Исследование процессов распространения пламени в двухкомпонентных газовзвесях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

.'і з од

огшхькш деріавнж уьівЕРагпгт

їм. ІІЛвчнІкова

На правах руко<іиеу

БОЯЧУК ЛЮДМИЛА ВАЛЕНТИНІВНА

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ РОЗПОВСЮДЖЕННЯ- ПОЛУМ’Я В ДВОХКСМПОНЕНГНИХ ГАЗОЗАВГІСАХ

01.04,17 - хімічна-сізкка, в тому числі Фізика-горіння та вибуху

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата фізико - математичних наук

Одеса - І993

Роботу виконано в Одеському державном у університеті ім. її гіечникоаа

Науковий керівник доктор Фізико-матеі*атиччих наук,

академік АІН України, професор ЗОЛОТКО А.Н.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор РЕЙСІГ В.А. кандидат Фізико-матвматичних на доцент КАЛ'НЧАК В.В.

Головна організація:

дераавний науково-дослідний інститут техніки безпеки хімічної промисловості м. Сеаеродонецьк

Захист дисертації відбудеться 1993 р.

в годин на засіданні Спеціалізованої ради Ьо спеціальності

,2 063.24.03 - хімічна Фізика, в току числі Фізика горіння та вибуху, в Одеському державному університеті ім П.Мечніксга <270100, м.Одеса, вул. П^тра Великого, 2>

З- дисертацізю можливо ознайомитися в науковій бібліотеці Одеського державного університету

Автореферат розіслано

"22- оню4ыя

1993 р.

Вчений секретар Спеціалізованої ради кандида .- Фізико-математочних наук,

ст. наук. спів.

С&Мзргаяук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕНИ. Теоретичне та експериментально дослідження процесів і оріння газозависів частино« твердих пальних, в тх..-іу числі металів, - одна з найважливіших проблем Фізики горіння. Незмінно зростаючий діапазон використання цих матеріали в різних галузях народного господарства - порі .ікова металургія, авіаційна і ракетна техніка, СВС-технология та інші - має на ■ увазі, з одного боку, ефективне та ощадливе спалювання’ металічних суміаів, з другого - розробку надійних методів запобігання пожа-ро-вибухонебезпечних ситуацій. '

В останні рокн велика увага приділяється перспективним практичним застосуванням горючих сумігав, котрі спалюються у вигляді газозависіз, для модифікації процесів у тропосфері: створення локальних несднорідностеи температури та електричних параметрів атмосфери; транспортування та елективна возгонка поверхкевоактизних речовин; моделювання інтенсивних терму'ч.'ів; створення об'ємних джерел випромінювання та інпі. Особляйо відзначимо розроблений в НЛЛ-2 ОЛУ газодис. ерсний метод отримання нанодисперсних оксидів металів у хвилі горіння в .уміаі метал-окислювач^жий мае цілий ряд унікальних властивостей Св ’зький дисперсний склад, можливість регулювання параметрів кінцевого продукту за рахунок характеристик горючої суміш, дешевизна та простота метопу та інші). З академічної точки зору велика узага процесам горіння газозависів приділяється з метою розробки ефективних способів моделювання зазначених процесів методами ма-аніки багатофазних реагуючих середовищ. ..

Вирішення подібного класу задач потребує знання загальних закономірностей пропікання процесів горіння газозависів і впливу на них Фізико-хімічних параметрів системи. В цьому зв’язку підкреслимо, шо одним з найбільш перспективних тля '.в управління зазначеними процесами с використання диспергов- нного пального у вигляді суміш двох ■ Сабо декількох) різнорідних порошків. В широкому розумінні я., різні тверді компоненти можуть виступати і різні Фракціі одного і того пального, і- який-небудь інертний твердий -компонент (наприклад, в задачах інгібірування полум’я порошковид-ним Флегматаэатором). Використовуючи такий підхід, зміною базивих пальних і процентного складу компонентів можна міняти НКМР та швидкість розповсюдження полум’я, температурі та оптико-спект-ральні характеристики газозавису, а також і газодинамічний режим горіння. Даний напрямок є особливо перспективним, з точки зору от-

рикання складного кінцевого продукту ГДС-методом (суміиів' тонко-дисперсних оксидів, ишне.-^'й, керметіа токо). Причому, в останньому випадку, приваблива не тільки простота самого методу, а тако-жі, мабуть, сдино можливий спосіб одержання кінцевого продукту з однорідними властивостями.

Однак стосозно го оючих газозависів таке дослідження практично не проводилось. Тому розробка теорети .них уявлень про структуру хвилі горіння в газозависах механічних сукішів різнорідних порошкоподібних пальних, проведення систематичних експериментальних досліджень ігедо впливу властивостей системи на характеристи- . ки хвилі горіння с актуальні як з теоретичної, так і з практичної точок зору.

