Моделирование процессов тепломассообмена при горении газа в вентилируемых системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

У

'if¡

uuj1GGO14

АБДУЛЛИН Руслан Хаернасович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ГОРЕНИИ ГАЗА В ВЕНТИЛИРУЕМЫХ СИСТЕМАХ

01 04 14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

,2 7 Ш

2 1 MAP 2008

Барнаул - 2008

003166014

Работа выполнена в Институте химической кинетики и горения СО РАН и в Алтайском государственном техническом университете им И И Ползунова

Научные руководители доктор физико-математических наук, профессор

Бабкин Вячеслав Степанович доктор технических наук, профессор Сеначин Павел Кондратьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Терехов Виктор Иванович доктор физико-математических наук, профессор Сагалаков Анатолий Михайлович

Ведущая организация Институт теоретической и прикладной

механики СО РАН (г Новосибирск)

Защита состоится « 04 » апреля 2008 г в « 12:30 » часов на заседании

Диссертационного совета Д212 004 03 при Алтайском государственном

техническом университете им И И Ползунова по адресу

656038, г Барнаул, пр-т Ленина, 46

E-mail D21200403@mail ru, тел/факс Г3852)260516

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АлтГТУ

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью Вашего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан « 03 » марта 2008 г

Ученый секретарь Д

диссертационного совета ^А Е Свистула

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Моделирование процессов тепломассообмена при горении и взрыве газовых смесей в ограниченных объемах сложной геометрии представляет собой научно-прикладную задачу, решение которой имеет теоретическое и практическое значение для пожаровзрывобезопасно-сти шахтных объектов и оборудования, сосудов и реакторов химической и газовой промышленности, объектов энергетики и транспортных систем Аварийное воспламенение и взрывы газовых смесей в промышленности наносят материальный ущерб обществу и приводят к человеческим жертвам. Современные методы расчета и соответствующие профилактические мероприятия еще не позволяют полностью исключить условия, при которых возможны воспламенения и взрывы газовых смесей в неконтролируемых условиях

Известны случаи аварийных ситуаций, вызванных случайным образованием и воспламенением горючих смесей в системах, подобных сообщающимся сосудам, например, эффект Байлинга (Веу1н^ Е , 1906) Известные в этой области работы носят исключительно экспериментальный характер Математические модели, описывающие процессы горения газа в двухкамерных и многокамерных системах, отсутствуют В практике встречаются объекты, подобные линейным многокамерным системам, которых может возникать неконтролируемое горение газа Процессы тепломассообмена, играющие в этих системах ключевую роль, практически не изучены

Системы, заполненные пористыми средами, также являются вентилируемыми В отличие от гомогенного газового горения, где процесс горения определяется главным образом термодинамическими (давление, температура, теплопроводность, тепловой эффект реакции), кинетическими (нормальная скорость пламени) и гидродинамическими (турбулентность) параметрами, горение газов в пористой среде дополнительно должно определяться характеристиками пористой среды (материалом пористой среды, структурой, удельной поверхностью, пористостью, проницаемостью и др )

Целью работы является развитие существующих представлений о процессах тепломассообмена при горении газа в вентилируемых системах — пористых средах, сообщающихся сосудах и линейных многокамерных системах и получение новой достоверной информации для разработки рекомендаций по предотвращению неконтролируемых взрывов в промышленности и повышению пожаровзрывобезопасности проектируемых объектов и систем Для достижения поставленной 1(ели решались следующие задачи

• Экспериментальное исследование процессов горения газов и тепломассообмена в инертной пористой среде, установление режимов стационарного распространения пламени, структуры тепловой зоны пламени и их зависимости от критериев подобия (Ие. 1Чи, Ре)

• Проведение систематических экспериментальных исследований и объяснение эффекта аномально высокого давления при горении газа в двухкамерной системе, построение математической модели процесса и на основе

моделирования получение данных о коэффициентах турбулизации пламени, максимальных давлениях взрыва и их зависимости от параметров процесса (геометрических, термодинамических, газодинамических, химических и др )

• Проведение систематических экспериментальных исследований закономерностей горения газов и тепломассообмена в линейных системах сообщающихся сосудов с большими блокадными отношениями 1Ш, построение математических моделей процесса и на основе моделирования получение данных о режимах горения, скоростных и динамических характеристиках процесса

Научная новизна работы заключается в следующем

• Впервые проведено экспериментальное исследование структуры волны горения газа в инертной пористой среде

• В систематических экспериментальных исследованиях, разработке математической модели и объяснении эффекта аномально высокого давления при взрыве газа в сообщающихся сосудах как следствия взаимодействия различных режимов тепломассообмена между ними

• В экспериментальном исследовании горения газа в линейных системах сообщающихся сосудов при больших блокадных отношениях, обнаружении стационарных режимов распространения переднего фронта волны горения, разработке математических моделей и результатах численного моделирования процессов тепломассообмена

Практическая значимость работы.

Разработаны физические и математические методы моделирования процессов горения и массообмена в вентилируемых системах (двухкамерных, линейных многокамерных и с инертной пористой средой) Полученные экспериментальные и расчетные данные о режимах горения, величинах критериев подобия, скоростей и давлений, реализуемых в вентилируемых системах, могут быть использованы при разработке нормативов, ГОСТов и при проектировании различных объектов, в которых возможны аварийные ситуации с воспламенением и взрывом газа По результатам исследования издана монография

Достоверность и обоснованность научных положений определяется теоретическим анализом и обобщением достоверных результатов и современных мировых достижений по всем рассматриваемым задачам. Применением современных аналитических и численных методов реализации разработанных при участии автора математических моделей Проведением широких экспериментальных исследований, использованием и обобщением достоверных результатов других авторов Выполнением работы в коллективе высококвалифицированных специалистов

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на Объединенном семинаре по горению и аэрозолям Института химической кинетики и горения СО АН

СССР и СО РАН (Новосибирск, 1980-1997), Научной конференции посвященной 10-летию Алтайского университета (Барнаул, 1983), Международном семинаре «Атомно-водородная энергетика и технология» (Москва, 1984), VIII Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (Ташкент, 1986), XXI Международном симпозиуме по горению (Мюнхен, ФРГ, 1986), XIII Международном коллоквиуме по динамике взрывов и реагирующим системам (Нагойя, Япония, 1991), XI Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 1996), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (Барнаул, 2007)

Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, включая 5 статей в рекомендованных ВАК изданиях и 1 монографию

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы Содержит 134 страницы, 32 рисунка, 9 таблиц и 162 цитированных источника СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, рассмотрены последние достижения в исследуемой области, сформулированы цель и задача диссертационной работы, показаны ее научное и практическое значения, изложены основные положения, выносимые на защиту

1 Взрывы газов в пористых и вентилируемых системах Линейными вентилируемыми системами являются, в частности, шероховатые трубы, трубы с внутренними перегородками или диафрагмами, каналы с переменным поперечным сечением и трубы, заполненные инертной пористой средой с открытой пористостью Внутренние полости этих труб, заполненные горючим газом, могут быть как полностью изолированными от атмосферы, так и открытыми с одного или двух концов

Является необходимым рассмотрение горения и тепломассообмена в вентилируемых системах с единой точки зрения Во-первых, такие системы могут быть классифицированы по отношению характерных размеров d/D В литературе по горению газов в трубах с периодическими препятствиями часто используется параметр - блокадное отношение BR=1-(í//D)2 Во-вторых, классификация возможна по отношению объемов сосудов 1УК2, по их конфигурации, по типу соединений сосудов, по числу сосудов и т д

Джон Ли с сотрудниками (Канада) исследовали горение газов в трубах с периодическими препятствиями, характеризуемых малым блокадным отношением BR<0,5 в системах с высокореакционными смесями Системы, использованные нами, относятся к линейным с большим блокадным отношением BR>0,9

При зажигании смеси точечным источником в сосуде с отверстием пламя первоначально распространяется сферически-симметрично, давление в сосуде поднимается В результате этого начинается истечение газа из сосуда

Пламя вытягивается в сторону отверстия Из-за наличия тангенциальных скоростей на границе свежий газ - продукты горения вблизи отверстия возможно появление неустойчивости пламени и генерации турбулентности Оба эти фактора приводят к увеличению массовой скорости горения Появлению турбулентности способствуют различного рода препятствия внутри сосуда Истечение и горение являются не только конкурирующими, но и взаимосвязанными, взаимообуславливающими процессами Это обстоятельство мы учли, введя уточняющие параметры турбулентности и энергетики смеси в предложенный Бредли и Митчесоном критерий, который теперь представляет собой

комплекс гДе коэффициент расхода, F-

площадь сечения канала, ЛиГ скорость звука, Х\ - коэффициентах турбулиза-ции пламени, Б ш - нормальная скорость пламени, Jг=7te— 1 (энергетический параметр), тсе - максимальное термодинамическое давление взрыва в

одиночном закрытом сосуде, X = {¡¿¡(у-ц)^4"1^-1^25 у. показатель адиабаты

Специфика горения газов в инертных пористых средах состоит в тепловом и газодинамическом взаимодействии между газом и пористой средой

В настоящее время известны пять стационарных режимов распространения волны горения газов в инертных пористых средах режим низких скоростей (РНС) с характерными скоростями волн горения 5 = 10~4 м/с, режим высоких скоростей (РВС) с 0,1 - 10 м/с, режим звуковых скоростей (РЗС) с 5 =102м/'с, режим низкоскоростной детонации (РИД) с В = 800-1500 м/с и нормальной детонации с потерями тепла и импульса (НД) с £)= 15002500 м/с Эти режимы различаются не только диапазонами реализуемых скоростей волн горения, но и другими особенностями

Важной характеристикой является пористость среды - относительная доля свободного объема е= У/У0, характерные значения которой для засыпок одинаковыми элементами типа шаров или цилиндров е =0,4 - 0,5, в высокопористых средах, используемых для взрывозащиты £=0,97 - 0,99

Эксперименты по исследованию РВС и РЗС проводились на линейной установке длиной 2,8 м В качестве пористых сред использовались засыпки из стальных полированных шаров (СШ), пенополиуретан с открытой пористостью (ППУ), пористый материал из фольги (ПМФ) и алюминиевые клееные соты (АС) Смесь поджигалась единичной искрой у верхнего торца трубы в свободном пространстве объемом 100 см3 Использовались предварительно приготовленные метано-воздушные, пропано-воздушные и водородо воздушные смеси Точность приготовления смеси 0,1% об. Начальное давление варьировалось в пределах 0,1-1,5 МПа

В РВС горение имеет турбулентный характер и протекает в условиях существенно неоднородных гидродинамических, концентрационных и температурных полей без образования ощутимой барической волны. Протяженность зоны горения составляет Зч-5 см. Время тепловой релаксации (7С<10"3 с) меньше времени турбулентного горения 10'2 с), то есть тепловая зона определяется не тепловой релаксацией, а химической реакцией, идущей при наличии интенсивных флуктуаций потока. Скорость пламени весьма чувствительна к изменению нормальной скорости £„, размера порового пространства с! и начального давления р0. При уменьшении этих параметров до критических значений наступает срыв горения.

