Моделирование самовоспламенения, зажигания, горения и взрыва газовзвесей и процессов в сети горных выработок угольных шахт тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Крайнов Алексей Юрьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ, ЗАЖИГАНИЯ, ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА ГАЗОВЗВЕСЕЙ И ПРОЦЕССОВ В СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ

01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Томск - 2003

Работа выполнена в Томском государственном университете.

Научный консультант:

доктор физико-математических наук профессор

Эрнст Рафаилович Шрагер

Официальные оппоненты:

Ведущая организация технологий СО РАН.

доктор физико-математических наук академик РАН Алексей Матвеевич Липанов

доктор физико-математических наук профессор

Анатолий Федорович Воеводин

доктор физико-математических наук профессор

Владимир Эрнестович Борзых - Институт проблем химико-энергетических

[« /7,

Защита диссертации состоится « / Т » октября 2003 г. в «_» часов

на заседании диссертационного совета Д 212.267.13. при Томском государственном университете по адресу 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан

« б »

июня

2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.ф.-м.н., ст. н. с.

Ю.Ф. Христенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Дисперсные химически активные материалы часто встречаются и широко используются в химических технологиях, порошковой металлургии, в производственных процессах пищевой, фармацевтической, текстильной, деревообрабатывающей, угледобывающей и углеперерабатывающей промышленности. Интенсификация технологических процессов, расширение применения и использования веществ, находящихся в дисперсном состоянии и способных образовывать химически активные газовзвеси, привело к тому, что участились взрывы газовзвесей. Они обладают большой разрушительной силой и зачастую приносят большой экономический ущерб.

Дисперсные материалы используются в качестве рабочего тела в энергоустановках, двигателях (ракетных, двигателях внутреннего сгорания), газогенераторах различного назначения, в импульсной технике. Часто способные к реагированию дисперсные материалы в процессе производства, переработки или использования находятся в состоянии аэровзвеси при малых величинах объемной доли частиц (или капель)

В связи с расширением использования в практике измельченных материалов остаются актуальными исследования химического реагирования, распространения пламени в газовзвесях, исследования горения газовзвесей и дисперсных материалов в энергетических установках и двигателях и других условиях.

Природа химической активности газовзвесей может быть различной. Частицы газовзвеси могут реагировать с окислителем газовой фазы, продукты горения могут быть инертными или химически реагирующими газами либо конденсированными окислами, образующими новую конденсированную фазу либо окисную пленку на поверхности частиц. Частицы угольной пыли в процессе нагрева способны выделять горючие газообразные компоненты (летучие) и реагировать с окислителем газовой фазы гетерогенно. Частицы унитарного топлива способны гореть в инертной среде (частицы или зерна пороха).

Одна из широких сфер применения порошковых составов - использование их в качестве средств пожаротушения. Дисперсные материалы, реагирующие с поглощением тепла, нашли широкое применение в пожаротушении. Одним из способов огнепреграждения при горении газов является создание на пути пламени завесы в виде взвеси инертных или эндотермически реагирующих частиц либо аэрозоля капельной жидкости. В некоторых условиях (например, выработанное пространство угольных шахт) к устройствам пожаротушения и огнепреграждения предъявляются определенные требования, касающиеся скорости их срабатывания и создания завесы. Дисперсность аэрозоля, его массовая концентрация, скорость испарения жидкости могут влиять на эффективность воздействия завесы на пламя. В связи с этим необходимо создавать такие тушащие составы, которые наиболее^'; .эффективно взаимодействуют с высокотемпературной 'зоной- ;-10ДИМ ЕЯ?оренйя для

! С.Петербург [

^ ОЭ 30$ »«7^3 }

понижения температуры и, как следствие, уменьшения скорости распространения пламени. Предварительные оценки можно проводить на основе математического моделирования процессов взаимодействия волны горения с облаком аэрозоля.

Помимо эффекта огнепреграждения такие завесы (водяные или пылевые) уменьшают интенсивность ударной волны, распространяющейся от взрыва газовой смеси, газовзвеси или зарядов взрывчатого вещества.

В настоящее время особый интерес уделяется проблемам горения угля, угольных частиц. Это вызвано необходимостью обеспечения более экономичного и экологически чистого сжигания угля, безопасных, безаварийных технологических процессов угледобычи и углепереработки. Есть и еще одна сторона проблемы - обеспечение безопасности людей и оборудования при работе с установками, содержащими газовзвеси угольной пыли, и при угледобыче в шахтах путем недопущения возникновения взрывоопасных концентраций МВС и угольной пыли. В случае возникновения аварийной ситуации проводится комплекс мер по обеспечению безопасности людей и оборудования. В случае аварии в шахте проведение спасательных или аварийно-восстановительных работ при угрозе взрыва регламентируется Уставом ВГСЧ. Однако инженерные методики расчета взрывобезопасных расстояний, основанные на приближенных или аппроксимационных формулах зависимости интенсивности ударных волн от пройденного ими пути, не учитывают многие эффекты, существенно влияющие на интенсивность ударной волны при ее распространении в сети горных выработок. Это возможное горение угольной пыли, поднимаемой со стенок выработок по мере продвижения ударной волны, возможное возникновение серии последовательных взрывов локальных и слоевых скоплений метана, встречающихся на пути ударной волны, наличие волновых эффектов при движении газа и продуктов взрыва по выработкам.

Создание и использование новых эффективных способов и средств защиты от взрывов и ударных волн, использование водяных и пылевых завес также требует проведения более детального учета их взаимодействия с ударной волной и пламенем от взрыва МВС в шахтах. Разработка эффективной тактики применения новых дорогостоящих средств взрывозащиты также требует предварительной проработки. В связи с этим должно быть проведено обоснованное планирование расположения взрывозащитного оборудования в выработках, исходя из сведений о возможном взрыве загазованных участков выработок. Цель работы:

Изучение макрокинетики и химической газодинамики реагирования газовзвесей сложного состава. Изучение закономерностей самовоспламенения, зажигания и распространения фронта горения в химически реагирующих газовзвесях сложного состава

Изучение вопросов огнепреграждения с использованием заслонов и завес из инертных, терморазлагающихся дисперсных материалов, аэрозоли воды.

Изучение вопросов распространения ударных волн от взрыва метановоздушной смеси и горения угольной пыли в разветвленной сети выработок угольных шахт. Усовершенствование и развитие газодинамической методики расчета взрывобезопасных расстояний при взрывах газа и пыли в выработках угольных шахт в части:

- создания методик расчета взрывобезопасных расстояний при распространении взрывных волн с учетом их взаимодействия с быстровозводимыми взрывозащитными сооружениями, такими как водяные (или сланцевые) заслоны и перемычки, взрывозащитные парашютные перемычки, завалы;

- разработки методик расчета взрывобезопасных расстояний при распространении взрывных волн с учетом горения угольной пыли в потоке газа и взрывов (сгорания) локальных скоплений метана и угольной пыли.

Математическое моделирование и создание методик расчетов процессов в малогабаритных системах газогенератор - трубопровод - привод. Научная новизна работы:

Сформулированы математические модели химического реагирования и горения газовзвесей сложного состава.

На основе математического моделирования изучены закономерности самовоспламенения газовзвесей сложного состава: полидисперсных, двухкомпонентных, гибридных, а также газовзвесей, дисперсная фаза которых выделяет горючие летучие компоненты, смеси аэрозолей. Получены аналитические выражения для периодов индукции самовоспламенения и критических условий самовоспламенения. Изучены режимы самовоспламенения газовзвеси, выделяющей горючие летучие компоненты.

Изучено влияние лучистого теплопереноса при зажигании газовзвесей горячей стенкой, искрой, проведен анализ зажигания газовзвеси внешним тепловым потоком с учетом переизлучения тепла частицами.

Определены зависимости критических значений энергии при искровом зажигании гибридной газовзвеси, представляющей собой взвесь угольных частиц в метановоздушной смеси, от параметров дисперсной фазы.

Определены пределы распространения фронта горения по запыленному инертными частицами газу. Получено аналитическое решение для критического теплоотвода, при котором происходит срыв горения. Проведен анализ влияния параметров дисперсной фазы и аэрозоли воды на скорость распространения фронта пламени по запыленному газу.

Изучены закономерности распространения фронта горения в гибридной газовзвеси и в газовзвеси, выделяющей горючие летучие компоненты.

Сформулирована математическая модель движения газопылевой смеси в разветвленной сети выработок шахт с учетом прихода угольной пыли со стенок в поток и ее горения. Проведен анализ влияния горения угольной пыли на интенсивность взрывных волн, распространяющихся по выработкам угольных шахт от взрыва МВС.

Предложены методики учета быстровозводимых взрывозащитных сооружений при расчете взрывобезопасных расстояний по газодинамической

методике при взрывах МВС в шахтах, таких как взрывозащитные парашютные перемычки, завалы, водяные и сланцевые заслоны.

Сформулирована математическая модель процессов в системе газогенератор - трубопровод - привод, учитывающая постепенное горение пиротехнического состава, движение продуктов сгорания по трубопроводу с учетом теплообмена и трения со стенками, поворотов и разветвлений трубопровода, движение привода. Проведено численное моделирование процессов в системе газогенератор — трубопровод - привод. Научная и практическая значимость:

Получены аналитические формулы для определения периода индукции самовоспламенения газовзвесей сложного состава, таких как полидисперсная, двухкомпонентная (с экзо- и эндотермически реагирующим вторым компонентом), смеси аэрозолей, газовзвесей, выделяющих горючие летучие компоненты.

Представлены математические модели химического реагирования и горения газовзвесей сложного состава. Адекватность моделей подтверждается сравнением решения задач с известными экспериментальными данными. Изучены зависимости скорости распространения фронта горения в газовзвеси от ее свойств. Разработанные модели позволяют делать научно обоснованные прогнозы горения газовзвесей и огнепреграждения с использованием дисперсных материалов.

Созданы математические модели и методики расчета взрывобезопасных расстояний на основе газодинамического подхода, учитывающие взаимодействие взрывных волн с взрывозащитными сооружениями и горение угольной пыли.

Созданы математические модели и методики для расчета систем газогенератор - трубопровод - привод при наличии поворотов и разветвлений трубопровода.

Исследования проводились по проектам, выполняемым в Томском государственном университете: по грантам РФФИ №98-01-03009 (рук. Е.А. Козлов), №02-01-01022 (рук. C.B. Тимченко), в рамках ЦФП «Интеграция» (№ А0060, № Б0113), по темам ЕЗН №01200202287, №01980000302, по гранту фонда CRDF проект ТО-016-02. Отдельные исследования проводились по хоздоговорным темам и вошли в отчеты по НИР для РосНИИ горноспасательного дела (г. Кемерово) и для РФЯЦ ВНИИТФ (г. Снежинск) и вошли в 14 отчетов по НИР. В соответствии с условиями договоров были переданы заказчикам 6 расчетных методик и компьютерных программ. Достоверность результатов обеспечена обоснованностью постановок задач, сопоставлением полученных аналитических формул с результатами численного интегрирования соответствующих задач, сравнением с известными результатами, полученными другими авторами, сопоставлением теоретических результатов с известными экспериментальными результатами и данными.

Автором выносятся на защиту:

- результаты численного и аналитического исследования самовоспламенения газовзвесей сложного состава;

- результаты численного и аналитического исследования зажигания газовзвесей сложного состава различными источниками;

- результаты численного и аналитического исследования распространения фронта горения в гибридных газовзвесях различного состава;

- математические модели для расчета взрывобезопасных расстояний при взрывах МВС в разветвленной сети выработок угольных шахт, учитывающие взаимодействие ударных волн с быстровозводимыми взрывозащитными сооружениями и горение угольной пыли;

- результаты расчетов распространения ударных волн при взаимодействии их с взрывозащитными сооружениями, расположенными в различных местах разветвленной сети выработок;

- математическая модель и результаты расчетов работы системы газогенератор-трубопровод-привод при наличии поворотов и разветвлений трубопровода.

Лпробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на семинарах кафедры математической физики ТГУ, на IX Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (Суздаль, 1989), XII симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 2000), XIV Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем» (Одесса, 1986), Всесоюзной школе-семинаре «Макроскопическая кинетика и химическая газодинамика» (Томск, 1989), XIV Всесоюзном семинаре по электрофизике горения (Челябинск, 1991), Международной конференции «Chemical Gasdynamics and Combustion of Energetic Materials» (Tomsk, 1995), Международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» (Томск, 1997), V Международной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (Казань, 1999), научной конференции «Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии природопользования территориальных комплексов Западной Сибири» (Горноалтайск, 2000), Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 1998, 2000, 2002), IV Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (Кемерово, 2000), Всероссийской научной конференции «Байкальские чтения по математическому моделированию в синергетических системах» (Улан-Удэ, 1999), Международной конференции «Байкальские чтения-И по математическому моделированию в синергетических системах» (Улан-Удэ, 2002), 29-th International Conference of Safety in Mines Research Institutes (Poland, 2001), VI Международной конференции «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск, 2001), Международной научно-практической конференции «Третьи Окуневские чтения» (Санкт-Петербург, 2002), а также были представлены на Международной конференции the Seventh International

Colloquium on Dust Explosions (Bergen, Norway, 1996), 16-th International Colloquium on Dynamics of Explosion and reactive systems (Kracov, Poland, 1997), Всероссийской конференции «Математические модели и методы их исследования (задачи механики сплошных сред, экологии, технологических процессов)» (Красноярск, 1997), Третьем Сибирском конгрессе по индустриальной математике (ИНПРИМ-98) (Новосибирск, 1998). Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы 46 трудах, из которых 36 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 253 наименования. Работа содержит 325 стр., в том числе 155 рисунков, и 20 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обзор исследований химического реагирования и горения газовзвесей (самовоспламенения, зажигания и распространения фронта горения); исследований по вопросам использования порошковых составов и аэрозолей для огнепреграждения и гашения интенсивности взрывной волны от взрывов газа, пыли и взрывчатых веществ, в том числе в выработках угольных шахт. Обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели работы. Дается краткое описание основных разделов диссертации.

1. Самовоспламенение химически реагирующих газовзвесей сложного состава. Приведены результаты теоретического исследования самовоспламенения полидисперсной совокупности частиц, взвешенных в газе. Численно и аналитически решается задача о периоде самовоспламенения полидисперсной газовзвеси с заданной логнормальной функцией распределения частиц по размерам. Было показано, что для оценки периода индукции самовоспламенения немонодисперсной газовзвеси ее можно заменить эквивалентной монодисперсной (с тем же периодом индукции самовоспламенения). Для этого подбираются радиус и концентрация эквивалентной газовзвеси так, чтобы сохранялись инварианты - площадь поверхности и объем частиц. На основании этого получены аналитические формулы для периода индукции воспламенения полидисперсной совокупности частиц с логнормальной функцией распределения частиц по размерам. Проведенное сравнение формулы с численным решением задачи показало хорошее соответствие результатов вычисления периода индукции.

Проведено исследование влияния различной природы частиц дисперсной фазы в газовзвеси на период воспламенения и критические значения внешнего теплоотвода, при котором воспламенения не происходит. Рассматривается газовзвесь, состоящая из частиц двух сортов. Сорта частиц отличаются размерами, теплофизическими и физико-химическими свойствами. В газовзвеси они перемешаны равномерно. Исследование проведено численно и аналитически. Получены приближенные аналитичес-

кие формулы для периода индукции самовоспламенения, для критической величины внешнего теплообмена, при которой самовоспламенения двухком-понентной газовзвеси не происходит. Аналитические формулы дают результаты, отличающиеся от результатов численного решения задачи не более чем на 15%. Приведены результаты моделирования поведения смеси частиц, в которой один из компонентов реагирует эндотермически. Численно и аналитически получены значения предельной концентрации эндотермического компонента, при которой самовоспламенения не происходит.

Решена задача о самовоспламенении неподвижного облака газовзвеси, состоящей из смеси реагирующих газов и частиц, гетерогенно реагирующих с одним из компонентов газовой смеси (гибридная газовзвесь). Получены приближенные аналитические формулы для периода индукции самовоспламенения и для критической массовой концентрации эндотермически реагирующей дисперсной фазы, ингибирующей самовоспламенение газовой смеси. На основе сравнения полученных аналитических формул с численным решением нестационарной задачи определены области их применения.