' МЕТА РОБОТУ! полягає 8 експериментальному і теоретичному дослідженнях впливу Фізико-хімічних Факторів (сорт, концентрація, дисперсність базових пальних, процентне співвідношення компонентів) на умови реалізації ламінарного режиму розповсюдження полум’я, структуру і параметри хвилі горіння ламінарного полум'я газозависів двохкомпонентних суміиів металічних пальних.

В цьому зв’язку поставлені слідуючі задачі:

- розробка методики організації хвильового горіння гаоозаві-сів тонкодисперсних твердих пальних, яка припускає надійне виділення ділянки ламінарного режиму розповсюдження полум'я і .регіст-рацію його параметрів (швидкості та поверхні полум’я);

- -кспериментальне дослідження розповсюдження полум’я в однокомпонентних газозависах металічних пальних з кетою побудови "ряду активності" цих пальних подо процесу іх хвильового горіння •

. 1 на цій основі е бору двохкомпонентних сумішів; ■

• - розробка теоретичних уявлень про теплору структуру хвилі

_ горіння в двохкомпонентних сумішах для виявлення можливих типів структур (режими злиття, управління, индукційний по аналогії с газоФазними системами) і основних закономірностей ламінарного розповсюдження полум’я в двохкомпонентних’ газозависах;

-проведення систематичних досліджень -з двохкомпонентниі.^ сумішами в залегшос-і від сорту, концентрації, дисперсності базових пальних, складу і .концентрації авісу для виявлення загальних за-кономірг стей іх горіння порівняно з однокомпонентними і азозаь';-. саИи і, зокрема, для перевірки можливості інтенсиФикаціі процесу ■ горіння важкозаймистих матеріалів в іх сумішах з легкозаймистими;

- порівняльний аналіз теоретичних та експериментальних даних а матою якісної перевірки таоратичних уявлень. .

Як об’єкт досліджень вибрані широко розповсюджені в практиці

з

газозавнси тонісодисперсних СсКІОккм) частинок алюмінію, магнію, цирконін, заліза, бору та іх бінарних композиції'!.

НАУКОВА НСВИЗНА. В дисертаційній роботі показано, що хвильо-СР: горіння в мапіввідкритнх трубах при запалюванні біля зидкрито-го .кінця труби являє собою послідовний каскад переході: лалінар-не полум’я -• вібраційне полум’я 1-го типу з пс^аг.озжніми коливаннями Фронту ч вібраційно полум’я II-го типу з хвил'ьостзоренням на поверхні -» турбулентне полум’я. Щодо ламінарного режиму горіння встановлено, ио всі досліджені пальні можуть бути розмічені в слідуючий ряд активності по відношенню до нормальної швидкості полум’я: М-, Zr, .4, Fa, J. Зокрема вперше вдалося організувати хвильове горіння газозависів частинок бору.

Вперше проведені екслери ¿нтальні дослідженню процесу розповсюдження полум’я в бінарних сумішах Al-Mj, Al-Zr, Fci-Al, Al-S. Показано, со, на відміну зід однокомпонентних гумішів, в бінарних композиціях можливо розповсюдження полум’я в діапазоні параметрів, де воно неможливо в однокомпонентних газозазисах.

Залропокован модель горіння двохкомлонентних газозавис^, що допускає аналітичне Рііа ня і дозволяє якісно вірно завбачити

структур; хвилі горіння і пе едінку швидкості полум’я при. зміні складу, користуючись мінімальною інформацією - відноачнням температур спалахування і періодів згорання окремих частинок різних

компонентів. . .

Тс-сротично показано існування чотирьох режимів тамінарнсго горіння двохкомпонемтних Гсиозазисів: . індукційного, управління, .лиття, переданого, на відміну від газів і конденсованих, систем,

де останній режим відсутній.

Для газозависів частинок бору, одного з найбільш складного для досліду«« ь і перспективного з енергетичної чхічка зору пального. встановлено, ио в сумішах з алюмінієм він пов дать себе як

ХІМІЧНІ»'! нгібітор в процессх розповсюдження полум'я.

ПРА"ЛТГЧНА ЗНАЧУЩІСТЬ. Результати дисертаційної роботи поглиблюють сучасні уявлення про особливості хвильового горіння даох-Фазнлх систем, зокрема, про закономірності їх нестаціонарного горіння. Практично важливим як для питань пожаро-вибухобезпеки, так і для енергетичного горіння є ствердження, ио нормальна швидкість полум’я постає систомостзорюючим показн ком для побудови "ряду активності" дисперсних матеріалів по аидношвннй до хвильового горіння. Дзохконпонєшні газозависи привносять ке один параметр Сспіввзідношення компонентів), що припускає досить глибоке регулювання динамічних СККИР, швидкість полум’я), термодинамічних

(температура та склад продуктіз сгорания) та оптико-спектральних параметрів процесу горіння. Дані про параметри хвилі горіння дозволяють конкретизувати умови стабілізації процесу Г7К і прогнозу* ваш ¡можливість оіри.мання складних кінцевих продуктів. Закономірності горіння борних газозавис: ; дозволяють конкоетизувати умови еФек'. івного спалюванья пальних, що містя^ч бор як основний енергетичний компонент.