6.0 ■

Рис. 1 Зависимость протяженности зоны горения с1 от начального давления стехио-метрической метано-воздушной смеси в пористой среде из стальных шаров диаметром 6 мм.

0.0 0.5 10 15

Р о.МПа

При горении газа в инертной пористой среде перед фронтом волны горения существует зона фильтрации, где движение газа, обусловленное расширением продуктов сгорания, тормозится трением между газом и твердым каркасом. В РВС из-за низкого уровня скоростей пламени зона фильтрации велика по сравнению с зоной горения и процесс сгорания можно считать квазиизобарическим, 1Чи « 10 « Ре^, я 104. Для пористых сред Ке=30-5-105, N11-0,395К.е0,64Рг,/:

при

О.ЗбНе", Ке„Д6^3/2Ре3, (1)

Иная ситуация возникает в РЗС. В этом случае зона фильтрации сравнима с зоной горения и химическая реакция протекает в барической волне при повышенных давлениях и температурах. Вследствие этого скорости в РЗС существенно выше, чем в РВС. В РЗС параметрические зависимости качественно такие же, как в РВС, т.е. скорость волны горения растет при увеличении 5,,, р0. Это дает основание анализировать РЗС в дальнейшем в тех же безразмерных параметрах, как и РВС - Ле и Ре.

Невозможность индукционного воспламенения смеси является достаточным аргументом считать механизм передачи реакции в волне РЗС кондук-тивно-конвективным. Следовательно, для РЗС можно принять механизм стабилизации скорости пламени (ограничения сверху) идентичным механизму в

РВС, но действующему в условиях повышенных давлений и температур Учитывая высокую интенсивность турбулентности в РЗС можно предположить, что в этом случае гашение пламени в контролирующих скорость максимальных пульсациях происходит не по кондуктивно-конвективному механизму тештопотерь в стенки поровых каналов, а в результате гидродинамического гашения в свободном пространстве пор

При 1*е£>300 гидродинамическое гашение начинается при К>1,5, где К=0,157(иУ5у211е£'Л'', Кс^и'Ь/у, и' - среднеквадратичная турбулентная скорость, Ь - лагранжев масштаб турбулентности Полагая и'—ем, Ь=йа где Би скорость свежего газа в поре относительно твердой фазы, цг - степень турбулентности (для труб цг =Л,05), ¿4 - характерный размер, условие гашения

К=1,5 можно записать в виде Ие = 4,5(Ре/Рг />/ к 120 Ре4/3 (2)

2 Моделирование взрыва газа в сообщающихся сосудах

В экспериментах использовались стехиометрические метано-воздушные смеси при р1 = 0,2 МПа Точка зажигания располагалась в 1-м сосуде на расстоянии 130 мм от входного отверстия канала, а в ряде отдельных экспериментов - в центре 1-го сосуда Диаметр соединительного канала между сообщающимися сосудами также варьировался Давление в обоих сосудах регистрировалось тензодатчиками мембранного типа

На рис 2 приведен характерный пример взрыва газа в сообщающихся сосудах при инициировании пламени в одном из них Видно, что нестационарный процесс взрыва характеризуется неоднородностью давления в сосудах, хотя в каждом из них давление однородно Перепад давлений, обусловленный горением, вызывает соответствующее перетекание газов из одного сосуда в другой Перетекание происходит как в докритическом, так и в критическом режимах

На первой стадии горение происходит только в первом сосуде, свежий газ перетекает во второй Очаг пламени деформируется, вытягивается в сторону отверстия В некоторый момент времени (точка 1) пламя проскакивает во второй сосуд Этот момент отчетливо фиксируется в виде излома на записи давления во втором сосуде

На второй стадии горение идет в обоих сосудах одновременно, но более интенсивно во втором В результате этого давление во втором сосуде быстро нарастает, проходит момент равенства давлений (точка 2) и в точке 3 достигает максимальной величины л^т , превышающей термодинамическое давление взрыва в одиночном закрытом сосуде ле Очевидно, что в точке 2 направление истечения изменяется на обратное

Далее, вследствие завершения горения во втором сосуде (точка 4) и продолжающегося перетекания газа в первый, давление снова выравнивается (точка 5) Завершение горения в первом сосуде (точка 6) и дальнейший релак-

7l|,7l:

сационныи процесс истечения приводит к окончательному выравниванию давления в системе = ;т2 = ке в точке 7.

Рис. 2. Динамика давления при взрыве газа в . сообщающихся сосудах при рI = 0.2 МПа, ■ В = 0,439, Г2 = 0,25 : сплошная линия - первый сосуд; пунктирная линия - второй сосуд; штрих-пунктирная линия - расчет; 1- проскок пламени во второй сосуд; 3-максимальное давление во втором сосуде; 4-завершение горения во втором сосуде; 6- завершение горения в первом сосуде; 2, 5 , 7- первое, второе и третье равенст-0 12 3 4 5 6 1-10"с ва давлений в сосудах.

Математическая модель горения газа при наличии истечения в приближении уь=уи=у может быть записана на основе уравнения энергии, уравнения массовой доли продуктов и уравнений адиабатического истечения свежего газа и продуктов горения.

7U2m

□

О 2

Л 3 □ 2Д

Ut/nP ----

/ /Г ■ ¡,у 1.«

О 0.2 0.4 0.6 0.8

Рис. 3. Расчетная зависимость Xliß) ПРИ Q = 0,05(3), 0,25(2), 1(1). Пунктирная ли-

ния - экстраполяция.

0 0,4 0,8 В

Рис. 4. Зависимость Я"2„г/яге от В при

П = 1 (1), 0,25 (2), 0,05 (3) и 0,25 (4) -(опыт с задержкой воспламенения в сосуде 2). Сплошная линия - расчет, пунктирная - экстраполяция. Точки - эксперимент. Вертикальными штрихами отмечена граница зажигания в сосуде 2.

В уравнения, описывающие вторую и третью стадии процесса, входит степень турбулизации свежего газа во втором сосуде хг • В данной работе величина хг определяется из расчета с привлечением независимых экспериментальных данных, а именно: накладывается требование совпадения расчетных и экспериментальных временных моментов достижения n-im - Найденные таким образом значения коэффициента турбулизации xi в зависимости от определяющих параметров В и Q могут быть использованы при дальнейших теоретических расчетах систем, подобных сообщающимся сосудам.

3 Моделирование горения газа в линейных системах

вентилируемых сосудов

Многокамерные системы представляют собой последовательные соединения ряда одинаковых цилиндрических камер длиной 130 мм и диаметром 115 мм (рис. 5). Две соседние камеры разделены плоской перегородкой толщиной 30 мм, имеющей сменную вставку с отверстием диаметром d, расположенном на оси системы. В опытах использовались вставки с d=\l, 24 и 34 мм (BR=0,982; 0,956; 0,913). Каждый сосуд снабжался датчиком давления тензометрического типа, а каждая перегородка фотодиодом для регистрации момента появления пламени в очередном сосуде. В опытах использовались пропано-воздушные смеси, которые заранее приготавливались в отдельном смесителе и затем перепускались в вакуумированную систему. Опыты проводились при комнатной температуре и начальных давлениях р, = 0,02 - 0,40 МПа. Смеси поджигались электрической искрой в геометрическом центре первого сосуда. Сигналы от датчиков давления и фотодиодов регистрировались на шлейфовом осциллографе и обрабатывались на компьютере.

с устройством поджига и измерительный тракт со шлейфовым осциллографом. Цифры обозначают номера сосудов.

На рис. 6 приведены средние значения скоростей Каждая точка представляет результат осреднения скоростей в фиксированном сосуде, полученный в 3 - 5 опытах. Четко видны две характерные стадии процесса: сначала фронт непрерывно ускоряется (к = 1-8), а затем движется стационарно (к = 8-17). Под "стационарностью" здесь понимается процесс распространения пламени с практически постоянной средней скоростью. При этом отсутствуют устойчивые тенденции к ускорению или замедлению фронта пламени.

---XV---

а=24мм, р_=0,2МПа

f=4,5°/

■-N= 15,dc=34MM, p.=0,1 T-N=I9,d«=24MM, р,=0,2МПа • -N=19,d.=24MM, р'-0,1МПа

6 f,%C,Hs

Рис. 6. Средняя скорость распространения пламени в 19-ти камерной системе в про-пано-воздушных смесях.

Рис. 7. Зависимости средней скорости пламени от состава смеси. Крестом отмечены пределы распространения пламени.

Наличие стационарного состояния процесса горения позволяет рассмотреть вопрос о независимых от времени скоростных и структурных характеристиках волны горения. На рис. 7 приведены зависимости скорости фронта от концентрации пропана в смеси / Видно, что для рассматриваемой системы сосудов зависимость \*/(/) имеет куполообразную форму, характерную для ламинарных и турбулентных пламен

N = 19

Рис. 8. Зависимости p(f). Цифры на кривых обозначают номер сосуда. Пунктирная линия соответствует максимальному давлению при сгорании смеси в одиночном закрытом сосуде. Кресты - моменты проскока пламени.

В сильных смесях и длинных системах (рис. 8) эпюры давления р(/) в начальных сосудах существенно изменяются от сосуда к сосуду. В последующих сосудах (к = 7-16) они практически подобны, инвариантны. Остаются неизменными уровень и время достижения максимального давления.

Аг -24мм,р.=0.2МШ

♦ -2,7%С,Нг

о 3,0% СД:

я 4,5% С,Н;

□ 5,3% ОН,

• б,о»-ь ед

Т 6,5% СД!;

60 80 100 120 и мс

Рис. 9. Зависимости р(0- Цифры на кривых обозначают номер сосуда. Кресты -моменты проскока пламени.

Рис. 10. Зависимости максимальных давлений от номера сосуда для пропано-воздушных смесей различного состава.

Эти эпюры давления соответствуют стационарной фазе распространения фронта горения. Наконец, в последних двух-трех сосудах эгаоры давления снова деформируются с выходом на относительно высокое максимальное давление, превышающее максимальное давление в одиночном закрытом сосуде ре .В слабых смесях и коротких системах (рис. 9) эпюры давления непрерывно изменяются от сосуда к сосуду. По ходу процесса увеличивается максимальное давление в конкретном сосуде . Стационарное состояние не достигается.

На рис. 10 приведены значения максимальных давлений, достигаемые в разных сосудах при горении пропано-воздушных смесей в длинной системе сообщающихся сосудов. Видно, что повышенные давления развиваются, как правило, в первых и последних сосудах системы. Причем особенно высокие давления наблюдаются при горении богатых смесей в последних нескольких сосудах.

На основании изложенного выше подхода построены математические модели для стационарных режимов последовательного горения (Модель I ) и одновременного горения (Модель II).