Решена задача о самовоспламенении смеси аэрозолей окислителя и горючего, реагирование которых происходит в газовой фазе. Как показало численное решение математической модели, процесс самовоспламенения такой смеси аэрозолей разделяется на два этапа: испарение компонентов смеси почти до достижения насыщения, затем - химический разогрев смеси за счет реакций в газовой фазе. Была получена приближенная аналитическая формула для периода индукции самовоспламенения, учитывающая различие размеров капель компонентов смеси аэрозолей, различие теплофизических свойств жидкостей, массовых концентраций компонентов смеси аэрозолей, возможное отличие начальной температуры капель компонентов смеси от начальной температуры газовой фазы. Сравнение результатов вычисления периодов индукции самовоспламенения по полученной формуле с результатами численного решения нестационарной задачи показало, что аналитическая формула дает результаты отличающиеся от численных не более чем на 20% в широком диапазоне изменения определяющих параметров задачи.

На основе математической модели самовоспламенения смеси аэрозолей сформулирована математическая модель работы дизельного двигателя, в которой учитывается постепенное сгорание топлива в такте двигателя на основе формально-кинетического подхода (модель самовоспламенения аэрозоли горючего в газообразном окислителе в условиях переменного адиабатического объема). Проведенное исследование показывает, что для эффективной работы дизельного двигателя одним из основных факторов является дисперсность впрыскиваемого топлива. При хорошей дисперсности переход с одного режима работы двигателя на другой происходит без потерь мощности двигателя.

Представлена физико-математическая модель самовоспламенения газовзвеси, дисперсная фаза которой выделяет горючие летучие компоненты

и гетерогенно реагирует с окислителем газовой фазы. Модель учитывает влияние стефановского потока летучих компонентов и газообразных продуктов гетерогенной реакции на тепло- и массообмен частиц с газовой фазой. Предполагается, что частицы состоят из вещества с развитой внутренней пористостью (с адсорбированным на ней горючим газом) и способного разлагаться на горючие летучие компоненты при нагревании и гетерогенно реагировать с окислителем газовой фазы. Система уравнений математической модели состоит из уравнений сохранения энергии фаз, уравнения выгорания компонентов газовой смеси, выгорания частиц, изменения плотности частиц за счет выделения летучих компонентов, уравнения сохранения массы газовзвеси. В безразмерной форме она имеет вид:

¿вг встц

X

•к-лН

\Ук + Р\Рг ехР

í ** ]

1 V

Свк-вя +

С-1

В^Л.', (1.1)

с1т

с/г ' ' " '

X гкрк X Рк №

Рк

<Як _ рЫе №% Ли 1

'к (¡Т

Ф(дк)\

ЪХ Ии° Ми1 рк

-рг)ехр(£31^/(1 + М));

<1т

& = -ур-р2 ехр(^/(1 + ;

ехр(£3А/(1 + М)); (1.2)

(1.3)

(1.4)

(1.5)

^ = ~^тр2 ехр(^/(1 + ^увлгк{рк - рг)ехр(£3 А /(1+ М)); (1.6)

(1-7) (1.8)

¿г ¿т

\Рх+Вркгк3)=0,

Ф(вк) =

Рв=Рт+Р\+Рг>

Аехр(£2А/(1 + М))

1 + 7к ехр(£2Д/(1 + рвк))'

ехр \ргк\УхИи° !(СР))-\

IV =

Ми* Зг^и0/(ЬеСР) ° ехр(з^»^м0 /(ЬеСР))-

<1т

Р,

Р =

Рк

Рв, о

(1.9) (1.10)

Начальные условия: ^(0) = ^(0) = 0; рг(0) = 1; р,(0) = 0,2; ^2(0) = 0; д(0) = 1; гк{0) = 1. (1.11)

Безразмерные переменные: т = 1/и - время; температура; Д = р,1 р&, - плотность (1 = 1 - окислитель, ¡ = 2 - горючее, / = /и - не реагирующий газ); рк= рк/ рк , - плотность конденсированной

/

1

фазы; гк=гк/п- радиус частиц. Масштабы переменных: Т, = ЛГ02 /Е1 -температуры; и = ехр{Ех/КТ0)1^к01Е1р^ - времени; р%. = -плотности газовой фазы; рк, = рк0 - плотности конденсированной фазы; г, = гк0 - размера частиц. Безразмерные параметры: В = А!ЪкгкйИрк й/рг0 - массовая концентрация частиц; % = скРк,огк,о/^^^и°1' > ~ размер частиц;

// = А02 ехр(- Е2/ЯТ0)/(ШрО) - отношение скорости гетерогенной химической реакции к скорости массообмена;

Я = гк0{?2рг0к02схр(-Е2/]1Т0)Е1/(ШоАвИТ£) - отношение скорости тепловыделения от гетерогенной химической реакции к скорости теплообмена; С = ск/ся; 0 = ^/0; ^ = р = ЯТ0/Е1;

./ = ехр(- £3/ЛГ0)/(рг 0Л01 ехр(- Е1/ЛТ0)) - отношение скорости выделения летучих компонентов к скорости химической реакции в газовой фазе; Ье = £21 = Е2/Е{ ; £31 = Е3/Е,.

Выявлены четьфе режима самовоспламенения газовзвеси: частицы воспламеняются без взаимовлияния друг на друга, каждая отдельно; за счет гетерогенной реакции в режиме самовоспламенения совокупности частиц; за счет тепловыделения от реакции в газовой фазе выделившихся летучих компонентов; в условиях взаимовлияния газофазной и гетерогенной реакций. Существование последних двух режимов обусловлено наличием стефановского потока горючего компонента с поверхности частицы, который изменяет условия тепло- и массообмена частицы с газовой фазой и обеспечивает поставку в газовую фазу горючего компонента, реакция которого вносит свой вклад в химический разогрев всей газовзвеси. Наличие этих двух факторов также является причиной отклонения зависимостей т,г„(В) от вида, пропорционального 1/5, характерного для периода

индукции самовоспламенения газовзвесей без выделения горючих летучих компонентов из дисперсной фазы (рис. 1.1).

Период индукции самовоспламенения в режиме воспламенения совокупности частиц определяется известной формулой

/ X

т,8п2 в

--1 + 1п(«^10Е21)

дР1,0Е21

(1.12)

Режим самовоспламенения за счет реакций в газовой фазе возможен в случае, когда тепловой эффект гетерогенной реакции невысокий и скорость выделения летучих компонентов большая (при больших значениях произведения %Ф» ф = и малых значениях параметра 5). Кроме того, дисперсная фаза должна иметь достаточное количество летучих компонентов, способных выделиться и прореагировать за время, меньшее

500.00-1

400.00

300.00-

200.00 -

100.00

0.00

Рис. 1.1. Зависимость безразмерного периода самовоспламенения газовзвеси от массовой концентрации дисперсной фазы: 1 - £ = 20, У = 1; 2 - £ = 5, J = \^, 3- х = \, 7 = 1; 4- ^ = 20, J ~Ъ \ 5 - Х = \, J = 3■,б- яг = 0,1, •/ = 3 ; пунктирная линия - расчет по (1.15) х = 1 > = 3 . Параметры задачи у = 0,0042; /0 = 0,03; 1е = 1; С = 1 £21=0,67; =0,33; рг = 0,3 и, = и2 = щ = щ = 1; ¿1 = 0,000083 £ = 0,2; 2 = 0; /> = 1100

Рис. 1.2. Области существования различных режимов самовоспламенения газовзвеси: I - воспламенение отдельных частиц; II' -ведущая реакция гетерогенная; II" -самовоспламенение за счет реакции в газовой фазе. Линия В,{<рх) построена по (1.14) при значениях параметров: у = 0,0042; ./=3; ¿е = 1; С = 1

Еп = 0,67 ; £31 = 0,33; А,о = °>2

Й-=0,3; д=о

времени самовоспламенения, если бы оно происходило только за счет гетерогенной реакции: « т1ёп2 • Период индукции самовоспламенения в

таком режиме определяется формулой

(1.13)

*tgn 3

=2{вт${рк,«-РгУп

при значениях массовой концентрации дисперсной фазы ' 1

В«1- -=-=--l + lnfeo^i) m,oU,o-Pr)~B,. (1.14)

4

Если значение массовой концентрации В ~ В*, реализуется режим самовоспламенения, когда скорости тепловыделения от гомогенной в газе и гетерогенной на поверхности частиц реакций сравнимы, период индукции самовоспламенения можно вычислить по формуле

^4=(VV2+1/r'8"3)"1- 0-15)

Для определяющих параметров задачи (<р, 8, В ) выделены области существования выявленных режимов самовоспламенения газовзвеси (рис. 1.2).

зло

2.00

Режимы самовоспламенения при выполнении неравенства 8 < 8* (8. -критический параметр, при котором происходит самовоспламенение отдельной частицы) определяются значением произведения срх • Если зафиксировать все параметры задачи и менять в широком диапазоне только один параметр х > то можно реализовать все режимы самовоспламенения

газовзвеси. Значение х* > при котором произойдет смена режимов самовоспламенения совокупности и самовоспламенения в условиях взаимовлияния гетерогенной и газофазной реакций, оценим из равенства з = г/£п2 > которое после подстановки (1.12) и (1.13) дает значение

X* =

iJB

(1.16)

(l/(<^ 0£2i)-1 + Infe.o^i))л]т,о{рк,о ~Рт) На рис. 1.3 представлена кривая зависимости rlgn(x), полученная из решения системы уравнений (1.1) - (1.11) и зависимости rlgn,, определенные по

формулам (1.12), (1.13), (1.15). При выбранных значениях параметров задачи X» = 0,46. При значениях Х<Х* реализуется режим самовоспламенения, когда ведущей является гетерогенная реакция, период самовоспламенения определяется формулой (1.12). Когда значения параметра % близки к

величине х* - 0,46, то реализуется режим самовоспламенения в условиях взаимовлияния гетерогенной и газофазной реакций, в случае х»X* реализуется режим самовоспламенения за счет газофазных реакций. Из рисунка видно, что формулы (1.12), (1.13), (1.15) дают хорошее согласие с результатами численного решения задачи. Предложен способ определения областей параметров, характеризующих дисперсную фазу, где реализуется тот или иной режим самовоспламенения. Получены аналитические формулы для определения периода самовоспламенения газовзвеси в каждом режиме и проведено их сравнение с результатами численного счета. Проанализировано влияние стефановского потока на процесс самовоспламенения газовзвеси.

Рис. 1.3. Зависимость безразмерного периода самовоспламенения газовзвеси от параметра % '•

Пунктирная линия - численный счет, сплошные линии - расчет по: (1.12) - 1, (1.15) - 2, (1.13) - 3. у - 0,0042,

7 = 3 (<з = 0,0126), Р = 0,03, ¿е = 1,

С-\, Е2\ -0,67, Ег1 = 0,33, 0 = 0,

= л2 = и3 = и4=1, /л = 0,000083,

рт = 0,3, 8 = 0,2, /> = 1100, В = 0,1

160.00-

120.00

80 00-

40 00

—I— 2.00

4.00

—I— 600

_1— 8.00

X 10.00

Проведено численное моделирование самовоспламенения и сгорания в условиях постоянного объема газовзвеси частиц, выделяющих горючие летучие компоненты. Проанализировано влияние формально-кинетических параметров реакции выделения летучих компонентов и параметров дисперсной фазы на характеристики теплового взрыва, такие как максимальное давление взрыва и скорость роста давления в камере постоянного объема. Представлено сравнение результатов моделирования сгорания газовзвеси угольных частиц в камере постоянного объема с результатами экспериментов1.

С увеличением массовой концентрации угольной пыли конечное давление сначала растет, затем падает (рис. 1.4). Максимум кривой />тах(м) соответствует стехиометрическому соотношению окислителя и горючего в газовзвеси. Полученный результат согласуется с результатами экспериментов1 (см. рис. 1.4). Выделение летучих компонентов и их реагирование с окислителем в газовой фазе вносит существенный вклад в процесс теплового взрыва газовзвеси угольной пыли.

16 п

12

8-

4-

0.0 0 4

—I— 0.8

Рис. 1.4. Зависимость максимального давления взрыва от массовой концентрации пыли: ] — газовзвесь угольной пыли без выделения летучих

компонентов, гк 0 = 5,0 - Ю-4 м ; 2, 3- газовзвесь

угольной пыли, выделяющей горючие летучие

компоненты (2 - гк 0 = 5,0 • 10-4 м, 3 -

1.2

М (кг/м)

~■-1

1.6

гк,о =1,0-10 .м); кривая1. Т0 = 300 АГ

4 - экспериментальная

2. Изучение закономерностей зажигания газовзвесей различными источниками. Инициирование горения газовзвеси осуществляется воздействием внешних тепловых источников, таких как горячая стенка, очаг, тепловыделение от искрового пробоя, лучистый тепловой поток. В связи с этим является важным изучение влияния на временные характеристики воспламенения газовзвесей ее параметров и параметров источников воспламенения.

Проведено исследование воспламенения облака химически реагирующих частиц лучистым потоком при их неравномерной массовой концентрации на границе облака. Неравномерность облака задавалась в виде экспоненциальной функции расстояния от границы облака (N ~ 1 - ехр(-Лх) ). В зависимости от размера частиц, структуры облака и

'Померанцев В.В., Шагалова С.Л, Резник В.А., Кушнаренко В.В. Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив. - Л.: Энергия, 1978. - 144 с.

интенсивности теплового потока выделены режимы пограничного и объемного механизмов воспламенения. Увеличение интенсивности внешнего излучения, размера частиц способствует переходу объемного воспламенения к зажиганию. Координата воспламенения не зависит от величины массовой концентрации дисперсной фазы. Учет собственного теплового излучения частицами приводит к незначительному смещению координаты воспламенения вглубь облака и увеличению периода индукции воспламенения.

Исследованы закономерности перехода от зажигания к самовоспламенению химически реагирующей газовзвеси в сосуде с горячими стенками. На основе численного моделирования получены временные характеристики воспламенения в зависимости от ширины сосуда, а также аппроксимационные зависимости для периода индукции воспламенения, определены области параметров задачи, при которых происходит либо зажигание, либо самовоспламенение. Представлены аппроксимационные зависимости границ существования режимов воспламенения от параметров, характеризующих газовзвесь. Проведено численное исследование влияния излучения от горячих стенок сосуда на режимы воспламенения газовзвеси. Показано, что нарушение квазистационарного режима реагирования частиц при наличии внешнего облучения смещается в сторону меньших размеров частиц. С увеличением излучательной способности стенок область существования режима самовоспламенения сужается.

Исследованы процессы зажигания гибридной газовзвеси горячей стенкой и очагового воспламенения. Моделирование зажигания проводилось до выхода горения на режим распространения пламени. Были выявлены закономерности влияния характеристик дисперсной фазы на период зажигания, получены критические значения характеристик очага разогрева гибридной газовзвеси, приводящие к ее воспламенению.

Рассмотрена задача об искровом зажигании гибридной газовзвеси. Математическая модель искрового зажигания газовзвеси строится на основе двухтемпературной теплодиффузионной модели горения гибридных газовзвесей.

(2.1)

Р ) л

(2.2)

(2.3)

(2.4)

м ( е2 ^

=—ехР *о

+0О;

= Рг=Р1+Рг+Рт- (2.6)

Искра моделируется мгновенным нитевидным источником тепловыделения в точке £ = 0. После выделения энергии за время г0 в газе формируется профиль температуры в виде функции Гаусса. Начальные условия:

/ ^ \ 4т<0

окЫ) = во; = 1; с2(г0,<?)=1; г(г0,<?)=1; Р^Ч^) = 1. (2.7)

Граничные условия: дв^г,0) _ с>Сх(т,0) = дС2(т,0) ^ ¿^(т.оо) _ ¿С,(г,со) _ <?С2(г,°о) ^ дЕ,

При записи математической постановки задачи в безразмерной форме

с„ЛТ} / Е

(2.1) - (2.8) использованы масштабы: и =--1—л--

(времени), Т. =Та- ЬЯТ„ / £г (температуры), х, = ^Л^, ^(с1;р1, 0) (расстояния), р, = 0 (плотности), г; = г0 (размера частиц).