0СН03НІ НАУКОВІ ПОЛОЖЕНИЯ, ЯКІ ВИКОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ. '

1. Експериментальна методика дослідження нестаціонарного горіння газозависи. тонкодисперсних порошків в трубах, зокрема ла-иінаризг'’ режиму розповсюдження полум'я. Основні уявлення про цей процес, як каскад переходів і його залежносте від сі^ико-хімічних параметрів горючої суміш;.

2. Експариментальні дані про залежність нормальної швидкості полум’я 'к для однокомпонентних, так і для двохкомпонентних газо-зависів від параметрів зависів, особливо від спізаідновання компонентів. Доказ визначально: ролі нормальної швидкості полум’я як Фундаментальної Фізико-хімічиої характеристики горючих газозави-сів.

3. Особливості процесу розповсюдження полум’я в дьохксмпоне-нтних зависах, ‘які полягають в існуванні діапазону параметрів, да в однокомпонентних газозависах не едаеться реалізувати процес розповсюдження полум’я, в той час як в бінарних. композиціях при таких умовах можливо розповсюдження хвилі горіння.

4. Модель горіння двохкомпонентного газозавгсу частинок твердих пальних, яка допускає аналітичне рішення в припущенні дифузійного реагування частинок і дозволяє розрахуват * швидкість і теплову структуру хвилі горіння: існування чотирьох рехимив ламінарного полум’я - індукційного, злиття, перехідного, управління; аналітичні вирази для швидкості полум’я в бінарних газозависах.

3. Експериментальні дані про параметри хвилі горіння в бор-алюміиієвих газозависах и‘ тлумачення ‘іигібіруючого ефект*' бору порівняно з інертним компонентом

АПРОБАЦІЯ РОШПІ Результати роботи доповідались і обговорювались на УШ Всесоюзному симпозіумі по горінню і вибуху (Таккєнт, 1Р36>, .-Іікзіародній Еиолі-свминарі "Тепло-масообиін в хімічк- реагуючих середлзицах" (Нінськ, 1935), Ш Всесоюзній иколі-семідарі з макроскопічної кінетики,хімічної і магнітної газодинаміки (Томськ -Красноярськ, 1990), 23-му Міжнародному симпозіумі по горінню (Орлеан, Франція,1990), Другому Міжнародному симпозіумі по спеціальним пальним СЛамлсльдхаузен, Германія, 1991>, 13-му. Міжнародному

колоквіумі э динаміки вибух, та реагуючих сисіг-м <Нагойя, Японія, 1991), X Всесоюзному симпозіумі по горінню і вибуху СЧор оголовка, Росія, 19925, Міжнародній конференції по горінню СНосква-Санкт-Петербург, І9РЗ>.

ПУБЛІКАЦІ1. За результатами дисертації мається 7 опублікованих робіт, список котрих приведено в кінці автореферату.

СТРУКТУРА И 05'ЄН РОБОТИ. Дисертація ое’с.~ім 151 друкований лист складається із вступу, трьох розділів, висновку, містить 28 рисунків, 3 таблиці. Список літератури містить 99 ньиме /вань вітчизняних та закордонних авторів. _

' ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОбОТН

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ дисертації поданий літера-П”оний огляд даних. Проведено аналіз газодинамічних режимів розповсюдження полум’я в залеж зеті від Фізико-хімичних параметрів газозавису,розглянуто питання правомочності введення поняття нормальної швидкості полум’я для газозависів. Проаналізо_анЬ горіння газоФазних і конденсованих систем з послідоаним і паралельним протіканням реакцій. Хвилі горіння, в газозависах із стадійним протіканням реакцій не досліджувались. Здейсиена постановка задачі.

У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ розглянута запропонована автором модель горіння двохкомлонентного газозавису частинок тверди^. пальних.

Припускаючи дифузійний режим реагування частинок, постійну

потужність •теплових джерел і нехтуючи теплоємністю частинок для

випадку “повільного" розповсюлження полум’я, коли характерний час

теплообміну частини., з газом <І >' менше ні. характерний час

т.о. .