Для системы из N сообщающихся сосудов имеем следующую группу уравнений. Уравнения динамики давления (баланса энергии в сосудах):

ат ат 1 ат 1 ат ат

й7Гк_ ¿«Д ¿Пии{к_ 1)

79+— —л—

+ для *-2, . ,(ЛГ-1)

Уравнения зависимости нормальной скорости пламени от давления и температуры = , для Д (4)

Уравнения массовой скорости горения газа в сосудах

—— = ~ГК\ аЫ > (5)

ат .)е

с! ^-¡ъ

= у а1-1/у ^ для ¿=2, „/V, где V =1,2,3 - для плос-

Jе Х\

кого, цилиндрического и сферического пламени соответственно Уравнения энергии свежей смеси

^ = (1-1 /Г)^^, (6)

ат К\ ат

/"(*-») "О* дяя^,. Л

¿/г я^ с1т пиь йт

Уравнения истечения свежей смеси = 0,62/?0я-[;/ ^/2,ГФ12, (7)

с1т

^ = 0,62£0-7=а=Фщ+1), для &=2, ,(ЛЧ)

Уравнения прямого и обратного истечения продуктов горения = 0,62Я0-^=Фщ+1), для ,(ЛГ-1), (8)

^ = 0,62Б0 для^1, ,(#-1)

Уравнения безразмерной скорости истечения струи = р1 Г - уиг]/(у-1), при пф, >2\ (9)

5 1 , при як/к]<га,

где а = 27/(7 + 1), г = ^(а/Г){г+1)/(г'1} , для£*у,£=1, Д, у= 1, Д

Уравнение сохранения суммарного объема свежей смеси и продуктов горения а>Ьк - 0.к - соик, для£=1, Д (10)

Уравнения сохранения массы свежей смеси и продуктов горения

^ = + "и^к-1) _ "иок - п]к.

пиМ =пЫ-пА{+пии{М-1)> дляА=2, ,(7У-1),

"¿1 + >

Щк=п]к + пЬо(к-1) ~пЬик- пЬг(к-1) + пЪтк,

ДЛЯ ¿=2, ,(ЛГ-1) Уравнения состояния свежей смеси и продуктов горения аик=ПиАк/Як> (12)

% = лксоЪк ¡пЪк, для£=1, Д

Уравнение сохранения энергии всей системы Л' N N

£ («•*-!)"*= Л £"./*> где = 0 (13)

¿=1 ¿=1

В систему уравнений (3)-(13) входят безразмерные переменные г = / / Г0 - время, яд. = рк! рг- давление, в = (Т / А/) /(Гг / Ми) - температура, о = К/^ - объем, у = Ср!С0, п = т!тиЬ - массовая доля и параметры процесса Je=7гeQ-\ = (y-Y)QI(RT¡), В0, С1к, где /0 =0 62К//3/(5ШЛ) - характерное время сгорания газа в первом сосуде, £ = я/2 —1 + 5(1-1/7) - термокинетический показатель, 5 - термический показатель, О - тепловой эффект химической реакции на моль свежей смеси, 5 - порядок суммарной химической реакции Индексы обозначают г - начальное состояние, е - состояние на момент окончания горения в сосуде, к - номер сосуда, и - свежая смесь, Ъ -продукты горения, V - прямое направление истечения, г - обратное направление истечения,/- фронтально сгоревший в сосуде газ

Рассмотрим случай последовательного горения, который назовем - Модель I Наиболее простым и естественным моментом проскока пламени в (£+1)-й сосуд можно считать момент завершения горения в А>м сосуде Тогда /с!т -0 при г <и т>тке, для 2, Д, где момент проскока пламени из (М)-го в £-ый сосуд ^¡(к-Х) > а момент окончания горения в к-м сосуде тке В рамках сделанного выше предположения о совпадении момента проскока с моментом завершения горения т(к = тке

Для первого сосуда с1пд/с1т = 0 при т>це= тц В предположениях,

сделанных в данной модели, свежая смесь может перетекать только в прямом направлении, и после момента проскока прекращается истечения свежей смеси и начинают истекать продукты горения (1пиик/¿г = 0 при т>т1к, те после проскока пламени в (&+1)-й сосуд Тогда имеем с1щик I йт = 0 и <1пЪгк / = 0 при т < ttk, причем при г > т1к направление истечения продуктов между к-м и (£+1)-м сосудами может быть как прямым, так и обратным в зависимости от отношения давлений лк+\ / жк При лк+1 1лк<\ направление истечения продуктов прямое и йпЪгк! йт = 0, а при / лк >1 направление истечения обратное и (1пЬик /¿г = О В случае равенства давлений лк = лк+] и при нулевой начальной скорости газа на входе в канал (1¥к = 0) имеем ^пЬок !¿т = <1пъгк /<1г = 0

Момент окончания горения в к-м сосуде вычисляется из уравнения баланса массы В начальный момент времени г = 0, п^ = Пк, до момента проскока пламени в к-й сосуд натекает доля свежей смеси иио(£-1), а к моменту окончания горения истекает доля свежей смеси пиик Таким образом, в течение всего процесса горения в к-м сосуде должна фронтально сгореть массовая доля П]к=0-к+пио(к-Х)-пиик' гДе ,N-1 Для первого сосуда = 1,

и/1 = 1 - пии!, а для последнего сосуда п^ = + «иц(Л'-1)

В режиме одновременного горения газа в нескольких сосудах, обусловленного наличием высокоскоростной газовой струи, инициирующей воспламенение, описание в рамках Модели I становится некорректным Необходимо видоизменить граничные и начальные условия на каждой стадии процесса с учетом скорости передачи воспламенения вдоль оси системы.

Модель II описывает режим одновременного горения в нескольких сосудах

Из рис 6 и 8 можно видеть, что процесс высокоскоростного распространения воспламенения вдоль оси системы на определенном участке выходит на стационарный режим Начиная с некоторой у-й камеры, когда струйное течение уже сформировано, условия инициирования на начальном участке не оказывают влияние на дальнейшее распространение пламени по системе.

Если струя движется с большой скоростью, порядка звуковой, в момент проскока в к-к сосуд доля перетекшей свежей смеси пренебрежимо мала и давление л^^ » лк1 = 1, а следовательно, в момент т^к-Х) имеем кк к \.

Как видно из опытов, время прохождения струи по сосуду Атк = т1к — ,

существенно меньше времени горения газа в сосуде Атк « т(е -

Рис. 12. Расчет динамики давлений в сосудах в 5-ти камерной системе при наличии теплоотдачи

На основе экспериментальных данных разных авторов по скоростям распространения пламени в различных вентилируемых системах получена критериальная зависимость Ке(Ре), (рис.13), которая объединяет такие явления, как низкоскоростная детонация в пористых средах (0~400ч-800 м/с), стационарное распространение волн горения в трубах с периодическими препятствиями со скоростями несколько сотен м/с, режимы РВС и РЗС в инертных пористых средах, а также стационарное распространение волны горения в линейной многокамерной системе сообщающихся сосудов (51 ~ 150^450 м/с). 107--------

10\

Рис.13. Крите-

^^^^^^ ....... У . -ы. 5 -У риальная зави-

симость Ке(Ре),

4 1 ¿ИЙеТ о / о 7 1 полученная

ф 1 0 ^ о О 8 1 путем обработ-

ки эксперимен-

Ю3-^ / е 10т| тальных ре-

зультатов многих авторов в различных вентилируемых

1 о1 -I-■—>—........,—,—.........,—,—У, . 7. системах

101 102 103 1 04

Рис. 11. Расчет динамики давлений в сосудах в 5-ти камерной системе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Впервые проведено экспериментальное исследование структуры волны горения газа в инертной пористой среде и получены следующие результаты

• Установлено, что протяженность зоны горения составляет величину порядка размера пор (или диаметра сферической засыпки) и лимитируется не процессами охлаждения продуктов горения, а процессом турбулентного горения и гашения газа в порах

• Эксперименты показали, что в режиме высоких скоростей (РВС) в закрытой пористой системе горение протекает без повышения и даже с понижением давления (при этом значения числа 1Чи = 10-150)

2. Проведено систематическое экспериментальных исследований взрыва газа в системе из двух сосудов Обнаружены режимы с высокими скоростями горения (с фактором турбулизации Хг~40) и установлено, что природа эффекта аномально высокого давления во втором сосуде (с фактором 2,4 по отношению к пе) обусловлена изменением температуры истекающих газов (свежий газ и продукты горения) и сменой режимов массообмена между сосудами (докритического и критического с эффектом «запирания» потока в канале) Предложен новый параметр, названный нами параметром Брэдли Установлена зависимость эффекта от параметров процесса £1 = У1/У2 (отношения объемов) и В (критерия Бредли) В зависимости от величины параметра В выявлены три возможных режима горения

• Режим быстрого горения (В«1), в котором общий процесс лимитируется истечением Поэтому горение происходит, как в изолированных сосудах, но с эстафетной передачей химической реакции на открытой границе сосудов

• Переходный режим(В «1), в котором характерные времена горения и истечения соизмеримы и наиболее ярко проявляются эффекты взаимодействия аккумуляция массы газа во втором сосуде, максимальные скорости турбулентного горения, аномально высокое давление и другие

• Режим медленного горения (В»1), в котором все закономерности определяются самим процессом горения, протекающим как в одиночном сосуде суммарного объема 0+1

3. Разработана математическая модель, описывающая процессы горения и массообмена в сообщающихся сосудах Путем численного моделирования установлены зависимости факторов турбулизации пламени в сосудах Хь Уа от параметров процесса О и В.

4. Проведены экспериментальные исследования горения газа в линейных системах сообщающихся сосудов при больших блокадных отношениях (1314=0,91-0,98) с числом камер от 5 до 19 и обнаружены три режима распространения переднего фронта волны горения

• стационарный режим быстрого горения (для стехиометриче-ской пропано-воздушной смеси со скоростями 5 = 300-440 м/с) В последних сосудах отмечено незначительное превышение максимального давления над термодинамическим давлением взрыва ле^ до 1,2 раза

• стационарный режим (последовательного горения со скоростями 5 = 10-100 м/с) В этом режиме наблюдается рост максимальных давлений от сосуда к сосуду, а в последних сосудах — аномально высокие (относительно ле() до 2,0-2,5 раза) давления, связанные с эффектом гидродинамического «запирания» потока в канале

• квазистационарный режим горения с затуханием и последующим реинициированием пламени в очередном сосуде В этом режиме также наблюдается рост максимальных давлений от сосуда к сосуду и аномально высокие давления в последних сосудах (относительно тге0 до 1,5 раза)

Разработаны математические модели для трех названных режимов горения Численным моделированием установлены зависимости для коэффициентов турбулизации пламени в сосудах Хк (изменяются в пределах 10-30 для стационарных режимов), максимальных давлений в каждом сосуде л^ от параметра Бредли В и количества сосудов в системе N

Показано влияние теплообмена со стенками системы при охлаждении продуктов сгорания, характеризуемого критерием Стентона 81 (при численном моделировании изменялся в пределах 0-2,0), на динамику процесса распространения пламени в системе, а именно, уменьшение скорости распространения переднего фронта пламени и уменьшение максимальных значений давлений в каждом сосуде системы

Таким образом, в работе установлено, что в вентилируемых системах наблюдаемые явления определяются процессами тепломассообмена, то есть взаимодействием процессов горения, гашения, истечения и охлаждения