Безразмерные переменные: г= ///.; £=х/х,; 0=£^(Г-Г.)/(ЛГ»2);

= ¿ъ/Лг.о; г = 'Аь; с, = Г./У..0; с2 = ^/^.о; = а/Р*.О ; ^ = Л>/Рй,О •

Паоаметоьг д = . с,Аг02 ,

Параметры, р - у д ^ ^ , В ^ , * ^^ ,

_ Ек . _ ск , др^Е^^-Е^ЯТ.)) . „_ ^ехр(-^/(/гГ.))

Л =-, С =-, О—-:-Гп , //--—-—-Гп,

Е/ с/ ЯТ}ИитХе Яи0й

АЕе т В ы «Ь.м А.Г0 - ^21*1,0 .

— ___ у22/"22

где /4 - линейная плотность тепловыделения от искры; Та - адиабатическая температура сгорания газовзвеси; уу , /л^ - стехиометрические коэффициенты

и молярные массы веществ, вступающих в реакцию. Индексы: 1 - горючее; 2

- окислитель. Параметры: В - массовая концентрация дисперсной фазы; %

- размер частиц; 8 - теплообмен частицы; ¡л - массообмен частицы.

Путем численного решения задачи получены зависимости минимальной энергии зажигания от параметров дисперсной фазы. Выявлено

неоднозначное влияние присутствия экзотермически реагирующих частиц на минимальную энергию искры, приводящую к зажиганию газовзвеси: мелкие частицы уменьшают минимальную энергию искры, частицы большего размера вблизи стехиометрического состава газовой смеси увеличивают минимальную энергию зажигания, а вдали от стехиометрического состава -уменьшают (рис. 2.1). Крупные частицы практически не влияют на минимальную энергию искры, ее энергия равна энергии зажигания газовой смеси.

Рис. 2.1. Зависимость минимальной энергии искры, достаточной для воспламенения 6% метановоздушной смеси, от массовой концентрации дисперсной фазы:

Г0 =400* ;

1- г0 = 0,001мм •, 2 - г0=0,01лш; 3- г0 = 0,05 лш ;4-г0 =0,15 мм ; 5 - инертные частицы г0 = 0,05 мм.

ООО ojo 0Л> О.» cg =1000Дж/(кгК) ;ск =960Дж/(кг К); pg 0 = 1,29 кг / м3 ; рк = 1400кг/л<3; Ág = 0,025 Вт/(м К)] кок=2-104 м/с; kf¡ g = 3 10пл<3/(скг); Ек =115000Дж/моль; Eg = 226260Дж/моль; 0, = ЪЬМДж1 кг; <7 = 20МДж/кг.

Из численного решения системы уравнений (2.1) - (2.8) получены значения нижнего и верхнего концентрационных пределов воспламенения метановоздушной смеси, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными. Для газовой смеси без дисперсной фазы минимум зависимости A»{VCHt), полученной из решения системы уравнений (2.1) - (2.8) при В = 0,

соответствует 9,5% содержания метана. При увеличении и уменьшении процентного содержания С#4 А* возрастает, а при приближении содержания СЯ4 к значению 5,4% (недостаток горючего) и 17% (избыток горючего) линейная плотность тепловыделения от искры, А,, начинает резко возрастать до значений, соответствующих предельным, реализуемым в экспериментах по определению концентрационных пределов воспламенения (рис. 2.2, кривая 1).

Исследовано влияние экзотермически реагирующей дисперсной фазы, взвешенной в реагирующей газовой смеси, на нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения. Были проведены расчеты зависимости A>{vCHí) в присутствии частиц угольной пыли с начальным

радиусом г0 = 0,025мм при массовой концентрации т - 0,134кг/л<3 и

Рис. 2.2. Зависимость критической

энергии искры А* от процентного

содержания СЯ4: 1 - газ; 2, 3 -

гибридная газовзвесь:

(2- т = 0,067кг/л«3,

3- т = 0,134кг/м3). Т0=ЗООК

5.00

"I-'-1-1-1-■-1

10.00 15.00 20.00 25 Ю0

начальной температуре Та = Ъ00К. Присутствие такого количества дисперсной фазы приводит к тому, что нижний концентрационный предел воспламенения исчезает, верхний концентрационный предел сдвигается в сторону более богатых горючим смесей (»21% С#4) (см. рис. 2.2, кривая 3). Расчет нижнего концентрационного предела воспламенения для МВС с угольной пылью массовой концентрации т = 0,067кг /м3 и размером частиц г0 = 0,025лш при начальной температуре Т0 = 300 К по модели (2.1) - (2.8) дает предельную концентрацию метана 2,1%, верхнего - 18,5% (см. рис. 2.2).

Исследовано влияние теплового излучения частицами в процессе искрового зажигания газовзвеси на основе математической модели, учитывающей лучистый теплоперенос в диффузионном приближении.

В безразмерной форме система уравнений имеет вид:

; (2-9)

З/и

двк _ (0Гек) р((ек/}+У-1у) з 8Рк_

д* Тк% гк уРк дт '

дгк = у ркехр(вк/{\ + вкр))

дт 3 1 + 7кГ /(ЬеС)екр(вк /(1 + вкр))'

с&к -г

<а

2 ) 16 О/06 "

рК + /$)т. Начальные условия:

(2.10) (2.11)

(2.12) (2.13)

<Ш>г0) = —ехр

* - 'о

е2 N

4тп

+е<

го.

«0

I2 'о

0/

т2ПСйт

Граничные условия:

"М.0; гЕМ.о; -гЫ-Г..

где г= ф.; £= х/х, ; в= Е(Т-Т,)/(яТ.2); = ре/р^ ; \¥ = ис! 4сг£Т* - переменные; параметры: т = А1ЪлркШк>01рш 0 -концентрация дисперсной фазы; /0 =гка/п - размер

(2.15)

?к=гк/г.; массовая частиц;

стеТ.

- излучательная способность вещества частиц;

энергия искры; / =

б £

теплота сгорания вещества

дисперсной фазы; /? = ЯГ./Я; С = ск/с8 ; В = рк/рг^ ; ¿е = й(/(яг/(с8/?8>0)).

Использованные масштабы: А Т = ЯТ*2/Е: и - -

скркг,ЯТ, /Е

>0); р*=рву, №. = 4сг£Г,4 ; Т,=Тй+(()/ск )т, ¡{т, +1).

Путем численного решения задачи получены зависимости минимальной энергии зажигания от параметров, характеризующих дисперсную фазу; определена область параметров дисперсной фазы, где лучистый теплоперенос существенно влияет на минимальную энергию искрового зажигания. Исследование показало, что при зажигании искрой, в зависимости от параметров газовзвеси, на излучение теряется от 5 до 30% тепловой энергии, выделяющейся при искровом пробое (рис. 2.3).

40 и

Рис. 2.3. Зависимость критической энергии искры от параметра, характеризующего степень черноты дисперсной фазы, Р: 1 - т —1,3, /0 = 0,2; 2 - т = 1,3, /0 = 0,5; 3 -т = 0,7, /0 = 0,2 \4-т = 0,7 , /0 = 0,5. Пунктирные линии - расчет по (2.16). у = 0,05; /7 = 0,09; С = 1; £> = 500; Ье = \

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

Получена аналитическая формула для определения критической энергии искрового зажигания газовзвеси, учитывающая лучистый теплоперенос в газовзвеси. Для приближенного теоретического анализа задачи искрового

зажигания с учетом переноса излучения была принята однотемпературная модель. Тогда, применяя метод В.Н. Вилюнова для нахождения критической энергии искрового зажигания газа, получим значение критической энергии искрового зажигания газовзвеси.

При большой излучательной способности вещества частиц

-/ Я.3 5 6-и.')5 ( / н 64 ¡^РИР

(4

и>=.

Зv0-ll

У0 0 ; ва--, , ,

Когда параметр Р определяется формулой

С.,о = —(!-«♦,о^ехР ~

т 1

пи

у = 0,07//,

О'

1 +171%

мал, критическая энергия искрового зажигания

у0и.0-ва

".,о ="

Зу0 + 4/9^0 - 4

В промежуточной области изменения параметра Р, когда эффекты кондуктивного и лучистого теплопереноса сравнимы, используется формула

С. = а)0 ехр(- (/>//>тах У)+ Ы, (2.16)

где Ртах - значение параметра Р при £ = 1. Формула (2.16) дает значения критических величин энергии искры, отличающиеся от значений, полученных численно, не более чем на 30% в исследованной области изменения параметров (см. рис. 2.3). Проведенное сравнение результатов численного и аналитического решения задачи с известными экспериментальными данными показало удовлетворительное согласие теоретически полученных значений величины минимальной энергии искрового зажигания газовзвеси угольной пыли с данными экспериментальных измерений.

3. Распространение фронта пламени в газовзвесях сложного состава.

Приведены результаты исследования распространения горения по газовзвеси и зависимости скорости распространения пламени в газовзвеси от ее свойств.

Представлено теоретическое исследование взаимодействия волны горения, распространяющейся в газе, с пылевым облаком инертных и химически реагирующих с поглощением тепла частиц. Математическая модель основана на тепло-диффузионной модели горения газов и учитывает двухтемпературность среды и межфазный тепло- и массообмен и теплообмен между газом и стенками трубки, в которой находится газовзвесь. Уравнения, описывающие процессы в запыленном инертными частицами реагирующем газе в одномерной постановке, имеют вид:

дх1

«У

4 з ЛТк л 2 —7сгркск —- = 4пга(Т„ 3 * * А ?

— = ~ ехр

Л дх2

Граничные условия: Тё(0,0 = Та; Начальные условия:

дх

= 0;

<?дс

дх

Тк(х,0) = Г„(х,0) = Г0; 77(х,0) = 1; ВД = Мт(х-/) ; ?(х) =

= 0.

0,

х >0 х <0.

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

Система уравнений (3.1) - (3.5) записывалась в безразмерной форме, где в качестве масштабов выбраны: и = / ехр(-£? /ЛГа)) (времени);

х, /(с?р0) (расстояния); АТ. = ЯТ2 ¡Её (температуры).

Параметры: р = КГа!Е&\ у = <^7?/(¡0^); 1г = £/(яв/(сгр0));

Исследование проводилось численными и аналитическими методами. Получены зависимости для скорости распространения пламени в запыленной газовой среде, времена релаксации скорости распространения пламени на границе пылевого облака, значения критического теплоотвода, приводящего к срыву горения в зависимости от параметров задачи.

Величину внешнего теплоотвода на пределе горения можно приближенно оценить, следуя подходу Я.Б. Зельдовича. В предположении, что теплообмен между газом и частицами безынерционен (однотемпературное приближение), реализуя метод Я.Б. Зельдовича, получим критическое значение параметра

Ь-

4аса ()а0 1

■, при котором происходит срыв горения: Ы ~

гтср с 5 + 1

При этом температура во фронте горения падает на величину

г/2 , л „ N2 '

Еа

&

с В +1 " = и'/л/в .

Е,

8 '

-и'2-.

(3.6)

(3.7)

скорость пламени и

Результаты (3.6), (3.7) аналогичны результатам для пределов горения газовой смеси, с той лишь разницей, что в качестве адиабатической температуры горения здесь фигурирует адиабатическая температура горения

запыленного газа Т^ = Г0 +<2/(с(В+1)). Величину скорости распространения адиабатического пламени в запыленном газе и1 можно найти,

воспользовавшись формулой для скорости распространения пламени в газе Зельдовича-Франк-Каменецкого, подставляя Т„ вместо Та :

п2л+1

1 —

В + \сТ„

(илГ'Ц-К!^]. (3.8)

где 0О = Ее(Т0 - Га)Д/?Г02) - начальная безразмерная температура газовзвеси. В соответствии с выбранными масштабами преобразуем (3.6), (3.7):

х,

«/2 В+1 _/

СО, =--:-г, и = и

2е Щ

Расчеты, проведенные по (3.8), (3.9), представлены на рис. 3.1.

(3.9)

4-1

1 -

410°

1-1-1-1-1-1-1-1-.-1

0.00 0.05 0.10 0.15 0 20 0 25

Рис. 3.1. Зависимость критического значения теплоотвода от массовой концентрации дисперсной фазы:

1 - ЛГ = Ю4 ; 2 - ДГ = 103; 3 - * = 10; Штриховая линия - аналитическое решение (3.9)

«.10 4

т-1-1-1-1-1-1-]-■-1

0 00 0 09 0 10 0 15 0 20 0 25

Рис. 3.2. Зависимость критического

теплоотвода от массовой концентрации дисперсной фазы (/, 2 - аэрозоль; ]', 2' -

инертные частицы). = С = 1,5;

1/^=0,1846; 1 = 5,65;

1,1 '-/ = 0,08, /? = 0,069;

2,2'- у — 0,р = 0,087

Результаты расчета скорости распространения газового пламени в запыленной среде качественно совпадают с известными экспериментальными данными. Результаты, вычисленные по приближенной аналитической формуле, хорошо совпадают с численным счетом (см. рис. 3.1).

Исследована эффективность применения завесы в виде аэрозоли воды для • огнепреграждения (рис. 3.2). Путем математического и численного моделирования определено, что эффективность огнепреграждения зависит от размеров дисперсной фазы. При малых размерах дисперсной фазы тормо-

и

и

в

25 -

зящее воздействие аэрозоли воды на пламя выше, чем инертных частиц. Начиная с некоторого размера капель их воздействие становится эквивалентным воздействию не реагирующих частиц дисперсной фазы (см.рис. 3.2).

Проведено моделирование распространения пламени в гибридной газовзвеси. Такая газовзвесь в некотором приближении моделирует метановоздушную смесь со взвешенными в ней частицами угольной пыли. Математическая модель в безразмерной форме в двумерном приближении записывается в виде:

- д9я

Рг—

д2в

дт

* +-г- + С}С2 ехр

дт]1

в0

\

1 + Рв?/ + 1 в„-Свъ+

х

х-сЛв&ч) <я\ р ) с л'

(1в

ат

К =^(в!1-вк)-—8С2]-,

да

1_

дт

дС-у

= Ье

' д2Сх | дгСх Л

, + V

^ д2С2 д2С2 ^ д£2 д$2

■ уСхС2 ехр

дт

\

3 р2

=--С2]цЬеС

- а¡±уСхС2 ехр

+ а

IX

5)

<1т

Г „ , „Ми0у . -_ ехр(£^/(1 + М))

йт х

йт

Рх+-

С

шт 2•0, \+и?™?{ЕекК\+/звк)У = 0.

(3.10)

(3.11)

(3.12)

(3.13)

(3.14)

(3.15)

Начальные условия: 0*(£О) = 0в(£О) = -1/г; ^(£,0) = 1; С,(£0) = 1; С2(£0) = 1; г(£0) = 1;

в{д,т1)=В0{\-соъ{тп1И)). Граничные условия:

(3.16)

^(00,17,г) _ дд^Ат) _ дв^4,Ь,т) д4 дч дц

0„(О,77,г) = О;

= 0:

дГХЪ,Л,т) _ дУ1 (оо, т], т) _ дУ, (4,0, т) _ дУ,(4М д<Ц д£ дт] дг)

Использованы масштабы: времени и =

= 0; / = 1,2.