перебування частинки в зоні нагрівання а температура спа-

' лахування частинки в полум'ї співпадає э температурою самозаймання частинки Тгі, стаціонарне полум'я в газозавису з надлишком окислювача описується одним рівнянням теплопровіднг^ті з кусочно-постійним джерельним членом, коп .їй для різних зон полуця запишеться в слідуючому безрозмірному вигляді;

<1*6 • р ■ ' „■> де К-0 . . ' . при у<0 - , ■

X ' ' ' ' ‘ '

д<в„ц-1> 1 при 0<у<в <гори т» тільки перша фракція!}

38" ■ ■ ' ■ ■ ■ • • ' ' - 1 ' 1 '

Дрібен"1* при 1<у<*^ <горить тільки друга фракція};

Ж • • ” . ' ' ’ ' . -1 ■ 1 ‘ ' • •

1Хї+ір<> при І>у>я (горять обидві Фракції-).

Тут 0 ” Т/Т0, у “ х/иХг1 - безрозпірна температура і координата;

0£ = у2%гі, а - безрогчірна исіідкість полум'я; а параметри [і - СТсі<-Ти:>ср/В,<2,; ¿Г - дг22 ^В,; Р “ 'СпАг, характери?' ють концентрацію перше: Фракції і співоідксаоннл між концен-

траціями, тепловими ефектам; і часом горіння фракцій відповідно. В межах кожної із зон на границях яких скачкои міняється Функція джерела, легко одержати точне ріпени>. рівняння <1). Використовуючи граничні умови і умови звивання рісень на межах зон, одерлусио для коа;ного варіанту структури хвилі горіння СРис.О СЬОЗ РІВНЯННЯ Дії я знаходження швидкості полум’я і безрозмірної відстані ні:к точками спалахування ¿»і-акцій

. 8Є.Ц + ф- (р.ве.ЦІ- ІпСф) - і

СП п ~ ехрОК/р)] .

^ ” СгЄ|А - і + ехрС-ЕЄ>]

е - Іп«р>/Й

ІІ-ехрС-Х/рЯ ¡1 -

£ (Ь0І, - І> '

з » гпС(р>/аз

І

Наважко показати, со . рішення <3> відповідає рівняні ш для

швидкості полум’я по другій фракції, підігрітої з,і рахунок сго~

рання периоі. Цей рожни повністю аналогічний резаіму управління в

'гомогенних системах з послідовним протіканням реакції. , коли іду-

і

ча услід хвиля горіння визначає саидкість полум’я у цілому. По •аналогії з гомогенними системами но№,а говорити і про існування режиму злиття, коли міхельоонівські оони Фронтів горіння близькі й 2<<1, а зони- горіння Фракцій перекриваються. Однак, на. відміну від .гомогенних систем, перехід від режиму злиття до режиму управління здійснюється при зміні параметрів системи не стрибком, а ¡снує вирока переймна область (перехідний режим), коли зони хімічного реагування- фракцій перекриваються г<1, а зони підігріву розносе,.! сС->1. На Рпс.2 приведена залежність безрозмірної [звідності полум’я 2 від величини параметру ? Там же нанесені

границі обговорених вища режимів горіння <■=*= - режим управління, —' - перехідний режим).' Заштрихована облас ь відповідає індукційному режиму горіння, коли полум’я розповсюджується* як по завису, який • створений тільки перво» Фракцією, при цьому друга фракція

я<1 (2)

:>і <3>

1

спалахує за рахунок самсрОоігріву, коли мине пі^нін'і період індукції. При збільягоіиі масу горіння другої фракції (зкемігонмі р> область ксжліше! реалізації ікдукційнс-о режиму ризгирпеться. Чим ниймо концентрація перао! с ра>сші Сбільз» ¡.І), тим пкреє діапазон С.ю параметру існування режиму упранління.

Аналіз ріезння задачі, отриманого для вкладку "ід:!..,',кого' горіння, коли характерний час таплозсі'О сокіну частинки о газом зрізмкстьсп або персз^рагус час прогрігзння частинки и пегедполу-м'якій ооні, показав, ся рісень 5*зрозкіриих явидкос'.ьй олум'я а дсохтскпературкому наближенні майко п дзз рази нидчг*, чим а однотемпературному. Ца псясню-зться сильним і дзиіксом текпорэтуси гизу над теипературою юстинсіь із точках с алэхування. Ця к обстгикна призводить до транскрипції сЗлзсті реалізації індукційного раниму у порівнянні з однотсмпорс. іурним варізнтол Якщо інерційкість теплообміну другої фракції з газом вільх®, чим у перго!, то <^к-тично реалізація рехиму злиття стає нємо-іілиеою, а область реалізації перехід"ога режиму значно ззужуетьс .