Использование результатов. Экспериментальные и расчетные данные о режимах горения, величинах критериев подобия, скоростей и давлений, реализуемых в вентилируемых системах получены для использования соответствующими организациями при проектировании различных объектов, в которых возможны аварийные ситуации с воспламенением и взрывом газа, а также при разработке нормативов и ГОСТов Результаты исследования легли в основу написания монографии

Основные результаты опубликованы в работах:

статьи в изданиях, рекомендованных ВАК -

1 Коржавин А А О зоне пламени при горении газа в инертной пористой среде / А А Коржавин, В А Бунев, Р.Х. Абдуллин, В С Бабкин // Физика горения и взрыва, 1982 Т 18, № 6 С 20-23

2 Сеначин П К К теории стука в поршневых двигателях, работающих на водороде /ПК Сеначин, Р.Х. Абдуллин, В С Бабкин // Вопросы атомной науки и техники Сер Атомно-водородная энергетика и технология 1985 № 2 С 51-53

3 Абдуллин Р.Х. Горение газа в сообщающихся сосудах / Р X Абдуллин, В С Бабкин, П К Сеначин // Физика горения и взрыва, 1988 Т 24, № 2 С 3-12

4 Абдуллин Р.Х. Dynamics of Flame Propagation m MultiChamber Systems Dynamic Aspects of Explosion Phenomena /RH Abdullin, A V Borisenko, VS Babkm // AIAA Journal Progress in Astronautics and Aeronautics, 1993 Vol 154 P 31-50

5 Абдуллин Р.Х. Численное моделирование горения газа в линейных системах сообщающихся сосудов / P X Абдуллин, А В Борисенко, П К Сеначин // Ползуновский вестник, 2007 № 4 - С. 9-17

монография -

6 Абдуллин Р.Х. Внутренний взрыв в вентилируемых системах Монография / P X Абдуллин, В С Бабкин, П К Сеначин / Под ред П К Сеначина Барнаул ОАО «Алтайский Дом печати», 2007 — 104 с

статьи, отражающие основное содержание работы -

7 Сеначин П К Теория стука в газовых поршневых двигателях / П К Сеначин, Р.Х. Абдуллин // Труды научной конференции, посвященной 10-летию Алтайского гос ун-та / Алтайский гос ун-т Барнаул, 1984 С 33-36 Деп ВИНИТИ 18 06 84 №4022-84

8 Сеначин П К Экспериментальное исследование и моделирование горения газа в линейных многокамерных системах /ПК Сеначин, В С Бабкин, Р.Х. Абдуллин, А В Борисенко // Химическая физика процессов горения и взрыва XI Симпозиум по горению и взрыву Том 1 Часть первая Черноголовка Изд-воИХФЧ РАН, 1996 С 112-114

9 Сеначин П К Моделирование горения газа в линейных системах сообщающихся сосудов / ПК Сеначин, В С Бабкин, Р.Х. Абдуллин, AB Борисенко //Вестник АлтГТУ им ИИ Ползунова, 1999 №1 С 94-105

10 Абдуллин Р.Х Причина эффекта мультипликации давления при взрыве газа в сообщающихся сосудах / РХ Абдуллин, ПК Сеначин, В С Бабкин // Приоритетные направления науки и техники, прорывные и критические технологии «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (ЭЭТПЭ-2007) Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Барнаул, 17-20 октября 2007 г - Барнаул ОАО «Алтайский дом печати», 2007 - С 85-87

тезисы докладов и прочие издания -

11 Абдуллин Р.Х Combustion of Gases m Connected Vessels / R H Abdullin, V S Babkm, P К Senachin // Abstracts / Twenty-First Symposium (Intern ) on Combustion Pittsburg, Penn / US The Combustion Inst, Wash, 1986 P 207

12 Абдуллин PX. Dynamics of Flame Propagation in Multichamber Systems / RH Abdullin, A V Bonsenko, V S. Babkm // Abstracts - 13-th ICDERS, Nagoya, Japan, 1991 P 75

13 Абдуллин Р.Х. Combustion Wave Structure and the Mechanism of Reaction Transfer m Gas-phase Combustion Wave Propagatmg m Tube with Obstacles / R H Abdullin, A V Bonsenko, V S Babkin // Abstracts - IV International Seminar on Flame Structure, Novosibirsk, 1992 P 138-139

14 Абдуллин Р.Х. Горение газа в линейных системах сообщающихся сосудов / Р X Абдуллин, В С Бабкин, А В Борисенко, П К Сеначин // Препринт - Ин-т хим кинетики и горения СО РАН, Алт гос техн ун-т - Барнаул Изд-воАлтГТУим ИИ Ползунова, 1997 -56 с

Подписано в печать 03 03 2008 Формат 60*84 1/16 Печать - ризография Уел п л 1,16 Тираж 120 экз Заказ Э) /2008 Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46. Лицензии ЛР № 020822 от21 09 98, ПЛД № 28-35 от 15 07 97 Отпечатано в ЦОП АлтГТУ, 656038, г Барнаул, пр-т Ленина,46

ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 ВЗРЫВЫ ГАЗОВ В ПОРИСТЫХ И

ВЕНТИЛИРУЕМЫХ СИСТЕМАХ

1.1 Обзор по горению газов в полуограниченном объеме

1.2 Взрывы газов в линейных системах с пористыми средами

Экспериментальная установка и измерения

Тепловая зона пламени

Стабилизация скорости волны горения

Сравнение с экспериментом

Гашение пламени вблизи пределов распространения

1.3 Горение газа в трубах с препятствиями

1.4 Выводы по первой главе

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗРЫВА ГАЗА

В СООБЩАЮЩИХСЯ СОСУДАХ

2.1 Взрыв газа в полуограниченном объеме 38 Массовая доля продуктов взрыва в открытой системе 38 Взрыв газа в одиночном закрытом сосуде с истечением

2.2 Взрыв газа в системе двух сообщающихся сосудов 42 Явления, наблюдаемые в двух сообщающихся сосудах 42 Массовая доля продуктов горения в сообщающихся сосудах 46 Оценка эффекта аномально высокого давления 47 Математическая модель процесса 48 Результаты экспериментов и расчетов

2.3 Самовоспламенение при горении в сообщающихся сосудах

2.4 Выводы по второй главе 60 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРЕНИЯ ГАЗА В ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ

ВЕНТИЛИРУЕМЫХ СОСУДОВ

3.1 Экспериментальное исследование горения газа 62 Экспериментальная установка и измерения 62 Динамика скорости переднего фронта пламени 64 Динамика давления в системе сообщающихся сосудов 68 Режим стационарного распространения пламени 73 Неустановившиеся режимы горения 76 Влияние граничных условий

3.2 Математическая модель и моделирование 82 Система уравнений процесса горения 82 Начальные и граничные условия 86 Модель последовательного горения 87 Модель одновременного горения 88 Охлаждение продуктов горения в сосуде 92 Режим с гашением и реинициированием пламени 95 Результаты расчета динамики процесса

3.3 Некоторые обобщения по горению газов в вентилируемых системах

Моделирование процессов горения и взрыва гомогенных газовых смесей в ограниченных объемах сложной геометрии представляет собой фундаментальную задачу, решение которой имеет теоретическое и практическое значение для обеспечения пожаровзрывобезопасности шахтных объектов и оборудования, сосудов и реакторов химической и газовой промышленности, объектов традиционной и атомной энергетики, новой авиационной и космической техники. Аварийное воспламенение и последующее горение (взрывы) газовоздушных смесей в промышленности наносят большой материальный ущерб обществу и нередко приводят к человеческим жертвам [1]. Современные методы расчета и соответствующие конструктивные и профилактические мероприятия еще не позволяют полностью исключить условия, при которых возможны воспламенения и взрывы горючих смесей в неконтролируемых условиях.

В большинстве аварийных ситуаций имеет место воспламенение смесей нестехиометрических концентраций, обычно приводящее к дефлаграционному сгоранию газа в замкнутом объеме [2, 3]. Хотя при этом, по крайней мере, на начальной стадии процесса обычно реализуется динамика горения газа в сферическом сосуде с центральным зажиганием, она далеко не является единственно возможной, поскольку часто приходится иметь дело с сосудами сложной геометрии.

Разработка методов и средств взрывозащиты производственных зданий, хранилищ топлив, технологического оборудования и других промышленных объектов [4] тесно связана с проблемой моделирования процессов горения в аварийных ситуациях. Горение в аварийных ситуациях взрыв - характеризуется многообразием конкретных условий. Горение может быть гомогенным и гетерогенным, горючая среда - однородной и неоднородной. Состав среды, ее термодинамическое состояние, формы и размеры ограниченных пространств, в которых происходят взрывы на практике могут изменяться в широких пределах. В каждом отдельном случае возможна реализация одного или нескольких видов: - ламинарного и турбулентного горения, самовоспламенения, детонации и т.д.

Ярким примером гетерогенной системы является пористая среда, состоящая из твердого каркаса и заполняющего ее поры газа. Ее характеристиками могут быть характерное время теплообмена с другой фазой и некоторый линейный масштаб, характеризующий твердую фазу. Взаимодействие фаз может проявляться в следующих видах: тепловое и аэродинамическое взаимодействие, массообмен, обмен импульсом [5-23].

В настоящее время известно пять отдельных явно выраженных стационарных режимов распространения волны горения газов в инертных пористых средах. Эти режимы различаются не только диапазонами реализуемых скоростей волн горения, но и другими особенностями, включая механизмы переноса химической реакции в волне горения.

Нередки случаи аварийных ситуаций, вызванных случайным образованием и воспламенением горючих смесей в системах, подобных сообщающимся сосудам [24-38]. Опасность подобных ситуаций состоит в том, что кроме вовлечения • в аварийный процесс дополнительных источников химической энергии при передаче горения из одного сосуда в другой, в них могут возбуждаться особо разрушительные режимы горения или развиваться аномально высокие давления в результате динамической концентрации химической энергии.

Как показано Байлингом (Веу1^ Е., 1906), в системе сообщающихся сосудов, при инициировании горения в одном из них,, максимальное давление взрыва в других сосудах может превышать термодинамическое давление для одиночного закрытого сосуда [37]. В отличие от одиночных в сообщающихся сосудах имеется одно или несколько сужений, через которые происходит перенос массы, импульса и энергии газа из одного сосуда в другой. Это могут быть отдельные отверстия, щели, каналы, решетки, перегородки и т.д. Наличие структурного элемента - сужения, порождает ряд специфических явлений, не наблюдаемых в отдельных сосудах. При течении химически пассивных газов сужение обусловливает явление "запирания" канала в критических условиях истечения, ускорение и турбулизацию газа в области сужения. При горении газа картина течения осложняется сильным взаимодействием газодинамических и химических факторов. К настоящему времени исследованы только отдельные аспекты рассматриваемого вопроса.