с5КТга!Щ

(3.17)

0*0,1 ехр(- £,ДЛГ0 )УХ ,Г2, ' координаты х, = ¡с&р&0 ; температуры АТ* = ЯТ2/е1. Безразмерные переменные: 0= Е\(Т-Та)/(лТа2); С, =7,/^.; С2 = ¥2/¥2.; ; ;

rk = rk/rkfi . Параметры: z = ckpkrl0/(3NuÄgu); В = ckpkN4m-l0/(3cgpg);

0,06 у

0,05 0,04 0,03 0,02 0,01

U,t

1

0 40

н-1-1-1-1 В

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Рис. 3.3. Зависимость стационарной безразмерной скорости распространения пламени от массовой концентрации дисперсной фазы при различных значениях энергии активации гетерогенной химической реакции: у = 0,1; ß = 0,05; Ье - 1;

Nud /NuT = 1; С = 2,5; р = 0,25 ; 8 = 5 ; Yx 0 = 0,0402; Е = 0,33 (сплошные

линии), 0,66 (штриховые), 1,0 (пунктирные), оо (линия 1, инертные частицы); (□) -

Проанализировано влияние физико-химических параметров дисперсной фазы на стационарную скорость распространения волны горения (в одномерном приближении при постоянной концентрации дисперсной фазы). С увеличением энергии активации гетерогенной химической реакции выгорание частиц в волне горения замедляется, скорость распространения фронта пламени в такой газовзвеси падает (рис. 3.3). Уже при Е-1 и «

£>100 химические реакции на поверхности частиц дисперсной фазы не сказываются на распространении пламени по газовзвеси, ее влияние эквивалентно влиянию инертной дисперсной фазы. Изменение параметров 8 и /л можно трактовать как изменение теплового эффекта гетерогенной реакции и коэффициента массоотдачи. Увеличение 8 приводит к более сильному прогреву частиц, и химическая реакция на частицах, определяемая аррениусовской зависимостью ее скорости от температуры и скоростью массообмена, протекает быстрее, чем при меньших значениях 8 (рис. 3.4). В свою очередь, сильно разогретые частицы более интенсивно прогревают газ, ускоряя протекание реакции в газовой фазе. При уменьшении параметра ¡л скорость распространения волны горения также увеличивается.

¿ = 10,(0)-* = 100

Рис. 3.4. Зависимость стационарной безразмерной скорости распространения пламени от параметра 5 при различных значениях параметра ц : у = 0,1; р = 0,05; Ье = 1;

Иий1Иит =1; £=0,33; С = 2,5; У, 0= 0,0402; В = 0,15; ¿=50 (сплошные

линии), 100(пунктирные); Ц : (0) — 0,1, (Д)-0,25, (о)-0,5, (□)- 1,0; 1 -незапыленная

газовая смесь; 2 - газовзвесь инертных частиц при х~ Ю0; В = 0,15

Затем была рассмотрена гибридная газовзвесь, в которой частицы распределены в пространстве неравномерно. Принималось, что неоднородность распределения имеет вид слоевого периодического распределения в поперечном направлении и аппроксимируется функцией п(у) = Лд^-соз^//)), в продольном направлении х концентрация постоянная. Типичная стационарная пространственная картина распределения параметров газовзвеси при стационарном горении представлена на рис. 3.5. При больших значениях концентрации частиц В0 фронт горения вытянут вперед в области, где концентрация частиц не максимальная. В зоне максимальных значений концентрации частиц большая их доля остается несгоревшей из-за нехватки кислорода. Здесь несгоревшие частицы играют роль теплового балласта, нагреваются, понижая температуру газа. Вытянутость фронта определяется соотношением концентрации кислорода после сгорания метана и количеством дисперсного горючего (см. рис. 3.5 в). Сгорание частиц в остатках кислорода приводит к локальному повышению температуры. С уменьшением В0 вытянутая вперед зона смещается в область максимальных значений концентрации. Происходит более полное сгорание частиц газовзвеси.

Было проведено исследование зависимости скорости распространения фронта горения от массовой концентрации и от масштаба неоднородности. С увеличением массовой концентрации дисперсной фазы скорость фронта пламени сначала растет, затем падает. При неравномерной концентрации дисперсной фазы скорость фронта начинает уменьшаться при меньших значениях средней концентрации дисперсной фазы.

В зависимости от масштаба неоднородности концентрации газовзвеси, (/,), при малых значениях Ь скорость распространения фронта горения определяется средним значением концентрации частиц дисперсной фазы. С увеличением Ь величина скорости стремится к величине, определяемой максимальным значением концентрации частиц в газовзвеси.

В параграфе 5 на основе математической модели распространения пламени по газовзвеси, дисперсная фаза которой выделяет горючие летучие компоненты, анализируется влияние формально-кинетических характеристик реакции выделения летучих компонентов на скорость распространения пламени в газовзвеси. При горении частиц угольной пыли в газовую фазу выделяются содержащиеся в угле горючие летучие компоненты. Исследование влияния выделения летучих компонентов из дисперсной фазы на скорость распространения фронта пламени по газовзвеси проведено на основе математической модели (1.1) - (1.11), дополненной учетом процессов теплопроводности и диффузии компонентов в газовой фазе. На рис. 3.6 а, б представлена зависимость безразмерной стационарной скорости распространения фронта горения от массовой концентрации дисперсной фазы и от размера частиц дисперсной фазы при различных значениях параметра, характеризующего интенсивность выделения летучих компонентов.

горения от массовой концентрации дисперсной фазы (а) и размера частиц дисперсной фазы (б): ^.=0,057; У2. =0,228; 0 = 0,056; у = 0,07476; ¿ = 356; //=15;

С = 1; рт = 0,3; £,2=0,4815; Еи =0,33. а)-¿ = 800; /- 7 = 0; 2-7 = 0,05; 3- ./=0,2; ¿ = 200; Г- 7 = 0; 2'- ./ = 0,05; 3'- 7 = 0,2. б)- В = 0,1; 1 -7 = 0;2-7 = 0,05;3-7 = 0,2; 5 = 0,25; 7 = 0;2'- 7 = 0,05;3'-7 = 0,2

Видно, что при увеличении массовой концентрации частиц скорость вначале возрастает, достигает максимума и затем начинает незначительно убывать. Выделение летучих компонентов приводит к увеличению скорости распространения пламени. При увеличении размера частиц скорость распространения пламени монотонно падает.

4. Математическое и численное моделирование распространения ударных волн от взрыва и горения газовзвесей угольной пыли в метановоздушной смеси в сети выработок угольных шахт. При добыче угля в шахтах иногда происходят возгорания угля, приводящие к возникновению пожара в некоторой области выработки. Вследствие пожара нарушается режим проветривания шахты, накапливается выделяющийся из угля метан, образующий с воздухом взрывоопасную смесь. При проведении аварийных работ по тушению возникшего очага горения и ликвидации последствий пожара необходимо оценивать опасность возможного взрыва метановоздушной смеси (МВС) и воздействия взрывных волн на жизнь и здоровье горноспасателей и целостность используемого ими оборудования.

Для расчета распространения ударных волн в сети горных выработок разработан газодинамический метод, основанный на решении уравнений газовой динамики для разветвленной сети каналов (выработок), с учетом возможного прихода угольной пыли со стенок выработок и ее горения. Математическая модель движения и горения газопылевой среды в условиях горной выработки строится в предположении, что частицы имеют сферическую форму, вовлекаются в поток газа и движутся в нем без отставания, записана в виде системы уравнений, выражающих законы сохранения массы, импульса и энергии газопылевой смеси. Объем частиц учитывается в уравнении состояния. др 5 др иБ

= Зфу-х); (4.1)

дг дх

= (4.2)

= ПО.фу-X)-50^(1--*); (4.3)

дц/ дш —+ м— д1 дх

+ = в¥¥фг - х); (4.4)

дриЭ д(ри2 + р)3 п

дрШ + д{рЕи^ри)8 тди + _х) + ПОгСгШХу _х). (4.6)

р{Мр-а)=ЕТ-, (4.7)

= (4.8)

Э/

Я = ср(1-?])-су(1-т}); а = Рз/(Р8Рк), Р = Р8+Р}\

* = Е = СГТ+Су = су(1-*) + с3*; к = Мг£1±££;

Р 2 СрО-^ + Сз^

1 2 0.221 _ риЪек) п 45

= 8е//7» : =°-0032+-^оЖ; =—;

д = а(7}-7); ЛЬ = 0.02211е0 8Рг0 47 Е ; Рг = -^; ;

Л8

03 =

(*,/)> хг < х <

ЛЩх.О^х.О + б^^х-хД х = х2 £(х-хг) = О х<хг;

= «^ост^)/?^! (г); = 50^(^)0, (/)/К0 ;

О, х < хг 1 х = хг О х > хг;

1 _ р3

рк4яг2/3 ркУ0{1-ч/)' ~- = и + С, С = ху(0) = Ху10; (4.9)

= и + х2(0) = Х 0. (4.10)

а/

Здесь С„ - удельная теплоемкость газопылевой смеси при постоянном объеме; С3 - массовая скорость прихода угольной пыли в поток; -массовая скорость газоприхода от горения частиц угольной пыли; -теплота сгорания угольной пыли; уу - стехиометрический коэффициент; у/объемная сгоревшая доля частицы пыли; д{ - доля золы в продуктах горения; п - число частиц пыли в единице объема; ху - координата положения воздушной ударной волны; хг - координата волны воспламенения; С/у - скорость распространения волны воспламенения по газовзвеси относительно неподвижного газа; а^) - линейная скорость

горения частицы угля.

В зонах сопряжения горных выработок (рис. 4.1) движение газопылевой среды описывается системой уравнений:

+ ^ + ^ + ^ = о; (4.11)

д1 дх 8у дг

дг дх ду дх

™ лГ=^ ~ х); (4-14)

дри | д{ри2+р) | дриу 1 дрш = 0. & дх ду д2

дру | дриу | в{руг + р) | дручу _ ^ _ д1 дх ду дг '

дру> | дрим> [ <?ру>у [ д(ру/г + р) =р- ^

дх ду ¿к

дрЕ + д(рЕи + ри) д(рЕу + ру) д(рЕ* + р„) = с() ( } Л дх ду дг ¥ 2

111 И + V + / \

£ = С„Г+ 2 , р(1/р-а) = ЛГ. (4.19)

Начальные условия:

. ЛЧ [РА хеЗГ [ГА хеЗГ , яч \рг хеЗГ

|Р0 хеЗГ; [Г0 х£ЗГ; у [0 хйЗГ\

и(х,0) = 0; р3(х,0) = 0; ^(лг,0) = 0. (4.20)

лч (Т>4 вЗГ _ лч ГгА вЗГ , лч \рт вЗГ

и{х, у, 2,0) = 0; у(х, у, 2,0) = 0; м{х, у, г,0) = 0 ; ръ (х, у, 2,0) = 0 ; у(х,у,г,0) = 0; М(х,0) = М0(х). (4.21)

где Рь, Ть, ру - давление, температура и плотность продуктов сгорания в области взрыва; Р0, Г0 - начальное давление и температура в выработке; ЗГ - зона загазованности.

Граничные условия: в зависимости от типа канала на его границах ставятся различные граничные условия. Если граница канала тупик, то граничное условие - условие непротекания для газа, имеющее вид:

и|г/=0. (4.22)

Если канал выходит в атмосферу, то задается постоянство значений давления и плотности:

Р\гр= Рапш> р\гр=Ратм • (4-23)

Если канал граничит с другими каналами, то в качестве граничных условий будем использовать значения потоков массы, импульса и энергии:

м\гр=ми 7^=/,, £|гр=£,. (4.24)

Для системы уравнений (4.11) - (4.19) используем условия на границах зоны в виде (4.24), если на соответствующей стороне есть примыкающий канал; если нет - используем условие непротекания (4.22) на соответствующей стороне зоны (см. рис. 4.1).

Рис. 4.1

При М0(х) = 0 система уравнений (4.1) - (4.24) описывает распространение воздушных ударных волн (ВУВ) от взрыва МВС в разветвленной сети горных выработок угольных шахт и позволяет определять безопасные для работы горноспасателей зоны сети горных выработок и зоны загазованности продуктами горения. Создана компьютерная программа расчета распространения ВУВ и течения газа в выработках угольных шахт, которая позволяет детально определить картину газодинамического течения продуктов взрыва и распространения ВУВ в разветвленной сети горных выработок. Представлены результаты расчетов различных аварийных стуаций. Проведено моделирование взрывов локальных скоплений метановоздушной смеси, индуцированных распространением ударных волн от первичного взрыва МВС, и проанализировано связанное с ними усиление интенсивности распространяющихся ударных волн. Взрыв локального скопления метана усиливает переднюю ударную волну, формирует двухволновую структуру распределения давления в выработке. Интенсивность передней ударной волны, распространяющейся по выработке после взрыва локального скопления метана, зависит от величины выделившейся во взрыве энергии и практически не зависит от формы распределения давления после взрыва локального скопления.

Проведен параметрический анализ влияния характеристик горения угольной пыли на интенсивность ВУВ. При больших значениях скорости распространения волны воспламенения по угольной пыли давление во фронте ударной волны поддерживается высоким за счет горения угольной пыли на достаточно больших расстояниях от зоны первоначального взрыва. Величина скорости горения угольной частицы влияет на давление в ударной волне незначительно: увеличение ее в 10 раз приводит к увеличению давления во фронте ударной волны не более чем на 10%. Увеличение поверхностной плотности отложений угольной пыли существенно влияет на увеличение давления во фронте ударной волны. На рис. 4.2 представлены распределения давления по длине выработки в моменты времени, когда ударная волна проходит 280 м (I), 680 м (И), 1080 м (III), 1480 м (IV), 1880 м (V) (взрыв 30 метров МВС стехиометрического состава в тупике 2030 -метровой, прямолинейной выработки).

Рис. 4.2. Распределения давления по длине выработки в различные моменты времени:

1-М0 = 0кг/м2 , U/ = 0 м/с, ах=0м/с\

2-М0 = 0,\кг/м2 , Uf =0м/с, ах =0м/с-,

3- М0 = 0,1 кг/м2 , Uf -2м/с,

а, = 0,0005м/с; 4 - М0 = 0,1 кг/м2 , Uf = 20 м/с, щ = 0,0005м/с;

5- М0 — 0,1 кг/м2 , Uf =50м/с,

о| ....... у С100 nnj)^ =0,0005 м/с

О 5 10 15 20 25

Когда на стенках выработки нет пыли, ударная волна, пройдя расстояние 1880 м, уменьшает свою интенсивность до перепада 0,5 атм (рис. 4.2, кривые /). При наличии инертной пыли на стенках выработки интенсивность ударной волны уменьшается совсем незначительно (рис. 4.2, кривая 2). При горении угольной пыли интенсивность ударной волны после прохождения такого же расстояния увеличивается (рис. 4.2, кривые 3, 4, 5). Увеличение интенсивности ударной волны при горении угольной пыли зависит от того, как далеко оторвалась ударная волна от зоны горения пыли. При небольших значениях Uf оно невелико, с ростом Uf интенсивность ударной волны

увеличивается. При больших значениях Uу давление во фронте ударной

волны возрастает значительно, так как зона горения на начальном этапе распространения ударной волны находится близко к ударной волне.

Сгорание локальных скоплений угольной пыли приводит к увеличению интенсивности ударной волны, распространяющейся от первичного взрыва.

Так, при взрыве МВС в тупике прямолинейной выработки (зона взрыва 15 м), когда на расстоянии 1215 м от зоны загазования метаном есть локальные отложения угольной пыли на протяжении 32 м, интенсивность ударной волны при сгорании пыли может удвоиться (рис. 4.3).

28-1

(ОДМПа)

Рис. 4.3. Распределения давления в выработке в моменты прохождения ударной волной расстояний: 1 ~ 280 м, 2 - 680 м, 3 -1080 м, 4 - 1480 м, 5 - 1880 м при различной величине С/у. а, =0,0005м/с, сплошная

линия - м0 -0,\кг/м2 , С/у =50л</с ; штрих-

пунктирная - М0= 0,1кг/м2 , V{ - 20м/с ;

штриховая - М0 = 0,1кг/м2 , и; = 2м1с ;

пунктирная - Мо = 0кг/м2 , С/, = 0л</с

Расчёты показали, что при приходе ударной волны в зону запыления стенок выработки, пыль быстро переходит во взвешенное состояние и по ней распространяется волна зажигания. Последующее горение угольной пыли приводит к локальному повышению давления в газе, происходит усиление передней ударной волны, а в противоположном направлении начинает распространяться встречная ударная волна. Проведенный параметрический анализ влияния горения локального скопления угольной пыли на стенках выработки, вовлекаемой в поток газа, на интенсивность распространения ВУВ показал, что наиболее существенным параметром, влияющим на усиление ударной волны, является величина выделившейся энергии при сгорании угольной пыли.

При опасности возникновения взрыва МВС, при проведении горноспасательных работ осуществляются мероприятия по защите людей и оборудования от воздействия ВУВ и управлению их распространением в горных выработках. Для этого используются быстровозводимые сооружения, устанавливаемые вблизи зон сопряжения выработок - взрывозащитные парашютные перемьгчки, быстровозводимые взрывозащитные перемычки и перегородки, сланцевые и водяные заслоны, загромождения выработок при помощи тяжелых предметов и элементов оборудования.