В четвертому парагрїіі-і досліда.е-но вплив теплеаих витрат за межі :і’.с"'єКіі на ішидкість і структуру хвилі горіння де,-ох:сомлонєн~ тного газозазмсу. Показано, що тепловими витратами можна зне::—V-уати з сбласіі реалізації пс-р „хідного режиму горіння при достатньо великих концентраціях ойох Фракцій. Пси низьких концентраціях теплові витрат ; позначаються не тільки На величині ¡:ізнд:сос'гі полум’я, зукозлкусчи ¡І значно зниження, а і ка значеннях граничних параметрів }1 і при яких чиниться зміна режиміз. Врахування теплозих витрат приводить до розширення області, реалізації родиму управління і скорочення області існування індукційного • режиму. Встановлено, ::о наявність теплових втрат із системи для двох компонентного гаоозэвису, також як і для моясдозкці? частинок твердих пальних, призводить до появи несдинос'іі рішення і нової 5лз~ сті - несталого горіння обох Фракцій.

Проведений в п’ятому параграфі аналіз вплиїу вигорання окислювача на розповсюдження полум’я по дзохкечлононтнону газзззвису показам, п» при близьких значеннях часу горіння .і температури спалахування частинок обох Фракцій . при варіації складу газозавису. Спри - Фіісссеаиій сумарній концентрації) швидкість полум'я лінійно зростає із збільшенням концентрації сівидкозгг раючої фракції СЛЬ/ЛЬ, сі,«=б мкм. й;”10 мкм). Для бінарнії'; гагоззвлсів з суттєво відмінними характеристиками спалахування і гсрмня <Н%/АВ ця залежність суттєво нелінійна - сильна при малій частці свидкозгора-ючого компоненту і слабка при більи, и::х СО54—*4 часті швидкозго-

раючої Фракц:' Із зменшенням коефіцієнту надлишку окислювача сі (в області й<1> швидкість полум'я го збагаченому двохфракційному ггзозавису зменшується.

В ТРЕТЬОМУ РОЗДІЛІ подається методика організації хвильового горіння газозависів дг'Знодисперсних твердих паль.-шх і приводяться результати експериментальних досліджен. .

Визначення нормальної швидкості горіння газозависів в основному проводилось за допомогою полум’я, ио розповсюджувалось у вертикальних напів«ідкритих трубах. Використовувались кварцові труби довжиною 1.2 м і внутрішним ліг. ¡етром 0.036 м. Запалювання за-вису при-водилось електричною іскрою у верхнього відкритого кінця труби, полум’я розповсюджувалось зверху вниз. Для створення однорідного потоку газозавису використовувалась спеціальна система, яка складається із дозатора порошу поршневого типу і розпилювача в вигляді кільцевої щілини. Регулювання масоаоі концентрації завису призволилось зміною швидкості подачі порошку в розпилювач за допомогою електромеханічної системи. Видика швидкість полум'я визначалась по регістрограмам процесу за допомогою Ссто-регістратора з неперервною протяжкою плівки. На ділянці ламінарного розповсюдження проводилась також кінозйомка Фронту горіння і нормальна швидкість полум'я визначалась як видима швидкість, поділена на коефіцієнт, який рівняееться відношенню площі поверхні Фронту до площі його основи. В експериментах використовувались вузьки Фракції порошків А1, -Мг, 2г, ?е, В з' близькими розмірами <4+6 мкм) і чистотою не гірше . Встановлено, що в цілому розповсюдження пол,,м’я в трубі носить складний характер і може розглядатись як каскад переходів: ламінарне полум'я з Формою поверхні, близько» до параболоїду обертання, спрямованг-о вершиною у початкову суміш -* вібраційне полум'я з постійно» Формою <1 тип) і частотою повздовжніх коливань ~ • 100 Гц, близькою до основної акустичної моди -> вібраційне полум'я з хвилестзоренням на поверхні VI тип) -* турбулентне полум'я з характерною розвинутою трук-турою Фронту. Тривалість і наявність стадій залежать віл фізико-хімічних властивостей завису Сск^ад, дисперсність, концентрація).

' У чругому параграфі проведено порівняльне дослідження пил' • вого полум'я алюмінію, магні», цирконію, заліза, бору. Вияилення основних закономірностей розповсюдження полум'я і визначення нор-Нальних шидкостей викликають інтерес із двох точок зору. В першу чергу, така Інформація необхідна для подальшого аналізу процесів розповсюдження аолум'я по двох фракційних газозавйсах, по-друге, самостійний Інтерес має зпівставлення швидкостей полум'я ...ищеназ-

u

ваних пальних, иа широко використов;, лться на практиці, між собою з кетою розташування досліджених пальних в деякий "ряд активності" відповідно. ди значень їх нормальних швидкості!. На Рис.З приведені експериментально одержані залежності нормальної швидкості полум'я від концентрації пального в аерозависах Al, Mg, Zr, Fe і бор-кисневих сумішах (в сумішах бор-повітря ініціювати процес розповсюдження полум'я не вдалося). Як видно із графіка для аероза-висіз Al, Mg, Zr, Fe швидкість полум'я зростає із зростанням концентрації ЯК УІР (В - концентрація Пс)ЛЬНОГО> у ВІДПОВІДНОСТІ з кондуктивною моделлю ламінарногг полум’я. В 3-Ог завісах швидкість практично н залежить від концентрації і становить ~ 8см/с. Максимальні швидкості розповсюдження мають місце для газозаеисіе Mg і /г, далі в порядку зменшення ідуть газозавіси Al, Fe і суміші В-О,.