Известные в этой области работы носят исключительно экспериментальный характер. Математические модели описывающие процессы горения газа в двухкамерных системах отсутствуют. Разработка такой модели, объясняющей исключительно важный для практики эффект превышения давления во втором сосуде над термодинамическим значением максимального давления взрыва в одиночном закрытом сосуде, представляет несомненный интерес. Гарантией дальнейшего продвижения в этой достаточно сложной проблеме, по-видимому, должно явиться исследование математической модели процесса на основе достоверных и систематических экспериментальных данных. Решение поставленной задачи должно, также, опираться на успех, достигнутый в области динамики горения газа в негерметичных сосудах [3, 30, 39-75].

В обычной постановке задачи о сгорании гомогенной газовой смеси в закрытом сосуде постоянного объема предполагается, что скорость химической реакции в свежей смеси равна нулю при начальной температуре и в процессе горения [76, 77]. Однако, весьма высокие значения температур и давлений, достигаемые при горении, позволяют в определенных условиях допустить возможность про ¡екания заметной химической реакции и развития теплового самовоспламенения смеси перед фронтом пламени. Особенность этого явления состоит в том, что оно может реализоваться либо при высоких начальных температурах, либо в смесях с высокой энергетикой сгорания, когда достигаются весьма высокие значения степени сжатия и прироста температуры свежего газа. Смесь, практически не реагирующая при начальной температуре становится реакционноспособной из-за адиабатического сжатия в результате фронтального горения, то есть в этом случае фронтальный режим горения переходит в объемный. Отметим, что в условиях сообщающихся сосудов, когда могут реализоваться аномально высокие давления, вероятность этого явления резко увеличивается.

Рассматриваемое явление представляет определенный интерес в ряде приложений. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению размеров технологических аппаратов, в которых возможно образование взрывоопасных газовых смесей. При увеличении масштабного фактора увеличивается время фронтального горения, а следовательно и период индукции, что способствует самовоспламенению. Это в свою очередь может привести к осложнению аварийной ситуации - переходу фронтального режима горения в объемный, отсутствующему в малогабаритных моделях. Это обстоятельство требует применения специальных методов взрывозащиты крупномасштабных объектов, учитывающих возможность быстрого сгорания смеси (при сочетании фронтальной и объемной форм химического превращения) и образования ударных волн.

Под сообщающимися сосудами обычно понимают два или более сосудов, соединенных газоходом, поперечный размер которого меньше характерного размера сосудов О. В двух сообщающихся сосудах такой проход один. В трех сосудах - минимум два. В п -камерной системе минимальное количество проходов (/7-1).

До сих пор классификации вентилируемых систем не проводилось. Но она необходима. Во-первых, системы могут быть классифицированы по отношению характерных размеров d/D. В литературе по горению газов в трубах с периодическими препятствиями часто используется подобный параметр - блокадное отношение («степень загромождения») BR=l-(c//D)2. Классификация возможна по отношению объемов сосудов V\/V2, по их конфигурации, по типу соединений сосудов: последовательное (линейное), параллельное, смешанное, по числу сосудов и т.д.

Подобная классификация должна способствовать интегрированию представлений о взрыве, на первый взгляд, в разнородных экспериментальных условиях. Так системы, используемые Дж. Ли с сотрудниками в большом сериале работ по горению газов в трубах с периодическими препятствиями, можно отнести к линейным многокамерным системам сообщающихся сосудов с малым блокадным отношением BR<0,5 и высокореакционными смесями [78-81]. Системы, используемые B.C. Бабкиным с сотрудниками, можно отнести к линейным с большим блокадным отношением BR>0,9 и низкореакционным смесям [82-86]. Такие разные системы как шероховатые трубы, пористые среды, загроможденные пространства и т.д., по-видимому, также могут быть рассмотрены с единых классификационных позиций [87].

Горение газа в системах сообщающихся сосудов нередко реализуется в промышленности и других практических сферах человеческой деятельности. Например, давно исследуется проблема форкамерного зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Как полагают, наличие небольшой форкамеры, в которой производится зажигание горючей смеси и которая соединена узким каналом с основным объемом цилиндра двигателя, дает возможность улучшить параметры рабочего процесса и эксплуатационные характеристики двигателя [25, 26, 88].

Особый интерес к горению в сообщающихся сосудах связан с проблемой взрывобезопасности в промышленности, энергетике и на транспорте [27-31]. Возбуждаемые здесь в аварийной ситуации дефлаграционно-детонационные процессы, как правило, имеют труднопредсказуемую динамику развития и особо разрушительный характер последствий.

В соответствии с вышеизложенным, основной целью работы является развитие существующих представлений о процессах тепломассообмена при горении газа в вентилируемых системах -пористых средах, сообщающихся сосудах и линейных многокамерных системах и получение новой достоверной информации для разработки рекомендаций по предотвращению неконтролируемых взрывов в промышленности и повышению пожаровзрывобезопасности проектируемых объектов и систем.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Экспериментальное исследование процессов горения газов и тепломассообмена в инертной пористой среде, установление режимов стационарного распространения пламени, структуры тепловой зоны пламени и их зависимости от критериев подобия (Яе, N11, Ре).

• Проведение систематических экспериментальных исследований и объяснение эффекта аномально высокого давления при горении газа в двухкамерной системе, построение математической модели процесса и на основе моделирования получение данных о коэффициентах турбулизации пламени, максимальных давлениях взрыва и их зависимости от параметров процесса (геометрических, термодинамических, газодинамических, химических и др.).

• Проведение систематических экспериментальных исследований закономерностей горения газов и тепломассообмена в линейных системах сообщающихся сосудов с большими блокадными отношениями ВИ, построение математических моделей процесса и на основе моделирования получение данных о режимах горения, скоростных и динамических характеристиках процесса.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Впервые проведено экспериментальное исследование структуры волны горения газа в инертной пористой среде.

• В систематических экспериментальных исследованиях, разработке математической модели и объяснении эффекта аномально высокого давления при взрыве газа в сообщающихся сосудах как следствия взаимодействия различных режимов тепломассообмена между ними.

• В экспериментальном исследовании горения газа в линейных системах сообщающихся сосудов при больших блокадных отношениях, обнаружении стационарных режимов распространения переднего фронта волны горения, разработке математических моделей и результатах численного моделирования процессов тепломассообмена.

Практическая значимость работы.

Разработаны физические и математические методы моделирования процессов горения и массообмена в вентилируемых системах (двухкамерных, линейных многокамерных и с инертной пористой средой). Полученные экспериментальные и расчетные данные о режимах горения, величинах критериев подобия, скоростей и давлений, реализуемых в вентилируемых системах, могут быть использованы при разработке нормативов, ГОСТов и при проектировании различных объектов, в которых возможны аварийные ситуации с воспламенением и взрывом газа. По результатам исследования издана монография.

Достоверность и обоснованность научных положений определяется теоретическим анализом и обобщением достоверных результатов и современных мировых достижений по всем рассматриваемым задачам. Применением современных аналитических и численных методов реализации разработанных при участии автора математических моделей. Проведением широких экспериментальных исследований, использованием и обобщением достоверных результатов других авторов. Выполнением работы в коллективе высококвалифицированных специалистов.

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на Объединенном семинаре по горению и аэрозолям Института химической кинетики и горения СО АН СССР и СО РАН (Новосибирск, 1980-1997), Научной конференции посвященной 10-летию Алтайского университета (Барнаул, 1983), Международном семинаре «Атомно-водородная энергетика и технология» (Москва, 1984), VIII Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (Ташкент, 1986), XXI Международном симпозиуме по горению (Мюнхен, ФРГ, 1986), XIII Международном коллоквиуме по динамике взрывов и реагирующим системам (Нагойя, Япония, 1991), XI Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 1996), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (Барнаул, 2007). Публикации.

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, , в том числе 5 статей в рекомендованных ВАК изданиях и 1 монография [84-86, 105, 143148, 158-162].

Работа выполнена в Институте химической кинетики и горения СО РАН (г. Новосибирск) й в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова (г. Барнаул). В связи с довольно значительным объемом исследования, а также личными обстоятельствами, работа выполнялась в течение достаточно длительного времени.

Большая заслуга в постановке, систематическом обсуждении и осмысливании рассмотренных в работе научных проблем и прикладных задач, особенно на первых этапах работы, принадлежит заведующему лабораторией - в настоящее время главному научному сотруднику лаборатории «Физики и химии горения газов» Института химической кинетики и горения СО РАН, Заслуженному деятелю науки РФ, д.ф.-м.н., профессору Бабкину B.C., который был научным руководителем аспиранта - ныне соискателя кафедры ДВС АлтГТУ.

С самого начала исследования и, особенно, на завершающей стадии в работе принимал участие научный руководитель работы - ныне профессор кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, заведующий вузовско-академической лабораторией АлтГТУ-НИИ СО РАН, д.т.н., профессор Сеначин П.К.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Впервые проведено экспериментальное исследование структуры волны горения газа в инертной пористой среде и получены следующие результаты.

• Установлено, что протяженность зоны горения лимитируется не процессами охлаждения, а процессом турбулентного сгорания газа в порах.

• Эксперименты показали, что в режиме высоких скоростей (РВС) в закрытой системе горение протекает без повышения и даже с понижением давления (при этом значения числа N11 = 10-150).

2. Проведено систематическое экспериментальное исследование взрыва газа в системе из двух сосудов. Обнаружены режимы с высокими скоростями горения (с фактором турбулизации %2~40) и установлено, что природа эффекта аномально высокого давления во втором сосуде (с фактором 2,4 по отношению к ,те) обусловлена изменением температуры истекающих газов (свежий газ и продукты горения) и сменой режимов массообмена между сосудами (докритического и критического с эффектом «запирания» потока в канале). Предложен новый параметр В, названный нами параметром Брэдли. Установлена зависимость эффекта от параметров процесса П = У\/У2 (отношения объемов) и В. В зависимости от величины параметра В выявлены три возможных режима горения.

• Режим быстрого горения (В«1), в котором общий процесс лимитируется истечением. Поэтому горение происходит, как в изолированных сосудах, но с эстафетной передачей химической реакции на открытой границе сосудов.

• Переходный режим(В«1), в котором характерные времена горения и истечения соизмеримы и наиболее ярко проявляются эффекты взаимодействия: аккумуляция массы газа во втором сосуде, максимальные скорости турбулентного горения, аномально высокое давление и другие.

• Режим медленного горения (В»1), в котором все закономерности определяются самим процессом горения, протекающим как в одиночном сосуде суммарного объема Ш-1.

3. Разработана математическая модель, описывающая процессы горения и массообмена в сообщающихся сосудах. Путем численного моделирования установлены зависимости факторов турбулизации пламени в сосудах Хь Хг от параметров процесса П и В.

4. Проведены экспериментальные исследования горения газа в линейных системах сообщающихся сосудов при больших блокадных отношениях (ВР=0,91-0,98) с числом камер от 5 до 19 и обнаружены три режима распространения переднего фронта волны горения.

• Стационарный режим (быстрого горения для стехиометрической пропано-воздушной смеси со скоростями Я = 300-440 м/с). В последних сосудах отмечено незначительное превышение максимального давления над термодинамическим давлением взрыва яе0 до 1,2 раза.