На основе газодинамической методики расчета распространения ударных волн по сети горных выработок угольных шахт предложена методика учета взаимодействия ударных волн с взрывозащитными парашютными перемычками. С её помощью рассчитаны различные варианты нестандартного расположения взрывозащитных парашютных перемычек в выработках шахт. Проведены расчеты коэффициентов затухания ВУВ при ее взаимодействии с взрывозащитными парашютными перемычками, расположенным^'^волЬзи сопряжения горных выработок различной конфигурации-. ЧЙ^ке били

5 ОЭ зоо »" I

проведены исследования эффективности создания завалов для гашения интенсивности ударных волн от взрыва МВС. Загромождения выработок моделировались путем задания переменного сечения выработок. Проведены расчеты коэффициентов затухания ВУВ при прохождении завалов. Значения коэффициентов затухания определялись по соотношению:

К0 = Р>Г~1(атМ), (4-25)

где ^Гтах = тах[^Г]! ^тах = тах[^Г] - максимальное значение давления

торможения в ударной волне перед парашютной перемычкой (завалом) и позади парашютной перемычки (завала) на расстоянии 2-4 м от нее.

На рис. 4.4 показана динамика взаимодействия волны давления с взрывозащитной парашютной перемычкой, установленной вблизи Т-образного сопряжения прямолинейных выработок.

ги—*

1 2

Парашютная перемычка

установлена в выработке 3 на расстоянии 4 метра от зоны сопряжения. Доля проходного сечения 0,3.

51 Р (0,1 МПа)

Х(100М)

--1-1-г—I--.-1-.-1-1-]

0 1 2 3 4 5

Рис. 4.4. Распределения давления в выработках (построены через интервал времени 0,05 с). Пунктирные линии -распределения давления в выработке 3, сплошные - в выработках 1-2

На рис. 4.5 представлены зависимости коэффициентов затухания, полученные на основе газодинамического расчета, в зависимости от величины доли проходного сечения выработки и их сравнение с данными методики Устава ВГСЧ.

10-1 к,

о

Рис. 4.5. Значения коэффициентов затухания при различных значениях доли проходного сечения выработки. ЛТ* - значение К0 в

выработке 2, - значение К0 позади

парашютной перемычки. Сплошные линии -расчет по (4.1) - (4.24) при ДР„гтах = 0,12 МПа, пунктирные - при

АР„ттт = 0,32 МПа ; штрих-пунктирные линии - данные методики ВГСЧ (верхняя для = 0,05 -г 0,1 МПа, нижняя для

Д^Гтах=0,2-0,ЗМ7а)

лтах

00 02 04 06 08 1 0

На основе газодинамической методики расчета распространения ударных волн по сети горных выработок угольных шахт предложена методика учета взаимодействия ударных волн с водоналивными перемычками и водяными и сланцевыми заслонами.

Для моделирования взаимодействия ударных волн с водяными и сланцевыми заслонами используется газодинамическая модель распространения ударных волн по сети горных выработок и модель движения газопылевой среды (4.1) - (4.24). Предполагается, что при подходе ударной волны к водяному (или сланцевому) заслону вода, находящаяся в полиэтиленовых мешках (или сланцевая пыль, находящаяся в специальных емкостях), мгновенно переводится в газокапельное (газопылевое) состояние и равномерно располагается по всему сечению выработки на заданной длине. Испарение воды и осаждение дисперсной фазы на стенки не учитывается. Начальные условия (4.20), (4.21) дополняются начальными условиями для плотности газокапельной среды в местах расположения заслонов:

где рзы - начальная объемная плотность воды (пыли) в зонах заслонов; ЗВЗ - зона водяного (сланцевого) заслона.

Были проведены расчеты взаимодействия ударной волны с водяным и сланцевыми заслонами, расположенными на различных расстояниях от зоны взрыва МВС с различными значениями массовой концентрации дисперсной фазы (воды или сланцевой пыли). Типичная картина взаимодействия ударной волны с водяным заслоном представлена на рис. 4.6. При взаимодействии ударной волны с заслоном давление в ней повышается, она частично отражается, частично проходит через заслон. Прошедшая волна имеет меньшую интенсивность. Увеличение длины водяного заслона вдвое приводит к уменьшению интенсивности прошедшей ударной волны (см. рис.

Рзы * ЗВЗ О вне ЗВЗ,

4.6).

взаимодействии ударной волны с водяным заслоном и при отсутствии заслона. Длина заслона 30 м (а), 60 м (б), рЗЛ, = 10кг! м". I - Г = 0,1 с; 2- Г = 0,2 с; 3 - / = 0,3 с; 4-* = 0,4с; 5-Г = 0,5с; 6- ? = 0,6с; 7-/ = 0,7с; 5-/ = 0,8с; 9-/ = 0,9с; /0- Г = 1,0 с; // - / = 1,1 с\12-г= 1,2 с

Проведены расчеты коэффициентов затухания ВУВ (4.25) при ее взаимодействии с водяными заслонами, расположенными вблизи сопряжения горных выработок различной конфигурации (рассмотрено 6 различных конфигураций). Результаты расчетов для Т-образного сопряжения представлены на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Зависимости коэффициентов затухания от массы воды в заслоне на единицу площади поперечного сечения выработки, т/Б. - значение К0 в боковой выработке, _ значение ЛТ0 позади водяного заслона. Сплошные линии -

Л^Гтах = °>32 МПа' штриховые - Д/»/^ = 0,05 МПа .

Исследование влияния параметров водоналивных перемычек, водяных и сланцевых заслонов на интенсивность ударной волны показало, что наиболее существенным параметром, влияющим на интенсивность прошедшей

ударной волны, является масса заслона. Сравнение расчета распространения ударной волны через водоналивную перемычку с экспериментальными данными, представленными в литературе, показало хорошее согласие замеренных и рассчитанных значений давления торможения в ударной волне перед перемычкой и позади неё.

Приведены примеры расчета распространения ударных волн в модельных выработках угольных шахт, в том числе с учетом взрывов локальных скоплений метана, показывающие существенную роль нестационарных волновых процессов при распространении ударных волн в выработках, которые необходимо учитывать при моделировании аварийных ситуаций и определении взрывобезопасных расстояний.

5. Моделирование процессов в малогабаритных газогенераторах.

Малогабаритные пороховые газогенераторы используются для создания рабочего газа для обеспечения перемещения исполнительных элементов различного назначения. Газ транспортируется к исполнительным элементам по трубопроводам. Функционирование таких газогенераторов обладает рядом особенностей, которые необходимо учитывать при их проектировании и подборе условий заряжания: малая масса порохового заряда; масса воспламеняющего состава сравнима с массой порохового заряда; малая величина камеры сгорания и большая величина отношения площади поверхности камеры сгорания к ее объему, что приводит к существенной величине теплопотерь. Наличие трубопровода с поворотами и разветвлениями также влияет на работу газогенератора.

Приводятся математическая модель и результаты численного моделирования работы системы газогенератор - трубопровод - привод. Математическая модель учитывает постепенное горение пиротехнического состава, движение продуктов сгорания по трубопроводу с учетом теплообмена и трения со стенками, поворотов и разветвлений трубопровода, учитывает движение привода, начинающегося по достижении заданного критического давления, истечение газа через зазор между подвижным элементом привода и корпусом, трение при движении подвижного элемента привода.

Конструктивные схемы устройства газогенераторов двух типов приведены на рис. 5.1 и 5.2. Принцип работы конструкций состоит в следующем. После зажигания пиротехнического состава в процессе его горения давление в камере сгорания возрастает и, достигнув некоторого значения, давлением газа сдвигается поршень или прорывается мембрана и открывает выход в трубопровод. Продукты сгорания движутся по трубопроводу в привод, заполняют его объем. По достижении некоторого заданного давления в объеме привода подвижный элемент приходит в движение, под действием сил давления и при заданной силе трения проходит заданное расстояние и останавливается.

д

д>а

УЛ

р

Рис. 5.1. Схема газогенератора первого типа: 1 - объем с пиротехническим составом; 2 - поршенек; 3 - трубопровод; 4 - объем привода; 5 - подвижный элемент привода (ПЭ)

Рис. 5.2. Схема газогенератора второго типа: 1 - объем с пиротехническим составом; 2 - мембрана; 3 - трубопровод; 4, 5 -приводы; 6,7- подвижные элементы (ножи) приводов

Математическая модель рабочего процесса в газогенераторе-трубопроводе-приводе строится на основе термодинамической модели внутрибаллистических процессов в ствольных системах, в которых учитывается постепенное горение зерен заряда, и уравнениях газовой динамики для описания течения продуктов сгорания в трубопроводе.

В объеме с пиротехническим составом процессы описываются системой уравнений, представляющей собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, имеющих смысл законов сохранения массы и энергии продуктов сгорания и выгорания зерен заряда. В правых частях уравнений учитывается теплообмен со стенками камеры сгорания, газо- и энергоприход от горения зерен заряда, истечение продуктов сгорания в трубопровод.

В прямолинейных участках трубопровода движение газа описывается уравнениями газовой динамики в одномерном приближении, а в зонах поворота или разветвления трубопровода - уравнениями газовой динамики в двумерном приближении (подход аналогичен изложенному в главе 4, см. системы уравнений (4.1) - (4.7), (4.11) - (4.19)).

В объемах приводов (рис. 5.1,4, или рис. 5.2, 4, 5) процессы описываются системой обыкновенных дифференциальных уравнений, состоящей из

уравнений сохранения массы и энергии продуктов сгорания, уравнения движения подвижного элемента и изменения объема с подвижным элементом. В правых частях уравнений учитывается теплообмен со стенками объема с подвижным элементом, приход массы газа из трубопровода, трение подвижного элемента при его движении.

На основе сформулированной математической модели было проведено численное моделирование процессов в системе газогенератор - трубопровод - привод. Проанализировано влияние конструктивных параметров системы, таких как давления открытия выходного отверстия из камеры сгорания и его диаметра, начальной температуры, влияние поворотов трубопровода на газодинамику движения продуктов сгорания по трубопроводу и временные характеристики перемещения привода. Было проведено согласование математической модели с результатами экспериментальных измерений, проведенных в РФЯЦ ВНИИТФ. Согласование проводилось при заданных конструктивных параметрах системы и условиях заряжания по максимальному давлению в газогенераторе и объеме привода путем введения поправки в конечный импульс пиротехнического состава.

Выполнен расчет процессов в системе газогенератор-трубопровод-привод с разветвляющимся Т-образным трубопроводом. Проведено численное моделирование работы газогенератора, когда трубопроводы частично заполнены жидкостью.

Сформулированные математические модели и согласованные с экспериментами численные методики использованы для подбора условий заряжания газогенераторов рассмотренных типов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведено математическое моделирование и анализ зависимостей периода самовоспламенения от параметров дисперсной фазы в газовзвесях сложного состава, таких как немонодисперсная, двухкомпонентная, гибридная, двухкомпонентного аэрозоля, состоящего из перемешанных капель окислителя и горючего, газовзвеси, дисперсная фаза которой выделяет горючие летучие компоненты. Получены аналитические формулы для периода самовоспламенения и аналитические оценки критических условий самовоспламенения.

Сформулирована модель процессов испарения и химического реагирования аэрозоли топлива в дизельном двигателе.

Проведено исследование самовоспламенения и сгорания газовзвеси угольной пыли, выделяющей горючие летучие компоненты, в постоянном объеме. Полученные зависимости максимального давления в объеме после сгорания газовзвеси от ее массовой концентрации и максимальной скорости роста давления при взрыве хорошо соответствуют экспериментально измеренным, опубликованным в научной литературе.

2. Исследованы закономерности зажигания газовзвесей сложного состава различными источниками.

Изучены взаимопереходы от зажигания к самовоспламенению газовзвеси в полости с горячими стенками, проанализирована роль излучения от стенок.

Изучены закономерности при зажигании горячей стенкой и очаговом воспламенении гибридной газовзвеси, определены области параметров, в которых ведущей является реакция в газовой фазе или на поверхности частиц дисперсной фазы.

Проанализирована роль излучения тепла от нагретых частиц при зажигании неоднородного облака частиц потоком лучистой энергии.

Проведено исследование искрового зажигания гибридной газовзвеси. Из численного решения системы уравнений математической модели получены значения нижнего и верхнего концентрационных пределов воспламенения метановоздушной смеси, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными. Проведено исследование влияния частиц экзотермически реагирующей дисперсной фазы, взвешенной в горючем газе, на нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения. Реагирующие частицы дисперсной фазы расширяют концентрационные пределы горения газовых смесей.

Проведен численный и аналитический анализ влияния лучистого теплопереноса на минимальную энергию искрового зажигания газовзвеси.

3. Проведено математическое моделирование закономерностей распространения фронта пламени в газе, запыленном инертными, терморазлагающимися частицами, аэрозолем воды. Проведено сравнение результатов расчетов скорости пламени с эмпирической формулой для скорости распространения пламени в запыленном газе. Аналитически и численно определены критические условия срыва горения при внешнем тегогоотводе.

Изучены закономерности распространения фронта горения в гибридной газовзвеси. Проведено моделирование и исследование влияния неравномерного распределения дисперсной фазы на скорость распространения фронта горения в гибридной газовзвеси.

Исследовано влияние выделения горючих летучих компонентов из дисперсной фазы на скорость распространения фронта горения в газовзвеси.

4. Предложена газодинамическая методика расчета распространения воздушных ударных волн от взрыва МВС в разветвленной сети горных выработок угольных шахт с учетом прихода угольной пыли со стенок выработок и ее горения, позволяющая определять безопасные для работы горноспасателей зоны сети горных выработок и зоны загазованности продуктами горения при взрыве МВС.

На основе газодинамической методики расчета распространения ударных волн по сети горных выработок создана методика учета влияния взрывов локальных скоплений метана, встречающихся на пути распространения ударной волны, взаимодействия ударных волн с взрывозащитными парашютными перемычками и загромождениями выработок, водоналивными перемычками и водяными и сланцевыми заслонами.

Проведено сравнение расчетов с экспериментальными данными падения интенсивности ударной волны при ее распространении через водоналивные перемычки. Проведено сравнение расчетов с эмпирическими коэффициентами затухания ударной волны при прохождении зон сопряжения горных выработок и при прохождении ударной волной взрывозащитных парашютных перемычек, установленных вблизи зон сопряжения выработок.

Сформулированные математические модели, разработанные численные методики являются методологической и методической базой для развития газодинамической методики расчета взрывобезопасных расстояний при взрывах МВС в шахтах с целью учета на ее основе эффектов подавления, перераспределения энергии и управления направлением распространения воздушных ударных волн с использованием различных взрывозащитных сооружений.

5. Сформулирована математическая модель рабочих процессов в системах газогенератор - трубопровод - привод, учитывающая постепенное горение пиротехнического состава, движение продуктов сгорания по трубопроводу с учетом теплообмена и трения со стенками, поворотов и разветвлений трубопровода, учитывающая движение привода. Проанализировано влияние конструктивных параметров системы, таких как давления открытия выходного отверстия из камеры сгорания и его диаметра, начальной температуры, влияние поворотов трубопровода на газодинамику движения продуктов сгорания по трубопроводу и временные характеристики перемещения привода. Проведено согласование математической модели с результатами экспериментальных измерений, выполненных в РФЯЦ ВНИИТФ. Рассчитана система газогенератор-трубопровод-привод с разветвляющимся Т-образным трубопроводом. Проведено численное моделирование работы газогенератора, когда трубопроводы частично заполнены жидкостью.

Сформулированные математические модели, и согласованные с экспериментами численные методики использованы для подбора условий заряжания газогенераторов рассмотренных типов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дик И.Г., Губин Е.И., Крайнов А.Ю., Макаров А.И. Влияние дисперсного материала на скорость распространения пламени в газе // Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем: Тез. докл. XIV Всесоюзн. конф. -Одесса, 1986.-Т. 2.

2. Дик И.Г., Губин Е.И., Крайнов А.Ю. Нестационарное взаимодействие волны горения с пылевым облаком // ИФЖ. - 1988. - Т. 55, № 2. - С. 236243.