У третьому параграфі наведено результати експериментальних досліджень процесу розповсюдження полум’я в деохкомпонентних га-зозависа* Al - Mg, Al - Zr, Al - Fe. Показано, цо в дослідженому діпазоні параметрів незалежно від процені-ного співвідношення компонентів для двох компонентних зависів як і для моноФракцій, швидкість полум'я збільшується із зростанням сумарної концентрації. Вплив активного компонента на процес розповсюдження по двохкокпо-нентному завису не с. однозначним і залежить як від сумарної концентрації пального, теплофізични,. характеристик компонентів, так і від частки (процентного вмісту) самого 'активного компонента. При низьких концентраціях завису дозавка активного компонента до низькояізидкісного призводить до зростання ЧКМР полум’я порівняно з мокоФракціямл компонентів. При високих сумарних концентрація,', для cy.-Jmie Al-M-, Al-i.»-, Al-Fe розповсюдження полум’я спостерігається у всьому діапазоні змінення складу сміаіі, при цьому для завиісів Al-Mg, Al-¿r невеликі добавки <5*10%> високошвидкісного компонента пр зводять до незначного зростання швидкості полум’я в -івохкомпонєнтному завису. На Рис.4 зображені експериментальні СРис.4в> і розоаховані г. запропонованій автором моделі <Рис.4а> залежності нормальн- і свидкості полум’я ві.., складу Ai-Fe завису при двох зафіксованих і. /марних концентраціях В-300 г/м3 (криві 1) і 200 г/м3 Скриві 2). Там жз приведені експериментальні (ЗООг/м3) і розраховані (в припущенні іне' тносі. другого комі, лента) зна-чеі -їй швидкості полум'я по монофракціям Al і F*. Ш - ізтрихпунктирні криві, Fe - „унктирнО. Як видно із рисунк? для завису з концентрацією 200 г/м3 між зоною, де існує об'єднаний фронт горіння, і Зоною, де -важливе ігаьКи горіння монофракції заліза;*

спостерігається розрив, тобто існує діапазон зкінення складу завісу, "J якому розповсю.-.хеиня неможливо u жодному із режимів. D тої; жг час при загальній концентрації ЗСО г/м3 ці гони перекриваються, тобто при змінанні складу можписий тлерероний перехід від перехідного режиму через раї їм управління до режиму відриву о mosuiübhií індукційним горінням газозавису алюміг'ю. Причому, якщо в радаїмі упразлікия шзидкість полум’я зрости« із збільшенням частки а/іюмікію, то в режимі відриву саидкість полум’я визначається тільки горінням заліза і зменшується із збільшенням частки алюмінію, ОСКІЛЬКИ у ФрОН'іі горіння він виконує роль інертного стоку тепла. Таким чином мінімум швидкості полум'я на експериментальній кривії: 1 псяснюсться там, що по обидва боки від нього гор шя відбуваються в різних режимах. Ц«й зазбс-іении теоретично» моделлю Факт підтвердився і спеціально проаеденкічі спектральними дослідженнями. Рис.4 нао .но ¿¡«монстру« ке один установлений теоретично і підтверджений експериментально Факт, який иожо мати ..риици! -мза значення при оцінюванні можливості виникнення вибухонебезпечних ситуацій. При Б“200 г/м3 діапазон зміненая складу Al-Fe завису, в яком;, реалізується розповсюдження полум’я, о-ірио, чим для моно-Фракція Ai і Fo. Отже, існує діапазон параметрі», а якому розповсюдження є неможливим по моьоФракціям компонентів, в той час як по двохкоі-шонентноку завису при однакових концентраціях хвиля горіння розповсюджується. Це свідчить про те, щ шзидкість полум'я в двохкомлонентноку.заиису не с адитивно» величиною шидксстей в монозавксах компонентів.