• Стационарный режим (последовательного горения со скоростями 5 = 10-100 м/с). В этом режиме наблюдается рост максимальных давлений от сосуда к сосуду, а в последних сосудах аномально высокие (относительно лге0до 2,0-2,5 раза) давления, связанные с эффектом гидродинамического «запирания» потока в канале.

• Квазистационарный режим горения с затуханием и последующим реинициированием пламени в очередном сосуде. В этом режиме также наблюдается рост максимальных давлений от сосуда к сосуду и аномально высокие давления в последних сосудах (относительно /те0 до 1,5 раза).

Разработаны математические модели для трех названных режимов горения. Численным моделированием установлены зависимости для коэффициентов турбулизации пламени в сосудах хк (изменяются в пределах 10-30 для стационарных режимов), максимальных давлений в каждом сосуде кк от параметра Бредли В и. количества сосудов в системе N.

Показано влияние теплообмена со стенками системы при охлаждении продуктов сгорания, характеризуемого критерием Стентона 81 (при численном моделировании изменялся в пределах 0-2,0), на динамику процесса распространения пламени в системе, а именно, уменьшение скорости распространения переднего фронта пламени и уменьшение максимальных значений давлений в каждом сосуде системы.

Таким образом, в работе установлено, что в вентилируемых системах наблюдаемые явления определяются процессами тепломассообмена, то есть взаимодействием процессов горения; гашения, истечения и охлаждения.

Использование результатов. Экспериментальные и расчетные данные о режимах горения, величинах критериев подобия, скоростей и давлений, реализуемых в вентилируемых системах получены для использования соответствующими организациями при проектировании различных объектов, в которых возможны аварийные ситуации с воспламенением и взрывом газа, а также при разработке нормативов и ГОСТов. Результаты исследования легли в основу написания монографии.

Автор выражает благодарность своим коллегам и соавторам данного исследования, сотрудникам лаборатории «Физики и химии горения газов» Института химической кинетики и горения СО РАН -Буневу В.А., Коржавину A.A., Борисенко A.B. и другим, а также признателен сотрудникам кафедры ДВС Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползу нова за внимательное отношение к данной работе и полезные обсуждения.

Особую признательность и благодарность автор выражает д.ф.-м.н., профессору Бабкину B.C. и д.т.н., профессору Сеначину П.К.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Взрывные явления. Оценка и последствия: В 2-х кн. / У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэстайн, Дж. Кулеш, Р. Стрелоу. М.: Мир, 1986,- Кн. 1. 319 с. Кн. 2. 384 с.

2. Стрельчук H.A. Авария взрыв // Пожарное дело. 1965. № 8. С. 2728.

3. Yao С. Explosion Venting of Low-Strength Equipment and Structures. Loss Prevention, 1974, N8, p. 1-9.

4. Веселов А.И., Мешман Jl.M. Автоматическая пожаро- и взрывозащита предприятий химической и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1975. 280 с.

5. Г.А.Лямин, А.В.Пинаев. О режиме быстрого дозвукового горения газов в инертной пористой среде с плавным подъемом давления в волне. -ФГВ, 1987, N4, с.27.

6. Розловский А.И. Основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. -М.: Химия, 1980. -376 с.

7. Лаевский Ю.М., Бабкин B.C. Фильтрационное горение газов. Сб. "Распространение тепловых волн в гетерогенных средах." Отв.ред. Ю.Ш. Матрос, Наука Сиб. отделение, Новосибирск 1988, с. 108-145.

8. Добрего К.В., Жданок С.А. Физика фильтрационного горения газов. Минск, 2002, Национальная Академия наук Беларуси, Институт тепло-массообмена им. Лыкова А.В. 203 с.

9. Футько СМ., Жданок С.А. Химия фильтрационного горения газов. Минск.: Беларуская Навука, 2004. - 320 С.

10. Babkin V.S., Korzhavin A.A., Bunev V.A. Propagation of premixed explosion flames in porous media./¡Combust. Flame. 1991. - Vol. 87, N 2. - P. 182-190.

11. Kirill V.Dobrego, Serguey A.Zhdanok, Eduard I.Khanevich. Analytical and experimental investigation of the transition from low-velocity to high-velocity regime of filtration combustion. Experimental Thermal and Fluid Science, No. 21, pp. 9-16 (2000).

12. Мамонтов Г.М., Митрофанов В.В., Субботин В.А. Режимы детонации газовой смеси в жесткой пористой среде//Детонация: Материалы 6 Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. -Черноголовка: ИХФ АН СССР, 1980. С. 106-110.

13. Лямин Г.А., Пинаев А.В. О режимах сгорания газов в инертной пористой среде//Физика горения и взрыва. 1986. - Т. 22, N 5.- С. 64-70.

14. Пинаев А.В. О режимах сгорания и критерии распространения пламени в загроможденном пространстве//Физика горения и взрыва.-1994.-Т. 30, N4.- С.52-60.

15. Горение газа в закрытом сосуде с инертной высокопористой средой/ Бабкин B.C., Бунев В.А., Коржавин А.А. и др. //Физика горения и взрыва.-1985.-Т.21, № 5.-С. 17-22.

16. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Л.: Химия, 1979.- 176 с.

17. Makris Aristidis. The propagation of gaseous detonations in porous media. Departament of Mechanical Engineering McGill University, Montreal, Canada, PhD thesis, 1993.

18. Ю.В.Туник. Самоподдерживающийся режим высокоскоростного горения газа в инертных пористых средах насыпной плотности. ФГВ, 1990, т.26, N6, с.98.

19. Попов О.Е., Когарко С.М., Фотеенков В.А. О быстром горении газовой смеси в средах с высокой пористостью.// Доклады Академии Наук СССР. 1974. -Т. 219, N 3. - С. 592-595.

20. C.W.Kauffman, C.Yan, J.A.Nicholls. Gaseous detonation in porous media. 19-th Symp. (Intern.) on Combustion. The Combustion Institute. Pittsburgh, 1982.

21. Babkin V.S. Filtration combustion of gases. Present state of affairs and prospects. Pure and Applied Chemistry, 1993, Vol.65, No.2, pp.335-344.

22. Зельдович Я.Б. Теория предела распространения тихого пшыъпкНЖурнал экспериментальной и теоретической физики. 1941.-T.l 1, N 1.-С. 159-169.

23. Bartknecht W. Explosionen. Ablauf und SchutzmaBnahmen. Berlin, Heidelberg, N.-Y.: Springer-Verlag, 1980. 266 S.

24. Гуссак JI.A., Карпов В.П., Гуссак Д.А. Форкамерно-факельное зажигание впрыскиваемых топлив в поршневых двигателях // Archivum Termodynamiki i Spalania. 1976. V. 7, N 3. P. 507-527.

25. Rychter T.J., Teodorczyk A. An Evaluation of Effectiveness of the Combustion Jet a Dual-Chamber Configuration // Archivum Combustionis. 1984. V. 4, N 3. P. 255-266.

26. Yamaguchi S., Ohiwa N. Hasegawa T. Ignition and Burning Process in Divided Chamber Bomb // Combust. Flame. 1985. V. 59, N 2. P. 177-187.

27. Heinrich H.J. Grenzen der Anwendung der Explosionsdruckenflastung. Shadenprisma, 1975, N4, p.69-75.

28. Harris R.J. The investigation and control at gas explosions in buildings and heating plant. Portsmouth: Grossvenor Press, 1983.

29. Газодинамика горения воздушной смеси в полузамкнутом объеме при сбросе давления в незагазованный смежный объем / H.A. Стрельчук, A.B. Мишуев, А.Г. Никитин, Н.В. Орахелошвили // Физика горения и взрыва. 1984. Т. 20, № 1. С. 65-69.

30. Singh J. Gas Explosions in Compartmented Vessels: Pressure Piling // Chemical Engineering Research and Design. 1984. V. 62, N 6. P. 351-366.

31. Генош Г. Распространение пламени в трубах и закрытых сосудах // Нестационарное распространение пламени / Под ред. Дж. Г. Маркштейна. М.: Мир, 1968. С. 140-231.

32. Combe A., Meyer С., Thiery М. Edude de la propagation des flammes dans un vase a reaction forme de deux chambres relies par un canal // Rev. Inst. Franc. Petrole. 1958. V. 13, N 10. P. 1435-1480.

33. Heinrich H.J. Bemesung von Druckentlastungsoffhungen sum Schlitz Explosionsgefährdeter Anlagen in der Chemische Indus tri a // Chemie. Ing. Techn. 1966. Bd. 38, Heft 11. S. 1125-1133.

34. Новое взрывозащищенное электрооборудование и условия его эксплуатации / С.С. Генкин, И.Ф. Шевченко, М.В. Хорунжий, H.A. Терновский // Проблемы горения и тушения: Матер. II Всесоюз. науч.-техн. конф. М.: Изд-во ВНИИПО, 1973. С. 153-162.

35. Gupta Н.С., Steinberger R.L., Bracco F.V. Combustion in Divided Chamber, Stratified Charge, Reciprocating Engine: Initial Comparisons of Calculated and Measured Flame Propagation // Combustion Science and Technology. 1980. V. 22, N 1. P. 27-61.

36. Лейбов P.M. Взрывобезопасное шахтное электрооборудование. Харьков, Киев: ОНТИ, 1937. С. 114-115.

37. Fitt J.S. Pressure Piling: A Problem for the Process Engineer // The Chemical Engineer (London). May 1981. N 368. P. 237-239.

38. Maisey H. R. Gaseous and Dust Explosion Venting // Chem. Proc. Eng. 1965. N 10. P. 527-563.

39. Sapko M.J., Furno A.L., Kuchta J.M. Flame and Pressure Development of Large Scale CH4 - Air - N2 Explosions (Buoyancy Effects Requirements): Report of Investigation/U.S. Bureau of Mines. N 8176, Wash., 1976. - 32p.

40. Bradley D., Mitcheson A. The Venting of Gaseous Explosions in Spherical Vessels. I-Theory // Combust. Flame. 1978. V. 32, N 3. P. 221-236.

41. Стрельчук H.А., Орлов Г.Г. Определение площади вышибных конструкций в зданиях взрывоопасных производств // Промышленное строительство. 1969. № 6. С. 19-22.

42. Burgoune J.H., Wilson M.J.G. The Relief of Pentane Vapor-Air Explosions in Vessels // First Symposium on Chemical Process Hazards / Inst. Chem. Eng., Manchester, 1960. P. 25-29.

43. Simmonds W.A., Cubbage P.A. The Design of Explosions Reliefs for Industrial Drying Ovens // First Symposium on Chemical Process Hazards / Inst. Chem. Eng., Manchester, 1960. P. 69-77.

44. Rasbash D.J., Rogowski Z.W. Gaseous Explosions in Vented Dusts // Combust. Flame. 1960. V. 4, N 3. P. 301-312.

45. Rogowski Z.M., Rasbash D.J. Relief Of Explosions in Propane-Air Mixtures Movind in a Straight Unobstracted Dust // Second Symposium on Chemical Process Hazards / Inst. Chem. Eng., Manchester, 1963. P. 21-28.