3. Крайнов А.Ю., Шаурман В.А. О пределах распространения пламени по запыленному газу // Физика горения и взрыва. - 1997. - Т. 33, № 4. - С. 1420.

4. Губин Е.И., Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Ингибирование газовых пламен порошковыми составами // Физика горения и взрыва. - 1989 - Т. 25, № 2. -С. 57-62.

5. Krainov A.Yu., Shaurman V.A. Inhibition of Gas Flame by Spray // Chemical Gasdynamics and Combustion of Energetic Materials. Book of Abstracts. Tomsk, 1995.-P. 76.

6. Крайнов А.Ю., Шаурман B.A. Ингибирование газовых пламен аэрозолью капельной жидкости // Физика горения и взрыва. - 1996. - Т. 32, № 4. -С. 55-61.

7. Атаманова И.В., Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Период индукции немонодисперсной совокупности // Горение гетерогенных и газовых систем: Материалы IX Всесоюзн. симпозиума по горению и взрыву. -Черноголовка, 1989. - С. 75-77.

8. Krainov A.Yu. Ignition of bicomponent suspension of particles and gas //Proceeding of the 16-th International Colloquium on Dynamics of Explosion and reactive systems. Poland. - Kracov, 1997. - P. 519-522.

9. Крайнов А.Ю. О самовоспламенении двухкомпонентной газовзвеси // Физика горения и взрыва. -1999. - Т. 35, № 5. - С. 6-13.

10. Крайнов А.Ю. Влияние теплофизических характеристик инертной преграды и теплопотерь на распространение волны горения // Физика горения и взрыва. - 1987. - Т. 23, № 6. - С. 16-19.

11. Козлов Е.А., Крайнов А.Ю. Самовоспламенение смеси аэрозолей окислителя и горючего // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998.-С. 61-62.

12. Крайнов А.Ю., Козлов Е.А. Численное моделирование самовоспламенения двухкомпонентного аэрозоля жидких окислителя и горючего // Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии природопользования территориальных комплексов Западной Сибири: Материалы научной конференции. - Горно-Алтайск, 2000. -С. 80-81.

13. Козлов Е.А., Крайнов А.Ю. Период самовоспламенения двухкомпонентной аэрозоли жидких окислителя и горючего // Физика горения и взрыва. - 1999. - Т. 35, № 6. - С. 15-21.

14. Крайнов А.Ю., Тюрин Ю.И. Моделирование сгорания топлива в дизельном двигателе // Вычислительная гидродинамика и горение конденсированных систем. - Томск: Изд-во ТГПУ, 2001. - С. 130-138.

15. Крайнов А.Ю., Расич В.О. Математическое моделирование выхода летучих компонентов при самовоспламенении газовзвеси угольной пыли // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. - С. 45-46.

16. Крайнов А.Ю. О влиянии выхода горючих летучих компонентов из дисперсной фазы на самовоспламенение газовзвеси // Физика горения и взрыва. - 2002. - Т. 38, № 5. - С. 11-21.

17. Крайнов А.Ю. Моделирование самовоспламенения и сгорания газовзвеси угольной пыли в ограниченном объеме // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады конференции. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - С. 76-77.

18. Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Зажигание неоднородного облака частиц в поле радиационного излучения // Электрофизика горения: Тез. докл. XIV Всесоюзн. семинара по электрофизике горения. - Челябинск, 1991. - С. 68

19. Крайнов А.Ю. Воспламенение неоднородного облака частиц лучистым потоком // Физика горения и взрыва. - 1996. - Т. 32, № 4. - С. 19-24.

20. Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Режимы воспламенения газовзвеси в сосуде с нагретыми стенками // Физика горения и взрыва. - 1984. - Т. 20, № 5. -С. 58-62.

21. Дик И.Г., Крайнов А.Ю., Макаров А.И. О воспламенении газовзвеси в полости с нагретыми излучающими стенками // Физика горения и взрыва. -1990. - Т. 26, № 5. - С. 20-24.

22. Зубков C.B., Крайнов А.Ю. Исследование зажигания различными источниками и выхода на режим послойного горения гибридной смеси //Тезисы докладов Третьего Сибирского конгресса по индустриальной математике (ИНПРИМ-98). - Новосибирск: Изд-во Ин-та матем., 1998. -Ч. IV.-С. 64-65.

23. Крайнов А.Ю. Численное исследование зажигания различными источниками гибридной газовзвеси (смеси реагирующих газов и частиц) // Химическая физика процессов горения и взрыва: Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. - Черноголовка, 2000. - Ч. II. - С. 28-30.

24. Крайнов А.Ю., Баймлер В.А. Критические условия воспламенения искрой смеси газообразных окислителя и горючего с реагирующими частицами // Физика горения и взрыва. - 2002. - Т. 38, № 3. - С. 30-36.

25. Дик И.Г., Крайнов А.Ю., Цой C.B. Учет лучистого теплопереноса при зажигании пылевого облака искрой // Математические модели и методы их исследования (задачи механики сплошных сред, экологии, технологических процессов). - Красноярск: Красноярский госуниверситет, 1997.-С. 83-84.

26. Крайнов А.Ю. Влияние лучистого теплопереноса на минимальную энергию искрового зажигания газовзвесей // Физика горения и взрыва. -2001. - Т. 37, №3.-С. 16-24.

27. Баймлер В.А., Крайнов А.Ю. Моделирование искрового зажигания газа с учетом его термического расширения // Сборник избранных докладов VII Всерос. науч.-техн. конф. «Механика летательных аппаратов и современные материалы». - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. - С. 71-73.

28. Баймлер В.А., Крайнов А.Ю. Влияние термического расширения на минимальную энергию искрового зажигания газа // Физика горения и взрыва. - 2002. - Т. 38, № 4. - С. 9-13.

29. Krainov A.Yu. Flame Propagation in the Suspension of Combustible Particles and Gases // Pre-prints of the Seventh International Colloquium of Dust Explosions, 1996. P. 5.15-5.22. Полное изложение:

Krainov A.Yu. Flame Propagation in the Suspension of Combustible Particles and Gases // Archivum combustionis. - 1996. - Vol. 16, № 3-4. - P. 189-198.

30. Крайнов А.Ю. Распространение пламени в смеси горючих газов и частиц // Физика горения и взрыва. - 2000. - Т. 36, № 2. - С. 3-9.

31. Крайнов А.Ю. Распространение фронта горения по газовзвеси, выделяющей горючие летучие компоненты // Труды Международной конференции «Байкальские чтения - II по моделированию процессов в синергетических системах». - Улан-Удэ; Томск: Изд-во ТГУ, 2002. - С. 4851.

32. Крайнов А.Ю., Шрагер Э.Р., Мочалов Ю.С., Селиховкин А.М. Выделение пентафторида фосфора из газовой смеси методом конденсации // Химическая промышленность. - 2001. - № 6. - С. 51-56.

33. Васенин И.М., Крайнов А.Ю., Палеев Д.Ю, Шрагер Э.Р. Моделирование распространения воздушных ударных волн от взрыва метановоздушной смеси в разветвленной системе горных выработок угольных шахт // Математическое моделирование процессов в синергетических системах: Сборник статей. - Улан-Удэ; Томск, 1999. - С. 94-98.

34. Крайнов А.Ю., Шрагер Э.Р., Васенин И.М., Палеев Д.Ю. Численное моделирование газодинамических процессов в сети горных выработок угольных шахт после взрыва локального скопления метана // Химическая физика процессов горения и взрыва: Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. - Черноголовка, 2000. - Ч. III. - С. 42-45.

35. Палеев Д.Ю., Лукашев О.Ю., Крайнов А.Ю. Программный комплекс для расчета распространения ударных волн по горным выработкам // Материалы IV Международной научно-практической конф. «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах». -Кемерово, 2000. - С. 143-145.

36. Палеев Д.Ю., Васенин И.М., Шрагер Э.Р., Крайнов А.Ю. Газодинамический метод расчета взрывобезопасных расстояний // Материалы IV Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах». - Кемерово, 2000. - С. 152— 154.

37. Васенин И.М., Крайнов А.Ю., Палеев Д.Ю, Шрагер Э.Р. Численное моделирование распространения ударных волн в запыленных горных выработках // Труды научных мероприятий «Природно-техногенная безопасность Сибири»: Доклады VI Международной конференции «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф». - Красноярск, 2001. - Т. 1. - С. 174-182.

38. Палеев Д.Ю, Лукашев О.Ю., Васенин И.М., Крайнов А.Ю., Шрагер Э.Р. Газодинамический метод расчета взрывобезопасных расстояний при взрывах в угольных шахтах // Труды научных мероприятий «Природно-техногенная безопасность Сибири»: Доклады VI Международной конференции «Современные методы математического моделирования

природных и антропогенных катастроф». - Красноярск, 2001. - Т. 1. -С. 244-253.

39. Paleev D.Yu., Vasenin I.M., Krainov A.Yu., Shrager E.R. Gasdynamic method of explosion-proof distance calculation // 29-th International Conference of Safety in Mines Research Institutes. Conferences Proceedings. - Szczyrk, Poland, 2001. - Vol. 1. - P. 297-306.

40. Васенин И.М., Крайнов А.Ю., Палеев Д.Ю., Шрагер Э.Р. Расчет коэффициентов затухания воздушной ударной волны парашютными перемычками // Труды Международной конференции «Байкальские чтения - II по моделированию процессов в синергетических системах». - Улан-Удэ; Томск: Изд-во ТГУ, 2002. - С. 18-21.

41. Палеев Д.Ю., Лукашов О.Ю., Костеренко В.Н., Васенин И.М., Шрагер Э.Р., Крайнов А.Ю. Взаимодействие ударных волн в горных выработках с водяными и сланцевыми заслонами // Безопасность жизнедеятельности. - 2002. - №7.

42. Исследовать процессы воспламенения метановоздушной смеси и распространения пламени и ударных волн по горным выработкам: Отчет по НИР (РосНИИ ГД): Рук. работы Д.Ю. Палеев, И.М. Васенин. № гос. регистрации 0980009368. - Кемерово, 1999. - 104 с.

43. Шрагер Э.Р., Крайнов А.Ю., Горелик З.А., Баймлер В.В., Иванов В.М. Математическое и численное моделирование работы малогабаритных газогенераторов // Международная научно-практическая конф. «Третьи Окуневские чтения»: Материалы докладов. - Санкт-Петербург, 2002. - Т. 2. -С. 35.

44. Шрагер Э.Р., Крайнов А.Ю. Зажигание зерненого конденсированного вещества двухфазным потоком // Макроскопическая кинетика и химическая газодинамика: Материалы Всесоюзн. школы-семинара. - Томск, 1989. -С. 136-142.

45. Крайнов А.Ю. Зажигание насыпного слоя гранулированного конденсированного вещества потоком горячих газов // Механика быстропротекающих процессов. - Томск, 1989. - С. 14-21.

46. Сафронов А.И., Крайнов А.Ю. Численное исследование нестационарного заполнения газом ускоряемого поршня с внутренней полостью. Аэрогазодинамика нестационарных процессов. - Томск: Изд-во Том ун-та, 1992.-С. 99-104.

I

I

Отпечатано на участке оперативной полиграфии Редакционно-издательского отдела ТГУ Лицензия ПД № 00208 от 20 декабря 1999 г.

Заказ № $Ц "02 "

0$

2003 г. Тираж 120 экз.

2-ooJ- A

uéH

№11614

11 11

ВВЕДЕНИЕ

1. САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКИ РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВЗВЕСЕЙ СЛОЖНОГО СОСТАВА

1.1. Период индукции самовоспламенения немонодисперсной совокупности реагирующих частиц.

1.2. Самовоспламенение двухкомпонентной газовзвеси.

1.3. Самовоспламенение гибридной газовзвеси.

1.4. Период самовоспламенения двухкомпонентного аэрозоля жидких окислителя и горючего.

1.5. Моделирование сгорания топлива в дизельном двигателе.

1.6. О влиянии выхода горючих летучих компонентов из дисперсной фазы на самовоспламенение газовзвеси.

1.7. Математическое и численное моделирование самовоспламенения и сгорания газовзвеси угольной пыли.

1.8. Выводы по главе 1.

2. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОВЗВЕСЕЙ РАЗЛИЧНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ.

2.1. Воспламенение неоднородного облака частиц лучистым потоком.

2.2. Воспламенение газовзвеси в полости с нагретыми излучающими стенками.

2.3. Исследование зажигания различными источниками и выхода на режим послойного горения гибридной газовзвеси (смеси реагирующих газов и частиц).

2.4. Критические условия воспламенения искрой гибридной газовзвеси.

2.5. Влияние лучистого теплопереноса на минимальную энергию искрового зажигания газовзвесей.—.

2.6. Выводы по главе 2.

3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ФРОНТА ПЛАМЕНИ В ГАЗОВЗВЕСЯХ СЛОЖНОГО СОСТАВА.

3.1. Взаимодействие волны горения с облаком ингибитора.

3.2. Пределы распространения пламени по запыленному газу.

3.3. Ингибирование газового пламени аэрозолем капельной жидкости.

3.4. Моделирование распространения пламени в смеси горючих газов и частиц..

3.5. Распространение пламени в гибридной газовзвеси с неоднородной концентрацией частиц.

3.6. Распространение фронта горения по газовзвеси, выделяющей горючие летучие компоненты.

3.7. Выводы по главе 3.

4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УДАРНЫХ ВОЛН ОТ ВЗРЫВА И ГОРЕНИЯ ГАЗОВЗВЕСЕЙ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В МЕТАНОВОЗДУШНОЙ

СМЕСИ.

4.1. Газодинамическая модель расчета взрывобезопасных расстояний при взрывах метановоздушных смесей в угольных шахтах

4.2. Влияние взрывов локальных скоплений метана на интенсивность ударной волны.

4.3. Математическая модель распространения ударной волны с учетом прихода угольной пыли и ее горения

4.4. Методика учета влияния взрывозащитных парашютных перемычек на интенсивность ударной волны в сети выработок угольных шахт.

4.5. Математическая модель, методика и результаты расчёта ослабления воздушной ударной волны при ее взаимодействии с водяными и сланцевыми заслонами.

4.6. Сравнительный анализ эффективности использования ВЗПП, завалов и водяных заслонов.

4.7. Выводы по главе 4.

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В МАЛОГАБАРИТНЫХ ГАЗОГЕНЕРАТОРАХ.

5.1. Математическая модель работы системы газогенератор -трубопровод — привод.

5.2. Результаты расчетов рабочего процесса в газогенераторе первого типа при различных значениях конструктивных параметров.

5.3. Результаты расчетов рабочего процесса в газогенераторе второго типа при различных значениях конструктивных параметров.

5.4. Расчет системы газогенератор - трубопровод — привод с трубопроводами, частично заполненными жидкостью.

5.5. Выводы по главе 5.

В связи с расширением использования в практике измельченных материалов, интенсификацией производственных процессов и химических технологий, связанных с дисперсными материалами, остаются актуальными исследования химического реагирования, распространения пламени в газовзвесях, исследования горения газовзвесей и дисперсных материалов в энергетических установках и двигателях.

Часто способные к реагированию дисперсные материалы в процессе производства, переработки или использования находятся в состоянии аэровзвеси при малых величинах объемной доли частиц (или капель) - в установках энергетики, химической, пищевой, фармацевтической, текстильной промышленности [1-3]. Дисперсные материалы используются в качестве рабочего тела в энергоустановках, двигателях (ракетных, двигателях внутреннего сгорания), газогенераторах различного назначения, в импульсной технике. Газовзвеси образуются в технологических процессах переработки материалов, при пневмотранспорте сыпучих материалов, в угледобывающей промышленности, порошковой металлургии [4-7].

Природа химической активности газовзвесей может быть различной. Частицы газовзвеси могут реагировать с окислителем газовой фазы, продукты горения могут быть инертными или химически реагирующими газами, либо конденсированными окислами, образующими новую конденсированную фазу, либо окисную пленку на поверхности частиц. Частицы угольной пыли в процессе нагрева способны выделять горючие газообразные компоненты (летучие) и реагировать с окислителем газовой фазы гетерогенно. Частицы унитарного топлива способны гореть в инертной среде (частицы или зерна пороха). Существуют дисперсные материалы, реагирующие с поглощением тепла, которые нашли применение в пожаротушении [8].