Б останній частині цього розді.іу наведено результат1 експериментальних дсслідт.'.ь и дйохкомлонентнн.х записах Ai-В, Hg-В. На відміну від моноФраіщій бору, стале розповсюдження полум’я в яких має кіс:, .■ тільки при парціальному їмску кисня вика 0.7, о В-Л1 аерозависах вдалося ініціювати процес включно до 50% частки бор ; в суміші <8 аерозависах B-Mg включно до 6050. В Цілому закономір-нссті процесу горіння аерозависів В-Al аналогічні таким дчя інших механічних суміїиів Ш-Zr, Al-Mg, Al-F«}. Однак, прозеяеі і з мо-і'сю з’ясування енергетичної ролі бору спец.альні експерименти і теоретичні оцінки з заміною бору в суміші з алюмінієм на інартшй компонент (в тих же процентних співвидноценняхі, sa чого було вибрано окисел заліза Fez03 з розміром частинок ^ '•місм, дозволили встановити слідуюче. Бор в суміші з олюмініом має суттсяя більпі інгібіру.ючі властивості по відношенню до розповсюджування полум'я горівь шо з ситуацією, коли йсго можна вважати чисто ін&ртним тепловим стоком. Причина цього явища, на наш погляд, г.-злягае в

ІЗ

о г

~г +Tf

чр

■и

I +</р •

й 1></р і

l+fy а і U

Рис.1

+ - tf} (¡-J¡t,^-Tí! *-ß+o,

iS от//, aj>.

а - __ , ^

н

слідуючому. Бор порівняно з алюмінієм характеризується більшим» знаменнями теплоємкості і періоду індукції, внаслідок чого більшу мастку масу гсріння алюмінію бор інертно прогрівається і спалахує вже в кінці зони горіння алюміній І-їаксииальне тепловиділення від горіння частинок бору реалізується при об’ємному догоранні напів-продукіів ВО і ВгС2 до кінцевого продукту Вг0г за Фронтом полі-м’и. Це приводить до значного зростання часу горіння частинок алюмінію за рахунок втрачання окислювача на створення борних напівпродуктів, розширення зони горіння, зниження температурна • градієнтів у хвилі г ріння. Як наслідок зменшуються швидкості розповсюдження полум'я, чим і зумовлено такий низький рівень швидкостей в двохкомпонєнтних зависях В-АІ, а також в сумішах В-0а Ч

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. З кетою визначення умов стабілізації полум'я, оцінювання можливості одержання методом ГДС - синтезу складних кінцевих продуктів з наперед заданим -піввідношемням складових оксидів <шлі-нєлй-и,. корнетів і т.п.>, аналізу пожаровибухонебезпечних властивостей газозі з:’сів, що складаються із суміші» порошків різних елементів, розроблена модель горіння ді. зхкомпонентних газозависів твердих па. вних, яка допускає аналітичне рішення в припущенні дифузійного реагування частинок та стало! потужності джерел тепло-. виділення і дозволяє розрахувати швидкість та теплову структур-хвилі горіння.

Проведено теоретичне дослідження ламінарного розповсюдження пол/м’я в двохкомпонєнтних газозав.’"?ах в одно- і двохіемператур-ноиу наближенні, проаналізовано вплиа тепловтрат і вигорання окислювача на швидкість і структуру хвилі горіння.

а> Показана можливість існування, в залежності від ступеня ‘ . • . . тепловоі взаємодії між ¡згораючими Фракціями, чотиоьох режимів горіння; • • ,

- злиття - міх-лЬ'сонівські зони прогріву обох фракцій перекриваються, швидкість пслум'я визначається •температурою спалахування першої Фракції і тепловим потоком, який дорівнює тепловому потокові із зони горіння обох Фракцій; . .

- перехідного > міхельсонівські зоии прогріву рознесені, зони хімічного реагування перекриваються}

- управління - Фронти горіння обох . Фракціх, рознесені, швид кість полум'я визначається швнлкіс'по розповсюдження хвилі горіння, по другій фракції, підігрітої за рахунок згорання перюоіі

- індукції'.иого (відриву) - швидкість полум’я визначається швидкісно горіння порто! Фракції, друга спалахує і горить е індукційному режимі : не впливає на ивидкість полум'я.

Визначено діапазон параметрів завису (концентрація, періоди сгорания, теплові ефекти, процентне співвідношення компонентів), в якому ці режими реалізуються. .

б) Установлено, ио при розповсюдженні полум'я в двох компонентних Газозависах, на відміну від газів із стадійним протіканням реакцій, перехід вія режиму злиття до режиму "управління реалізується ке стрибком, а через широку область перехідного режиму, ста відсутнії'! в газах. Показано, ко швидкість розповсюдження полум’я в дпохкомпонентних газозависах не є адитивною величиною евидкос-тей полум’я по монсФра.чціям компонентів. Тому прогнозування швидкості і структури хвилі горіння двох компонентного газозавису, виходячи тільки із інформації про швидкості полум'я по моноФракці-ям, не являється достовірним.

в) Вплив тепловтрат на процес розповсюдження полум’я а двох-компонентних газозависах залежить еід концентрації завису і його складу. При невеликих концентраціях тепловтрати змінюють структуру хвилі горіння і, та кож як і для монозавису, знижують швидкість полум’я і погіршують умови стабілізації.