46. Harris G.F.P., Briscoe P.G. The Venting of Pentane Vapor-Air Explosions in a Large Vessel // Combust. Flame. 1967. V. 11, N 3. P. 329-338.

47. Mandey G. The Calculation of Venting Areas for Pressure Relief of Explosions in Vessels // Second Symposium on Chemical Process Hazards / Inst. Chem. Eng., Manchester, 1963. P. 46-54.

48. Heinrich H.J., Kowall R. Ergebnisse Neuerer Untersuchungen zur Druckenlastung bei Staubexplosionen // Staubreinhalttung der Luft. 1971. Bd. 31, N4. S. 149-153.

49. Mandey G. Design of Explosion Relief // Fire Prevention Science and Technology. 1974. N 9. P. 23-31.

50. Bartknecht W. Bericht über Untersuchungen zur Frage der Explosionsdruckentlastung Breunbarer Staube in Behältern. Teil 1 // StaubReinhaltung der Luft. 1974. Bd. 34, N 11. S. 381-391.

51. Bartknecht W. Bericht über Untersuchungen zur Frage der Explosionsdruckentlastung Breunbarer Staube in Behältern. Teil 2 // StaubReinhaltung der Luft. 1974. Bd. 34, N 11. S. 456-459.

52. Pasman HJ., Groothuisen Th.M., Gooijer P.h. Design of Pressure Relief Vents // Loss Prevention and Safety Promotion Industries / Edited by C.H. Buschman., N.-Y., 1974. P. 185-189.

53. Morton V.M., Nettleton M.A. Pressures and Their Venting in Spherically Expanding Flames // Combust. Flame. 1977. V. 30, N 1. P. 111-116.

54. Crescitelly S., Russo G., Tufano V. Analysis and Design of Venting Systems: A Simplified Approach // Journal of Occupational Accidents. 1979. N 2. P. 125-133.

55. Crescitelly S., Russo G., Tufano V. Mathematical Modeling of Relief Venting of Gas Explosions: Theory and Experiments // Third International

56. Symposium of Loss Prevention and Safety Promotion in Process Industries / Basel, 1980. V. 3.P. 16/1187-16/1197.

57. Tufano V., Crescitelli S., Russo G. On the Design of Venting Systems Against Gaseous Explosions // Journal of Occupational Accidents. 1981. N 3. P. 143-152.

58. Lee J.H.S., Guirao Ch.M. Pressure Development in Closed and and Vented Vessels // Plant/Operations Progress. 1982. V. 1, N 2. P. 75-85.

59. Стрельчук H.A., Иващенко П.Ф. Расчет нагрузок на конструкции зданий от взрыва газовоздушных смесей // Пожарная профилактика и тушение пожаров: Сбор, трудов ВНИИПО. Вып. 3. М.: Изд-во ВНИИПО, 1966. С. 3-19.

60. Взрывоопасность и огнестойкость в строительстве / Под ред. Н.А. Стрельчука. М.: Стройиздат, 1970. 127 с.

61. Стрельчук Н.А., Иващенко П.Ф., Румянцев B.C. К расчету легкосбрасываемых конструкций для зданий взрывоопасных производств // Промышленное строительство. 1975. № 1. С. 24-26.

62. Ольховский Н.Е. Предохранительные мембраны для защиты оборудования в химической и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1970. 175 е.; 2-е изд. М.: Химия, 1976. 152 с.

63. Водяник В.И., Малахов Н.Н. Сброс давления при взрывах газовоздушных смесей: Экспресс-информация. Техника безопасности в химической промышленности. Вып. 5. М.: Изд-во НИИТЭХИМ, 1978. 7 с.

64. Водяник В.И. Взрывозащита технологического оборудования. Киев: Техника, 1979. 190 с.

65. Предохранительные мембраны: Справочное пособие / В.И. Водяник, H.H. Малахов, В.Т. Полтавский, И.П. Шелюк. М.: Химия, 1982. 144 с.

66. О взрывозащите технологического оборудования / В.П. Некрасов, В.В. Мольков, JIM. Мешман, А.И. Веселов, Н.С. Макарова, Н.Р. Шевцов // Пожарная техника и тушение пожаров: Сбор, трудов ВНИИПО. Вып. 19. М.: Изд-во ВНИИПО, 1980. С. 31-36.

67. Некрасов В.П., Мольков В.В., Мешман JT.M. Метод расчета определяющих параметров системы преотвращения пожаров при взрывах в замкнутых технологических аппаратах // Пожарная профилактика: Сбор, трудов ВНИИПО. Вып. 16. М.: Изд-во ВНИИПО, 1980. С. 103-109.

68. Мольков В.В., Некрасов В.П. Динамика сгорания газа в постоянном объеме при наличии истечения // Физика горения и взрыва. 1981. Т. 17, №4. С. 17-24.

69. Некрасов В.П., Мешман JI.M., Мольков В.В. Влияние отводных трубопроводов на эффект сброса избыточного давления взрыва // Безопасность труда в промышленности. 1983. № 5. С. 38-39.

70. Мольков В.В., Баратов А.Н. Инженерные формулы для расчета проходных сечений предохранительных мембран // Противопожарная защита технологических процессов: Сбор. науч. трудов ВНИИПО. М.: Изд-во ВНИИПО, 1983. С. 26-35.

71. Турбулентное горение газа в разгерметизированном сосуде / В.В. Мольков, В.Г1. Некрасов, А.Н. Баратов, С.А. Лесняк // Физика горения и взрыва. 1984. Т. 20, № 2. С. 28-33.

72. Бабкин B.C., Кононенко Ю.Г. Уравнения для определения нормальной скорости пламени в сферической бомбе постоянного объема // Физика горения и взрыва. 1967. Т. 3, № 2. С. 268-275.

73. Бабкин B.C., Кононенко Ю.Г. Анализ уравнений для определения нормальной скорости пламени методом бомбы постоянного объема // Физика горения и взрыва. 1969. Т. 5, № 1. С. 84-93.

74. Gu L.S., Knystautas R., Lee J.H. Influence of Obstacle Spacing on the Propagation of Quasi-Detonation. Proceedings 11-th Intern. Colloq. Dynamics of Explosions and Reastive Systems, Warsaw, August, 1987.

75. Lee J.H., Knystautas R., Chan C.K. Turbulent Flames Propagation in Obstacle-Filled Tubes // 20-th Symposium (Intern.) on Combustion. Pittsburg: U.S. The Combustion Inst., 1984. P. 1663-1672.

76. Lee J.H.S. The Propagation of Turbulent Flames and Detonations in Tubes. Advances in Chemical Reaction Dynamics, 1986, p.345-378.

77. Peraldi O., Knystautas R., Lee J.H. Criteria for Transition to Detonation in Tubes. 21-st Symp, (Intern.) on Combustion, Combustion Inst., 1986, p. 1629-1637.

78. Сеначин П.К., Бабкин B.C. Динамика горения газа в смежных камерах. В кн.: Пожарная профилактика / Сб. науч. трудов ВНИИПО. -М.: ВНИИПО, 1982, с. 107-111.

79. Сеначин П.К., Ханина Т.М., Бабкин B.C. Исследование горения газа в сообщающихся сосудах. В кн.: Исследование процессов неустойчивого горения / Межвуз. сборник. - Чебоксары: Чуваш, ин-т, 1984, с.24-30.

80. Абдуллин Р.Х., Бабкин B.C., Сеначин П.К. Горение газа в сообщающихся сосудах. ФГВ, 1988, т.24, N2, с.3-12.

81. R.H.Abdullin, A.V.Borisenko, V.S.Babkin. Dynamics of Flame Propagation in Multichamber Systems. 13-th ICDERS, Abstracts, p.75, Nagoya, Japan.

82. Абдуллин P.X., Бабкин B.C., Сеначин П.К. Внутренний взрыв в вентилируемых системах: Монография/ Под ред. П.К. Сеначина. Барнаул: ОАО «Алтайский Дом печати», 2007. 104 с.

83. В.С.Бабкин, Ю.М.Лаевский. Фильтрационное горение газов. -ФГВ, т.23, N5, 1987, с.27-44.

84. Epstein М., Swift J., Fauske Н.К. Estimation of Peak Pressure for Sonic Vented Hydrocarbon Explosion in Spherical Vessels. - Combustion and Flame, 1986, Vol.66,p.l-8.

85. Bradley D., Mitchezon A. The Venting of Gaseous Explosions in Spherical Vessels. II Theory and Experiment. - Combustion and Flame, 1978, Vol.32,p.237-255.

86. C.B. Горобинский, Н.Н.Малахов, В.М.Дронов. Методы расчета проходных сечений устройств сброса давления взрыва. НИИЕЭХИМ, Хим пром., Серия "Техника безопасности".- М. 1990.

87. Guide for Venting of Deflagration. NFPA68/Edit. - National Fire Protection Association, Quincy, Mass, 1988.

88. Определение площади разгерметизации технологического оборудования с газовоздушными смесями. Методические рекомендации. -М.: ВНИИПО, 1987.

89. Мольков В.В., Некрасов В.П. Динамика сгорания газа в постоянном объеме при наличии истечения. ФГВ, 1981, т.17, N4, с. 17-24.

90. M.G.Cooper, M.Fairweather, J.P.Tite. On the Mechanism of Pressure Generation in Vented Explosions. Combustion and Flame, 1989, Vol.65, p.l-14.

91. McCann D.P.J., Thomas G.O., Edwards D.H. Gasdynamics of Vented Explosions. Part 1. Experimental Studies. Combustion and Flame, 1985, Vol.59, N3, p.233-250.

92. C.J.M.Van Wingerden, J.P.Zeenwen. On the Role of Acoustically Driven Flame Instabilities in Vented Gas Explosions and Their Elimination. -Combustion and Flame, 1983, Vol.51, p. 109-111.

93. Сеначин П.К., Бабкин B.C., Матиевский Д.Д. Теория внутреннего взрыва: Учебное пособие / Под ред. П.К. Сеначина. Барнаул: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1997. - 124 с.

94. Баратов А.Н., Мольков В.В., Агафонов В.В. Закономерности сгорания гомогенных газовых смесей в негерметичных сосудах. Archivum Combustionis, 1988, Vol.8, N2, p. 179-195.

95. Bradley D., Chin S.B., Draper M.S., Hapkinson. Aerodynamic and Flame Structure Within a Jet-Stirred Reactor // 16-th Symposium (Intern.) on Combustion. Cambridge, Massachusetts, U.S. The Combustion Institute: Willian and Wilkins, 1976. P. 1574-1581.

96. Kumar R.K., Dewit W.A., Greig D.R. Vented Explosion of Hydrogen Air Mixtures in a Large Volume. - Comb. Sci. and Techn., 1989, Vol.66, p.251-266.

97. Swift J., Epstein M. The Perfomance of Low Pressure Vents. Paper / 20th Annual Loss Prevention Symp., 1986, New Orleans, Louisiana.

98. Faiweather M., Uasey M.W. A Mathematical Model for the Prediction of Overpressures Generated in Totally Contined and Vented Explosions. / 19th Symp.(Int.) on Combustion. The Combustion Institute, 1982, p.645-653.