В связи с интенсификацией технологических процессов, расширением применения и использования веществ, находящихся в дисперсном состоянии и способных образовывать химически активные газовзвеси участились взрывы газовзвесей. Они обладают большой разрушительной силой и зачастую приносят большой экономический ущерб и человеческие жертвы. Так по статистическим данным [9] в США ежегодно экономический ущерб от взрывов газовзвесей только в Grain Industry исчисляется десятками миллионов долларов.

Проблему выработки обоснованных норм пожаро- взрывобезопасности производств и технологических процессов решают комплексом мер. Основной из них является исследование взрываемости химически активных газовзвесей дисперсных материалов. Были выработаны критерии взрываемости порошков, проведена классификация их по взрываемости [1, 3-5]. Пожаро-взрывоопасность промышленных пыл ей определяется такими критериями: горючесть, нижний концентрационный предел распространения пламени, минимальная энергия зажигания искрой, максимальное давление взрыва, скорость нарастания давления, температура вспышки, температура воспламенения, температурные пределы распространения пламени, температура тления [1]. Были разработаны стандартные методики по определению взрываемости пыли, были созданы установки по исследованию самовоспламенения, искрового зажигания, определению скорости распространения волны горения в газовзвеси, химического реагирования и взрывов газовзвесей различной природы.

В процессе накопления экспериментального материала выявились основные физические факторы и параметры, определяющие взрываемость газовзвесей, скорость распространения фронта горения в газовзвесях и другие характеристики их химического реагирования. К ним относят размер частиц и распределение частиц по размерам, их массовую концентрацию, удельную поверхность, теплофизические и химико-кинетические характеристики материала частиц, подвижность частиц в облаке за счет осаждения и конвекции, тепловое влияние окружающей среды или стенок объема, в котором находится газовзвесь.

Накопленный экспериментальный материал и создание Н.Н.Семеновым, Я.Б.Зельдовичем и Д.А.Франк-Каменецким [10-12] основ теории горения стимулировали появление теоретических исследований, посвященных моделированию теплофизических, химико-кинетических и макрокинетических процессов в газовзвесях, учитывающих их главные особенности - двухфазность и гетерогенность химического реагирования.

Первые работы, учитывающие двухфазность и двухтемпературность среды, были посвящены определению периода индукции самовоспламенения и критических условий самовоспламенения [13-16] с применением методов Н.Н.Семенова и Д.А.Франк-Каменецкого [10, 11]. Появление моделей [13-15] стимулировало развитие теоретических исследований зажигания и горения газовзвесей в таких научных центрах, как ОИХФ (п. Черноголовка) [17-25], в ЛПИ (г. Санкт-Петербург) [26-38], в МГУ [39-55], в ИПМ РАН [56-58], в институте гидродинамики РАН (г. Новосибирск) [59-67], ОГУ (г. Одесса) [6873], ТГУ (г. Томск) [74-86].

Развитие исследований вопросов самовоспламенения газовзвесей пошло по пути уточнения кинетических функций гетерогенного реагирования [23-25, 37, 68-70], учета полидисперсности [26], выгорания реагентов [32], многообразия воспламенений [61-64] при различных начальных условиях, учета сложного состава газовзвесей и конкурирующего механизма химического реагирования в газовой фазе и на поверхности частиц [63,67,69,72,73, 87-90].

Источником воспламенения и взрыва газовзвесей могут выступить различные внешние источники тепла — горячее тело или стенка, тепловое излучение, очаг разогрева, искровой разряд [1]. Определению критических характеристик этих источников и периода зажигания газовзвеси и скорости распространения пламени посвящено много экспериментальных работ [91-97] (см. обзор [1]), которые способствовали развитию математических моделей и методов их анализа (аналитических и численных). В работах [19-21, 74] аналитическими и численными методами проведено исследование периода зажигания газовзвеси лучистым потоком и горячим телом. Критические условия очагового воспламенения газовзвесей определены методом сращиваемых асимптотических разложений в [83], аналитическими и численными методами в [22]. Критическая энергия искрового зажигания определена аналитическими и численными методами в [22, 77, 80, 84].

С развитием численных методов и увеличением мощностей ЭВМ появилась возможность численного решения задач зажигания и выхода на режим горения газовзвесей. При распространении фронта горения в газовзвеси наблюдается многообразие режимов распространения - кондуктивный, лучистый, кондуктивно-лучистый, кондуктивно-конвективный, автоколебательный, турбулентный, детонационный [49, 91]. Все эти режимы отличаются величиной скорости распространения фронта горения, при этом в каждом режиме свой механизм переноса тепла из зоны горения в область перед ней. Анализ стационарных режимов распространения фронта горения за счет кондукции и за счет лучистого теплопереноса проведен в работах [18, 27, 98], где предложены приближенные аналитические выражения для скорости фронта горения в газовзвеси при кондуктивном и лучистом режимах распространения и определены области существования этих режимов. В цикле работ Степанова А.М. и Озеровой Г.Е. [28, 30, 33, 34, 36, 38] проведено решение задач об определении стационарных скоростей распространении фронта горения в газовзвеси в теплодиффузионной постановке на основе стационарных уравнений, выражающих законы сохранения массы и энергии газовзвеси. Были определены скорости распространения фронта горения в режимах кондуктивного и лучистого, определены области существования этих режимов, пределы применимости диффузионного приближения [49, 99], [36, 38]. Было показано, что добавка небольшой доли крупной фракции в газовзвесь изменяет режим распространения пламени с кондуктивного на лучистый [36, 38], что было замечено в экспериментальных измерениях [91].

В работах [19-21, 25] проведено моделирование зажигания газовзвеси горячей стенкой и выхода на лучистый режим распространения фронта. Выход на скоростной режим распространения волны горения в газовзвеси происходит двухступенчато, когда от медленно распространяющегося фронта горения прогревается широкий слой газовзвеси перед фронтом и затем происходит выход на стационарный высокоскоростной режим. Авторами [19-21, 25] проанализировано влияние лучистых и кондуктивных теплопотерь, которые приводят к переходу от лучистого к кондуктивному режиму, показано существование множественности режимов распространения пламени, обусловленное конкурирующим влиянием лучистых и кондуктивных теплопотерь [19, 25], определены параметры газовзвеси, при которых может реализоваться автоколебательный режим распространения фронта, проанализировано влияние осаждения частиц [20].

Однако не всегда можно объяснить существование высокоскоростного механизма распространения пламени в газовзвеси лучистым теплопереносом [35]. Эксперименты, проведенные авторами [35] с газовзвесями с низкой температурой горения и различными поглощательными свойствами дисперсной фазы показали возможность определяющей роли конвективного механизма переноса тепла в пламени газовзвеси в высокоскоростном режиме ламинарного пламени.

Анализу режимов кондуктивно-конвективного распространения пламени посвящены работы [56-58]. На основе двумерных уравнений движения сжимаемого, теплопроводного, вязкого газа в присутствии дисперсной фазы анализируется эволюция горящего облака частиц в атмосфере, в поле сил тяжести.

В работах [39-46] проведено моделирование распространения фронта горения в газовзвеси унитарного топлива, в котором конвективный режим распространения пламени является основным. Здесь разогрев частиц и их воспламенение происходит за счет движения продуктов сгорания из зоны горения в зону перед фронтом. Унитарное топливо обладает свойством большого газовыделения, которое приводит к локальному повышению давления и движению газа. За счет инерционности частицы, находящиеся вблизи линии контактного разрыва несущая фаза - продукты сгорания, попадают в высокотемпературную зону продуктов, воспламеняются и сгорают. Это приводит к самоподдерживающемуся режиму конвективного горения, проходящему с большой скоростью распространения фронта, который может привести к переходу к детонации [45].

Дисперсная фаза многих газовзвесей способна к выделению газообразных горючих компонентов. В результате возникает газовзвесь, в которой химические реакции проходят и в газовой фазе и на поверхности частиц (гибридная газовзвесь [1]). Возникновение таких газовзвесей происходит в процессах сушки дисперсных материалов, в химических реакторах горения дисперсных материалов, при горении древесной пыли, в процессах переработки угля и торфа, при получении кокса, при угледобыче. Гибридные газовзвеси обладают повышенной чувствительностью к взрыву [1, 5] и являются весьма взрывоопасными из-за эффектов взаимовлияния гомогенных и гетерогенных реакций. Так, например, метановоздушная смесь при концентрации метана менее 4,5% является невзрывоопасной, но при наличии некоторого количества угольной пыли становится взрывоопасной. Исследованию горения угольной пыли, взвешенной в метановоздушной смеси, посвящены работы [50-53, 85, 86]. В [85, 86] моделируется гидродинамика, теплообмен и горение угольной пыли в условиях котла. В [50-53] рассматриваются режимы горения взвеси угольной пыли в МВС, определены закономерности горения, скорость распространения горения, условия перехода горения в детонацию. В этих моделях учитываются реакции в газовой фазе, на поверхности частиц и выделение их дисперсной фазы горючих летучих компонентов через аппроксимационные зависимости.

Исследованию турбулентного горения пылевоздушной смеси посвящена работа [55]. В ней предложена математическая модель зажигания и горения полидисперсной газовзвеси, учитывающая эффекты взаимовлияния газа и пыли, турбулентные пульсации, химические реакции на поверхности частиц, в газе и реакции выделения летучих компонентов в частицах. Авторами проведено моделирование сгорания газовзвеси угольной пыли в условиях постоянного объема.

В большинстве моделей горения газовзвесей используется диффузионно-кинетический подход к моделированию гетерогенного реагирования частиц [11], учитывающий аррениусовскую зависимость скорости реакции от температуры и скорость подвода окислителя к поверхности частицы за счет диффузии. Однако, горение частиц некоторых веществ происходит более сложным образом — образование окисной пленки на поверхности частиц металла, образование зольного слоя на поверхности горящих частиц некоторых органических веществ. Естественно макрокинетика горения отдельной частицы будет влиять на режимы распространения фронта горения в газовзвеси. Чтобы учесть эти эффекты в первом приближении используются соответствующие модели горения газовзвесей: гомогенная, гетерогенная, квазигетерогенная, парофазная, эстафетная [49]. Другой способ — определение кинетической функции реакции, учитывающей некоторые особенности реакции [23, 37, 47, 70]. Для более корректного учета реакций горения в газовзвесях используются результаты исследований горения отдельных частиц. Изучение горения отдельных частиц проводилось во многих работах. Первая теоретическая модель горения капли горючего [100] учитывает в квазистационарном приближении процессы вблизи частицы при ее горении в парофазном режиме. Детальное экспериментальное и теоретическое исследование горения капель жидкого горючего и металлических частиц в окислителе проведено различными авторами [37, 47, 61, 62, 72, 101]. Определены кинетические функции окисления частиц многих металлов и проведено сравнение с экспериментальными данными результатов моделирования самовоспламенения и горения газовзвесей [34, 61, 62, 67]. Для горючих частиц органических веществ учитываются кинетика реагирования — параллельные реакции [70, 72, 102], многостадийность процесса реагирования [89, 90], образование конденсированных окислов вокруг частиц [37, 38]. К настоящему времени появилось много работ по горения углеродистых частиц и частиц угля [7, 29, 50-55, 67, 70, 72, 73, 85, 86, 88-90, 103, 104], где учитывается кинетика выделения летучих компонентов, множество реакций с учетом реального химического состава угля и внутренней структуры частиц угля [88-90, 96].

Одна из широких сфер применения порошковых составов -использование их в качестве средств пожаротушения. Они находят применение в практике пожаротушения и огнепреграждения [8, 105, 106]. В зависимости от материала, механизм подавления газовых пламен диспергированным составами может быть обусловлен тепловым взаимодействием твердой и газовой фаз, либо химическим ингибированием, или их сочетанием [106-110]. В [92] в качестве тушащего порошка использовались кремнийсодержащие вещества, и механизм подавления газового пламени такого рода порошками объясняется инерционностью теплообмена твердой и газовой фаз. Более широкое применение в пожаротушении нашли порошковые составы комбинированного воздействия, которые наряду с балластированием понижают температуру газа за счет эндотермических реакций разложения твердой фазы и разбавления газообразными продуктами терморазложения исходной горючей смеси. В соответствии с теплодиффузионным механизмом распространения пламени понижение температуры ведет к замедлению скорости химической реакции горения и понижению скорости пламени.

Экспериментальное исследование эффективности применения порошковых составов в качестве огнепреградителей показало ее сильную зависимость от дисперсности порошка и массовой концентрации [92, 93]. Теоретическое моделирование распространения пламени по запыленному газу инертными [81, 111-113] или терморазлагающимися [114] частицами горючему газу позволило определить основные параметры дисперсной фазы, наиболее существенно влияющие на уменьшение скорости распространения пламени, и определить вид и физический смысл константы в эмпирической формуле, приведенной в [92]. Наличие инертной дисперсной фазы в горючем газе смещает пределы распространения пламени в запыленном инертными частицами горючем газе при наличии теплоотвода в окружающую среду.

Одним из способов огнепреграждения при горении газов является создание на пути пламени водяной завесы в виде аэрозоля капельной жидкости. Взаимодействие волны горения с облаком аэрозоля рассматривалось экспериментально и теоретически авторами [109, 110, 116]. В некоторых условиях (выработанное пространство угольных шахт) к устройствам пожаротушения и огнепреграждения предъявляются определенные требования к скорости их срабатывания и создания завесы. Естественно имеются ограничения на расходные характеристики устройств, подающих тушащие составы [6, 110]. Дисперсность аэрозоля, его массовая концентрация, скорость испарения жидкости может влиять на эффективность воздействия завесы на пламя. В связи с этим необходимо создавать такие тушащие составы, которые наиболее эффективно взаимодействуют с высокотемпературной зоной волны горения для понижения температуры реакции и, как следствие, уменьшения скорости распространения пламени. Предварительные оценки можно проводить на основе математического моделирования процессов взаимодействия волны горения с облаком аэрозоля.

Как показывает опыт [6, 94, 105, 110, 117-127], дисперсная фаза или водяная аэрозоль даже при небольших массовых концентрациях способны не только затормозить распространение пламени, но и прекратить распространение фронта детонации в метановоздушной смеси [97]. Специальные устройства гашения пламени и огнепреграждения используются в горных выработках угольных шахт [6]. Помимо эффекта огнепреграждения такие завесы (водяные или пылевые) уменьшают интенсивность ударной волны, распространяющейся от взрыва МВС или зарядов взрывчатого вещества.

Необходимо отметить, что в последнее время особый интерес уделяется проблемам горения угля, угольных частиц, угольной пыли [50-55, 67, 88-90, 129, 130]. Это вызвано с одной стороны проблемой обеспечения более экономичного и экологически чистого сжигания угля, с другой стороны -обеспечением безопасных, безаварийных технологических процессов угледобычи и углепереработки [2, 3, 6]. Есть и третья сторона проблемы — обеспечение безопасности людей и оборудования при работе с установками и оборудованием, содержащими газовзвеси угольной пыли путем недопущения возникновения взрывоопасных концентраций МВС и угольной пыли. В случае возникновения аварийной ситуации должен проводится комплекс мер по обеспечению безопасности людей и оборудования [6, 118, 119]. В случае аварии в шахте при проведении спасательных или аварийно-восстановительных работ при угрозе взрыва последние регламентируются Уставом ВГСЧ [119]. Однако, опыт ликвидации аварий на угольных шахтах, специальные исследования, проведенные в экспериментальных шахтах и модельных условиях [5, 131,132], математическое и численное моделирование [5, 133-137] по распространению пламени и ударных волн в сети выработок угольных шахт выявляет недостаточность существующих инженерных методик расчета взрывобезопасных расстояний, так как они основаны на приближенных или аппроксимационных формулах для зависимости интенсивности ударных волн от пройденного ими пути и не учитывают многие эффекты, существенно влияющие на интенсивность ударной волны при ее распространении в сети горных выработок [119-120]. К таким эффектам можно отнести возможное горение угольной пыли, поднимаемой со стенок выработок по мере продвижения ударной волны, возможное возникновение серии последовательных взрывов локальных и слоевых скоплений метана, встречающихся на пути ударной волны, наличие волновых эффектов при движении газа и продуктов взрыва по выработкам. Создание и использование новых эффективных способов и средств защиты от взрывов и ударных волн [6], использование водяных и пылевых завес [122, 123, 127] также требует проведения более детального учета их взаимодействия с ударной волной и пламенем от взрыва МВС в шахтах. Кроме этого новые средства взрывозащиты должны быть эффективно применены в аварийной ситуации. В связи с этим должно быть проведено обоснованное планирование расположения взрывозащитного оборудования в выработках, исходя из сведений о возможном взрыве загазованных участков выработок.