2. Розроблена експериментальна методика дослідження процесів розповсюдження полум’я у вертикальних трубах, яка грунтується на створенні висхідних потоків газозазисів із запалюванням у верхнього відкритого нінця труби з одночасною ритістрацісю ивидкості і Форми полум’я.

Показано, ио для всіх досліджених га озависів процесс розповсюдження полум’я в "ілому носить нестаціонарний характер і може розглядатись як каскад переходів: ламінарне полум'я -» вібраційна полум'я зі стало» Фірмою (1-й тип) -> вібраційне полу ’я, що супроводжується хвильсстворенням на поверхні СІІ-й тип) -> турбулентна полум’я із розвинутою структурою фронт'1. Протяжність і наявність сталій залежать від фізико мімічних властивосте!’- завису.

3, Дг.слдаонь'я' процесу реалові..одження полум’я в двохкомпонє-

нтних газозависах Al-Mfc, Al-Zr, Ai-В, AI-Fe дозволило установити слідуюче: ■

аї Для всіх розглянутих композицій залежність швидкості полум’я від концентрації оазису і його складу якісно співпадає з теоретичним передбаченням: Із зменшенням сумарної конце ітраці!

швидкість полум’я спадає, а діапазон зміни складу суміші, в якому реалізується розповсюдження, звужується.

Рівень швидкостей полум'я, мажі областей існування хвильового горіння досліджених бінарних композицій, вплив долі активного компонента на процес розповсюдження полум’я визначаються Фізико-хімічними властивостями завису. ,

б) Аналіз гор'чня алюміній-залізного газозавису, проведений, за аріісмогп-j запропоновано' автором моделі, показав гарне якісна узгодження експериментальних даних з розрахунками і дозволив пояснити існування мінімуму на експериментальній залежності швидкеє-., ті полум'я від складу дчвису як результат зміни режиму горіння. ■ в> Спеціально проведені експерименти по розповсюдженню полум’я в бінарних композиціях АІ + Г<?304, де Fe304 - інертний компонент, дозволили установити, цо бор в сумішах з алюмінієм виявляє суттєво більші інгібіруючі властивості порівняно з ситуацією, коли його можна вважати тільки інертним стиком, що моя® бути пояснено, як на наш погляд, особливостями його спалахування і горіння. •

ГОЛОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОШ’БЛЖОВАНІ В РОБОТАХ

1. ДЬ.Бойчук, СВ.Горошкн, А.Н.Золоткс. "Стационарное пламя в двухФракционной газовзвеси". VIП Всесоюзный симпозиум по горению и взрыву. Октябрь, 1586, Ташкент. Тезисы докладов, стр. 69-72,

2. ЛЗ.Бойчук, СВ.Горошин. "Горение двухфрзхциониых газовзвзсей". В сб.Тепло-нассообмен в химически реагирующих средах. Материалы международной школы-семинара. 43, Мялск, 1989, стр.ІЗР-165.

3. V.O.Shevchuk, S.V.Garoshin,L.V.Bojchuk, E.N.Kondrut jev. "Samo

f’Tuianmntal properties of Пате? propagation in dust-air n^x-turos". 23 Int. Symposium on Combustion. Orlean, Fr„nce,1990. Abstracts» af Symposium on Combustion. Orleon, France,1990. Abstract« сГ Symposium Papers. Pittsburg,Per-sylvania,USA,1990, p.‘134. • •

4. V.O.Shevchuk., L.V.Bojchuk, S.V.Goroshin, Yu.fl.KoSityshin.

"Comparative Research of the Flame Propagation in Boron,

Al, Mg, Zr, Fe Dust Clouds:,,.Cumbustion of Boron-Baaad Solid Propellanti; and Solid Fuels. Edited by Kenneth K.Kuo,

Roland Poin. CRC Press, Booa Raton Arm Arbor London Tokyo,

1993, p.p.478-484.

5. S.V.Ooroshin, L.V.Bo jchuk, V.G.Shovchuk. "Flarna Propagation In Two-Fraction Dust Clouds". 13-th International CoUoquim

on Dynamics of Explosions and Reactive Systems. Nagoya, Inter. Center., Nagoya, Japan, July 28 - August 2, 1991, p.201,

6. V.G.S)mvchuk L.V.Bo jchufc, S.V.Goroshin and Yu.N.Kostyshin.

"On Concentration Instability of Laminar Dust-Air Flames iri Tube" 13-th Intorr 'tional Colloquim on Dynamics of Explosions And Reactive Systems. Nagoja Int. Center-, Nagoja, Japan, July 23 -August 2, i991, p.202. Abstracts and Information.

7. С.К.Асланов, В.Г.Шеечух, ЛВ.Бойчух, Ю.Н.Костышн, Сь.Горошин. Закономерности вибрационного горения гзэовэвесей. - фГВ,т.29,

J3 2,1993,стр.34-4б. ,ч -