99. Zamashchikov V.V. An investigation of gas combustion in a narrow tube. Combust. Sci. and Tech. 2001, vol. 166, pp. 1-14.

100. Замащиков B.B. Некоторые закономерности распространения газового пламени в узких трубках //Физика горения и взрыва, 2004, т. 40, № 5,53-61.

101. О зоне пламени при горении газа в инертной пористой среде/ Коржавин А.А., БуневВ.А., Абдуллин Р.Х., Бабкин B.C.,¡¡Физика горения и взрыва. 1982. - Т. 18, № 6.- С. 20-23.

102. Korzhavin А.А., BabkinV.S., BunevV.A. The mechanism of propagation and quenching of gaseous flames in porous media J ¡Joint Meeting of the Soviet and Italien Sections of the Combustion Intsitute. Italy, Pisa: Tacchi Editore, 1990, N7.7,-P. 1-4.

103. Коржавин А.А., БуневВ.А., Бабкин B.C. Распределение температуры в продуктах фронтального горения газа в закрытом сосуде с пористой средойJ ¡Доклады Академии Наук. 1994. -Т. 334, N 2. - С. 184186.

104. Зельдович Я.Б. Теория горения и детонации газов. M.-JL: Изд-во АН СССР, 1944.- 62 с.

105. В.С.Бабкин, Л.С.Козаченко. Возникновение детонации в газах в шероховатых трубах. ПМТФ, N3, 1960, с. 165-174.

106. DonatoL., GenandryM., Mavriplis D. (1978) "Detonation Wave Propagation through porous media", Mechanical Laboratory II Report, Dept. of Mechanical Engineering, McGill University, Montreal, Canada.

107. Spalding D.B. A theory of flammability limits and flame quenching, Proc.Roy. Soc., L. A240, No. 1220, 83-100, (1957).

108. В.Дицент, К.И.Щелкин. Быстрое горение в шероховатых трубах. ЖФХ, т. 19, вып.4-5, 1945, с.221-227.

109. К.И.Щелкин. Быстрое горение и спиновая детонация газов. М.: Воениздат, 1949.

110. А.С.Соколик. О механизме предетонационного ускорения пламени. ЖЭТФ,т.21, вып. 10, 1951, с.1164-1171.

111. Я.Б.Зельдович. Замечания к статье А.С.Соколика "О механизме предетонационного ускорения пламени". ЖЭТФ, т.21, вып. 10, 1951, с.1172-1175.

112. А.С.Соколик. Ответ на замечания Я.Б.Зельдовича по поводу статьи А.С.Соколика. ЖЭТФ, т.21, 1951, с.1176-1179.

113. К.И.Щелкин. О переходе медленного горения в детонацию. ЖЭТФ, т.24, вып.5, 1953, с.589-600.

114. С.М.Когарко, А.С.Новиков. К вопросу об ускорении пламени в предетонационном периоде. ЖЭТФ, т.26, вып.4, 1954, с.492-503.

115. С.С.Рыбанин. К теории детонации в шероховатых трубах. -ФГВ, т.5, N3, 1969, с.395-403.

116. B.E.Gelfand, S.M.Frolov, M.A.Nettleton. Gaseous detonations A selective review. Prog. Energy Combust. Sci., Vol.7, 1991, p.327-371.

117. В.А.Субботин, А.Я.Кузнецова. Режимы сгорания взрывчатых газовых смесей в каналах переменного сечения. Динамика многофазных сред, вып.68, СО АН СССР, Ин-т гидродинамики,-1984, с.124-131.

118. Wolanski P., Wojcicki S. On the Mechanizm of Influence of Obstacles on the Flame Propagation // Archivum Combustionis. 1981. V. 1, N. 1/2. P. 69-74.

119. Phylaktou H., Andrews G.E. The Acceleration of Flame Propagation in a Tube by an Obstacle // Twelfth Intern. Colloquium on Dynamics of < Explosion and Reactive Systems. Abstracts / Ann Arbor, 1989.

120. The Mechanism of Flame Acceleration Along a Tube with Obstacle / Y.K. Pu, S. Yuan, J. Jarosinski, V.G. Johnston, C.W. Kauffman // Twelfth Intern. Colloquium on Dynamics of Explosion and Reactive Systems. Abstracts /Ann Arbor, 1989.

121. Scale Methane-Air Explosion Experiments at Roufoss, Norway / I.O. Moen, J.H. Lee, B.H. Hjertager, K. Fuhre, R. Eckhoff. Report / The Che. Michelsens Institute, Norwey, Bergen, 1981,

122. Flame Acceleration Due to Turbulence Produced by Obstacles / I.O. Moen, M. Donato, R. Knystautas, J.H. Lee // Combust. Flame. 1980. V. 39, N 1. P. 21-32.

123. Turbulent Flame Propagation and Acceleration in the Presence of Obstacles / I.O. Moen, M. Donato, R. Knystautas, J.H. Lee // Progress in Austronautics and Aeronautics. 1981. V. 75. P. 33-47.

124. Chan С., Moen 1.0.5 Lee J.H. Influence of Confinement on Flames Acceleration Due to Repeated Obstacles // Combust. Flame. 1983. V. 49, N 1-3. P. 27-39.

125. Lee J.H., Knystautas R., Freiman A. High Speed Turbulent Deflagrations and Transition to Detonation in H2-Air Mixtures // Combust. Flame. 1984. V. 56, N 2. P. 227-239.

126. Theodorczyk A., Lee J.H. S., Knystautas R. The Structure of Fast Turbulent Flames In Very Rough, Obstacle-Filled Channels //'Twenty-Third Symp. (Intern.) on Combustion / U.S. The Combustion Inst., Wash. 1990.

127. Theodorczyk A., Lee J.H. S., Knystautas R. The Structure of Fast Turbulent Flames In Very Rough, Obstacle-Filled Channels // Twenty-Third Symp. (Intern.) on Combustion / U.S. The Combustion Inst., Wash. 1990.

128. Chippet S. Modeling of Vented Deflagrations. Combustion and Flame, 1984, Vol.55,p.127-140.

129. H.Phylaktou, G.E.Andrews. Gas Explosions in Linked Vessels. 13th ICDERS, Nagoy a, 1991.

130. P.Thibault, Y.K.Liu, C.Chan, J.H.Lee, R.Kristautas, C.Guirao, B.Hiertager, K.Fuhre. Transmission of on Explosion through an Orifice. 19-th Symp.(Intern.) on Combustion, 1982, p.599-606.

131. Иост В. Взрывы и горение в газах. М. : ИЛ, 1952. - 688с.

132. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. М.: ИЛ, 1948. - 447с.; 2-е изд. - М.: Мир, 1968. - 592с.

133. Гурвич A.M., Шаулов Ю.Х. Термодинамические исследования методом взрыва и расчеты процессов горения. М. : Изд-во МГУ, 1955. -168с.

134. Бабкин B.C., Вьюн А.В., Козаченко Л.С. Определение нормальной скорости пламени по записи давления в бомбе постоянного объемма. ФГВ, 1967, т.З, N3, с.362-370.

135. Бабкин B.C., Козаченко JI.C. Об энергетических потерях при взрывах в сферической бомбе.- Научно-технические проблемы горения и взрыва (ФГВ), 1965, т. 1, N4, с. 114-117.

136. Горение газа в линейных системах сообщающихся сосудов / Р.Х. Абдуллин, B.C. Бабкин, А.В. Борисенко, П.К. Сеначин // Препринт. -Ин-т хим. кинетики и горения СО РАН, Алт. гос. техн. ун-т. Барнаул: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1997. - 56 с.

137. Моделирование горения газа в линейных системах сообщающихся сосудов / П.К. Сеначин, B.C. Бабкин, Р.Х. Абдуллин, А.В. Борисенко // Вестник АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1999. № 1. С. 94-105.

138. Abdullin R.H., Borisenko A.V., Babkin V.S. Dynamics of Flame Propagation in Multichamber Systems. Vol.154, Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA, Washington, 1993, pp.31-50.

139. Abdullin R.H., Babkin V.S., Senachin P.K. Combustion of Gases in Connected Vessels. Abstracts / Twenty-First Symposium (Intern.) on Combustion. Pittsburg, Penn. / US. The Combustion Inst., Wash., 1986. P.207.

140. Бабкин B.C., Бухаров B.H., Мольков В.В. Нормальная скорость пламени пропано-воздушных смесей при высоких давлениях и температурах// Физика горения и взрыва. 1989. Т.25, № '1. С.52-64.

141. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б.Зельдович, ' Г.И.Баренблатт, В.Б.Либрович, Г.М.Махвиладзе. М. : Наука, 1980, - 478с.

142. Орлов Б.И., МазингГ.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе. М.: Машиностроение, 1979. 391 с.

143. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960.715 с.

144. Щетинков Е.С. Физика горения газов М.: Наука, 1965. - 740 с.

145. Rallis C.J., Tremeer G.E.B. Equations for the Determination of Burning Velocity in a Spherical Constant Volume Vessel. Combustion and Flame, 1963, Vol.7, N1, p.51-61.

146. Лыков A.B. Тепломассообмен: Справочник. M. : Энергия, 1978 .-480 с.

147. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука, 1970.-659 с.

148. Dorofeev S.В., Sidorov V.P., Dvoinishnikov А.Е., Deflagration to Detonation Transition in large Confined Volume of Lean Hydrogen Air Mixtures, Comb. Flame, Vol 104,1996, 95-110.

149. Сеначин П.К., Бабкин B.C. Самовоспламенение, газа перед фронтом пламени в закрытом сосуде // Физика горения и взрыва. 1982. Т. 18, № 1. С. 3-8.

150. Сеначин П.К., Абдуллин Р.Х. Теория стука в газовых поршневых двигателях // Труды науч. конф., посвящ. 10-летию Алтайского гос. ун-та / Алт. гос. ун-т. Барнаул, 1984. С. 33-36. Деп. ВИНИТИ 18.06.84 № 4022-84.

151. Сеначин П.К., Абдуллин Р.Х., Бабкин B.C. К теории стука в поршневых двигателях, работающих на водороде // Вопросы атомнойнауки и техники. Сер. Атомно-водородная энергетика и технология. 1985. №2. С. 51-53.

152. В, В0 параметры процесса (критерии подобия);

153. ВЛ блокадное отношение (степень загромождения); С , Си - молярные теплоемкости;с/ диаметр соединительного канала;0 диаметр сосуда (трубы);

154. Е = динамический коэффициент расширения продуктов горения; Е1 - коэффициент расширения при постоянном давлении р1; F - площадь сечения канала;g коэффициент расхода газа через канал (отверстие); И - ускорение; характерный размер;

155. У, энергетический параметр процесса (критерий подобия); к - номер сосуда;

156. Я универсальная газовая постоянная;1. Ие число Рейнольдса;г эйлерова координата;5 суммарный порядок химической реакции;видимая (пространственная) скорость пламени;

157. Я,. = безразмерная видимая (пространственная) скорость пламени; - нормальная скорость пламени;

158. Ф функция скорости истечения;