анализ механизма влияния катализаторов на характеристики горения.
А. И. Кирдяшкин, Ю. М. Максимов, В. Д. Китлер, О. К. Лепакова, В. В. Буркин*, С. В. Синяев*
Томский филиал Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, 634050 Томск *НИИ прикладной математики и механики, 634050 Томск
Исследуется горение уплотненных смесей Ni + 16 % Al, Ni + 50 % Al, Co + 30 % S, Ti + 58 % FeB, Ti + 20 % C, FeO + 10 % Fe + 18 % Al в постоянном магнитном поле. Показано отсутствие влияния магнитного поля на скорость горения исследуемых систем. Обнаружено увеличение глубины превращения и укрупнение геометрических размеров фазовых составляющих конечного продукта реакции под действием поля в системах, содержащих ферромагнитный металл. Изменения продукта реакции связаны с дополнительным массопереносом за волной самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о восприимчивости процесса термохимического разрушения композиционных материалов к малым периодическим возмущениям внешнего потока и вибрациям стенки. Получены устойчивые, неустойчивые и автоколебательные режимы горения материалов, найдены предельные условия для концентрации связующего и интенсивности колебаний, когда появляется возможность снижать тепловые нагрузки к стенке и управлять процессом тепло- и массообмена. Построены границы моностационарности и устойчивости, проведено сравнение с теорией.
Приведены результаты теоретического анализа равновесного состояния смеси газа с твердыми несжимаемыми инертными частицами за косыми скачками уплотнения с учетом конечности объема, занимаемого дисперсной фазой. Получены зависимости для предельных (максимальных) углов отклонения потока равновесной смеси за сильными и слабыми косыми скачками уплотнения. Исследовано влияние объемного содержания частиц в смеси на степень предельного досжатия газа при отражении плоской ударной волны от жесткой стенки.
–
)-модели турбулентности, модели турбулентного горения и глобально-кинетической схемы образования и выгорания частиц сажи. Оптические свойства смеси продуктов горения и сажи учитываются с помощью модели взвешенной суммы серых газов. Для расчета радиационного поля использована комбинация приближения объемного высвечивания и диффузионного приближения. Проведены расчеты огненных шаров, образующихся при вертикальных выбросах газообразного пропана массой от 1 г до 103 кг при зажигании вблизи точки выброса. Подробно проанализирована внутренняя структура огненного шара на различных этапах его эволюции. Представлена динамика подъема огненного шара при скоростях выброса, соответствующих изменению числа Фруда (определенного как квадрат отношения линейной скорости истечения к характерной скорости, обусловленной силами плавучести) в диапазоне 5
250. Получены зависимости от времени температуры, концентраций и скорости реакции в огненном шаре. Показано, что для данных диапазонов масс топлива и скоростей выброса при использовании введенных безразмерных параметров можно осуществлять масштабирование результатов и единым образом использовать полученные в работе расчетные зависимости.
0,1 мм) нет необходимости проводить расчеты по заданному температурному профилю, измеренному с помощью термопары, находящейся вблизи отверстия пробоотборника, как это рекомендует ряд авторов.