В последнее время в различных областях техники началось широкое использование газогенераторов различного назначения [140-169]. Можно выделить газогенераторы, используемые в воспламенительных узлах РДТТ, в пиропатронах в различных устройствах пироавтоматики, газогенераторы, используемые в устройствах подъема объектов из-под воды, газогенераторы, используемые для разрыва пластов с целью повышения нефтеотдачи, газогенераторы, используемые в оборудовании для прострелки стенок скважин, газогенераторы, используемые в подушках безопасности в автотранспорте, для очистки теплообменников на ТЭЦ, для резки металлических конструкций в экстремальных условиях. Все они имеют свои определенные особенности конструкции и условия эксплуатации. Источником газа в газогенераторах являются продукты сгорания конденсированных веществ, которые в некоторых конструкциях газогенераторов находятся в виде зерен или частиц различной формы, которые при горении образуют газовзвесь. Наиболее распространенным источником газа является порох. Поэтому при разработке и конструировании газогенераторов различного назначения используются методы и подходы, хорошо разработанные в механике дисперсных потоков, внутренней баллистике ракетных двигателей на твердом топливе и внутренней баллистике ствольных систем [147-162].

Целью исследований, представленных в диссертации является изучение самовоспламенения, зажигания и горения химически реагирующих газовзвесей сложного состава, и расчета газодинамических течений при горении газовзвесей по разветвленным каналам. Диссертация написана по работам [111116], [174-213] и состоит из 5-ти глав, заключения и списка литературы.

5.5. Выводы по главе 5.

При выполнении исследований рабочих процессов в системах газогенератор - трубопровод - привод проведены исследования и получены следующие результаты.

1. Сформулирована математическая модель рабочих процессов в системах газогенератор - трубопровод - привод, учитывающая постепенное горение пиротехнического состава, движение продуктов сгорания по трубопроводу с учетом теплообмена и трения со стенками, поворотов и разветвлений трубопровода, учитывающая движение привода, начинающегося по достижении заданного критического давления, истечение газа через зазор между подвижным элементом привода и корпусом и трение при движении подвижного элемента привода. к

Методики и программы расчета рабочих процессов в системах газогенератор — трубопровод — привод для двух типов приборов были оформлены и переданы заказчику в соответствии с ТЗ № 088-15/4568 от 13.09.2001.

2. На основе сформулированной математической модели и разработанной методики было проанализировано влияние давления открытия выходного отверстия из камеры сгорания и его диаметра, влияние поворотов трубопровода на газодинамику движения продуктов сгорания по трубопроводу и временные характеристики его срабатывания, проведены расчеты изменения динамических характеристик срабатывания прибора при изменении начальной температуры в интервале -50 С - +50 С. Также было проведено согласование математической модели с результатами экспериментальных измерений, проведенных в РФ ЯЦ ВНИИТФ.

3. На основе сформулированной математической модели и разработанной методики был проведен расчет системы газогенератор - трубопровод - привод с разветвляющимся, Т-образным трубопроводом. Расчеты показали, что при заданных конструктивных ограничениях на величину камеры сгорания, количества продуктов сгорания не достаточно для срабатывания двух ножей в случае некоторого разброса конструктивных характеристик ножей (при срабатывании одного ножа, после некоторой задержки, происходит сброс давления из объема второго ножа в увеличившийся объем за первым ножом).

Проведено численное моделирование работы газогенератора, когда трубопроводы частично заполнены жидкостью. Приведены оценки параметров заряжания пороховым зарядом для обеспечения срабатывания прибора при заданных конструктивных параметрах прибора.

Сформулированные математические модели и согласованные с экспериментами численные методики могут быть использованы для подбора условий заряжания газогенераторов рассмотренных типов.

321

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведено математическое моделирование и анализ зависимостей периода самовоспламенения от параметров дисперсной фазы в газовзвесях сложного состава, таких, как немонодисперсная, двухкомпонентная, гибридная, двухкомпонентного аэрозоля, состоящего из перемешанных капель окислителя и горючего, газовзвеси, дисперсная фаза которой выделяет горючие летучие компоненты.

Сформулирована модель процессов испарения и химического реагирования аэрозоли топлива в дизельном двигателе.

Проведено исследование самовоспламенения и сгорания газовзвеси угольной пыли, выделяющей горючие летучие компоненты, в постоянном объеме. Полученные зависимости максимального давления в объеме после сгорания газовзвеси от ее массовой концентрации и максимальной скорости роста давления при взрыве хорошо соответствуют экспериментально измеренным, опубликованным в научной литературе.

Получены аналитические формулы для периода самовоспламенения, получены аналитические оценки критических условий самовоспламенения. Полученные формулы сравнены с результатами численного решения задачиг определены области параметров, в которых они применимы.

2. Исследованы закономерности зажигания газовзвесей сложного состава различными источниками:

Изучены взаимопереходы от зажигания к самовоспламенению газовзвеси в полости с горячими стенками, проанализирована роль излучения от стенок.

Изучены закономерности при зажигании горячей стенкой и очаговом воспламенении гибридной газовзвеси, определены области параметров, в которых ведущей является реакция в газовой фазе или на поверхности частиц дисперсной фазы.

Проанализирована роль излучения тепла от нагретых частиц при зажигании неоднородного облака частиц потоком лучистой энергии.

Проведено исследование искрового зажигания гибридной газовзвеси. Из численного решения системы уравнений, описывающих искровое воспламенение газовой смеси получены значения нижнего и верхнего концентрационных пределов воспламенения метановоздушной смеси, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными. Проведено исследование влияния экзотермически реагирующей дисперсной фазы на нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения, показавшее, что реагирующие частицы дисперсной фазы расширяют концентрационные пределы горения газовых смесей.

Проведен численный и аналитический анализ влияния лучистого теплопереноса на минимальную энергию искрового зажигания газовзвеси.

3. Проведено математическое моделирование закономерностей распространения фронта пламени в газе, запыленном инертными, либо терморазлагающимися частицами дисперсной фазы, либо аэрозолем капельной жидкости (воды). Аналитически и численно определены критические условия срыва горения запыленного газа при внешнем теплоотводе.

Исследованы закономерности распространения фронта горения в гибридной газовзвеси, проведено моделирование и исследование влияния неоднородного (неравномерного) распределения дисперсной фазы на скорость распространения фронта горения в гибридной газовзвеси.

Исследовано влияние выделения горючих летучих компонентов из дисперсной фазы на скорость распространения фронта горения в газовзвеси.

4. Предложена и апробирована газодинамическая методика расчета распространения воздушных ударных волн от взрыва МВС в разветвленной сети горных выработок угольных шахт, позволяющая определять безопасные для работы горноспасателей зоны сети горных выработок и зоны загазованности продуктами горения при взрыве МВС.

На основе газодинамической методики расчета распространения ударных волн по сети горных выработок создана методика учета влияния взрывов локальных скоплений метана, встречающихся на пути распространения ударной волны, взаимодействия ударных волн с взрывозащитными парашютными перемычками и загромождениями выработок, водоналивными перемычками и водяными и сланцевыми заслонами.

Проведено сравнение расчетов с экспериментальными данными интенсивности ударной волны перед, и после прохождения водоналивной перемычки. Проведено сравнение расчетов с эмпирическими коэффициентами затухания ударной волны при прохождении зон сопряжения горных выработок и при прохождении ударной волной взрывозащитных парашютных перемычек, установленных вблизи зон сопряжения выработок.

Сформулированные математические модели, разработанные численные методики, созданные программные модули являются методологической и методической базой для развития газодинамической методики расчета взрывобезопасных расстояний при взрывах МВС в шахтах с целью учета на ее основе эффектов подавления, перераспределения энергии и управления направлением распространения воздушных ударных волн с использованием различных взрывозащитных сооружений. Внесение этих возможностей в газодинамическую методику позволит значительно увеличить ее практическую ценность при анализе возможных аварийных ситуаций, во время проведения горноспасательных и аварийно-восстановительных работ в шахтах. 5. Сформулирована математическая модель рабочих процессов в системах газогенератор - трубопровод - привод, учитывающая постепенное горение пиротехнического состава, движение продуктов сгорания по трубопроводу с учетом теплообмена и трения со стенками, поворотов и разветвлений трубопровода, учитывающая движение привода. Было проанализировано влияние конструктивных параметров системы, таких как давления открытия выходного отверстия из камеры сгорания и его диаметра, начальной температуры, влияние поворотов трубопровода на газодинамику движения продуктов сгорания по трубопроводу и временные характеристики перемещения привода. Было проведено согласование математической модели с результатами экспериментальных измерений, проведенных в РФ ЯЦ ВНИИТФ. Проведен расчет системы газогенератор-трубопровод-привод с разветвляющимся, Т-образным трубопроводом. Проведено численное моделирование работы газогенератора, когда трубопроводы частично заполнены жидкостью.

Сформулированные математические модели и согласованные с экспериментами численные методики могут быть использованы для подбора условий заряжания газогенераторов рассмотренных типов.

Материалы работы докладывались на IX Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (Суздаль, 1989), XII симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 2000), XIV Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем» (Одесса, 1986), Всесоюзной школе-семинаре «Макроскопическая кинетика и химическая газодинамика» (Томск, 1989), XIV Всесоюзном семинаре по электрофизике горения (Челябинск, 1991), международной конференции «Chemical Gasdynamics and Combustion of Energetic Materials» (Томск, 1995), Международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» (Томск, 1997), научной конференции «Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии природопользования территориальных комплексов Западной Сибири» (Горноалтайск, 2000), VII Всероссийской научно-технической конференции «Механика летательных аппаратов и современные материалы» (Томск, 2000, 2002), Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 1998, 2000, 2002), IV Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (Кемерово, 2000), Всероссийской научной конференции «Байкальские чтения по математическому моделированию в синергетических системах» (Улан-Удэ, 1999), международной конференции «Байкальские чтения-Ii по математическому моделированию в синергетических системах» (Улан-Удэ, 2002), 29-th International Conference of Safety in Mines Research Institutes (Poland, 2001), VI Международной конференции «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск, 2001), Международной научно-практической конференции «третьи Окуневские чтения» (Санкт-Петербург, 2002).

Были представлены на Международной конференции the Seventh International Colloquium on Dust Explosions (Bergen, Norway, 1996), 16-th

International Colloquium on Dynamics of Explosion and reactive systems (Kracov, Poland, 1997), Всероссийской конференции «Математические модели и методы их исследования (задачи механики сплошных сред, экологии, технологических процессов)» (Красноярск, 1997), третьем Сибирском конгрессе по индустриальной математике (ИНПРИМ-98) (Новосибирск, 1998).

Проводились по проектам, выполняемым в Томском государственном университете: Гранту РФФИ № 98-01-03009 (Р98Сибирь) «Разработка методологии, математических моделей и программного обеспечения прогнозирования распространения и выпадения вредных примесей при эксплуатации ракетно-космической техники» (1998-2000, рук. Е.А.Козлов), по гранту № 02-01-01022 (рук. С.В.Тимченко), по федеральной целевой программе «Интеграция» (№ А0060, № Б0113), по темам в рамках ЕЗН №01200202287, №01980000302, по гранту CRDF, проект ТО-016-02.

Отдельные исследования проводились по хоздоговорам с РосНИИ горноспасательного дела (г. Кемерово), и с РФЯЦ ВНИИТФ (г. Снежинск) и вошли в 14 отчетов по НИР. В соответствии с условиями договоров были переданы заказчикам методики и компьютерные программы:

1. Первая редакции методики и программы расчета параметров распространения ударных волн по горным выработкам в шахтах. (РосНИИ ГД);

2. Расчет параметров рабочего процесса в аккумуляторе давления ПАД1. (РФЯЦ ВНИИТФ);

3. Расчет параметров рабочего процесса в аккумуляторе давления ПАД2. (РФЯЦ ВНИИТФ);

4. Расчет параметров рабочего процесса в газогенераторе с одним приводом. (РФЯЦ ВНИИТФ);

5. Расчет параметров рабочего процесса в газогенераторе с двумя приводами. (РФЯЦ ВНИИТФ);

6. Расчет конденсатора для выделения пентафторида фосфора (НИКИ СХК).

326

1. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли. М.: Химия, 1986.-216 с.

2. Бесчастнов М.В., Соколов В.М. Предупреждение аварий в химических производствах. М.:Химия. 1979. - 392 с.

3. Таубкин С.И., Таубкин И.С. Пожаро- и взрывоопасность пылевидных материалов и технологических процессов их переработки. М.:Химия. 1976. -264 с.

4. Бесчастнов М.Б. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов. М.: Химия, 1983. - 472 с.

5. Померанцев В.В., Шагалова С.Л., Резник В.А., Кушнаренко В.В. Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив. — Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние. 1978. 144 с.

6. Умнов А.Е., Голик A.C., Палеев Д.Ю., Шевцов Н.Р. Предупреждение и локализация взрывов в подземных условиях. М.: Недра, 1990. - 286 с.

7. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов/Под ред. В.В.Померанцева. Л.:Энергоатомиздат, 1986. 310 с.

8. Баратов А.И., Вогман А.П. Огнетушащие порошковые составы. -М.:Стройиздат 1982. 72 с.

9. Kauffman C.W., Mestrich K.R., Regan R.P., Seymour Т.Н. Dust explosions in the US grain industry the effect of research, regulations and education//Preprints the Seventh International Colloquium on Dust Explosions.-1996.-pp. 1.1 -1.14.

10. Ю.Семенов H.H. Цепные реакции. — М.:Наука, 1986. 536 с.

11. П.Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. -М: Наука, 1987.-492 с.12.3ельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980. — 478 с.

12. Клячко Л.А. Воспламенение совокупности частиц при гетерогенной реакции // Теплоэнергетика. 1966. №8. С.65-68.

13. Руманов Э.Н., Хайкин Б.И. Критические условия самовоспламенения совокупности частиц // Физика горения и взрыва. 1969. Т. 5, № 1. С. 129-136.

14. Лисицын В.И., Руманов Э.Н., Хайкин Б.И. О периоде индукции при воспламенении совокупности частиц //Физика горения и взрыва. 1971. Т.7, 1. С.3-9.

15. Гуревич М.А., Озерова Г.Е., Степанов A.M. Расчет гетерогенного воспламенения совокупности частиц // Физика горения и взрыва. 1971. Т. 7, № 1. С. 518-527.

16. Руманов Э.Н., Хайкин Б.И. О распространении пламени по взвеси частиц в газе // Доклады АН СССР. 1971. Т. 201. № 1.

17. Руманов Э.Н., Хайкин Б.И. Режимы распространения пламени по взвеси частиц в газе // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 161-165.

18. Krishenik P.M., Rumanov E.N., Shkadinskii K.G. Modeling of combustion wave propagation in a carbon dust/gas mixture // Combustion and flame. 1994. № 99. P. . 713-722.

19. Krishenik P.M., Shkadinskii K.G. The effect of gravity on the combustion of dust/air mixtures // Preprints the Seventh International Colloquium on Dust Explosions. 1996. P. 5.23-5.34.

20. Кришеник П.М., Шкадинский К.Г. Исследование особенностей структуры пламени в газовзвесях. // Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. Часть I. Черноголовка 2000. С. 92-94.

21. Сеплярский Б.С., Ивлева Т.П. Изучение искрового зажигания газовзвеси твердых частиц с помощью очаговой модели воспламенения. // Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. Часть II. Черноголовка 2000. С. 47-48.

22. Черненко Е.В., Розенбанд В.И. Расчет экстремальных характеристик горения аэровзвеси металлических порошков при их самовоспламенении // Физика горения и взрыва. 1980. Т. 16, № 6. С. 3-10.

23. Розенбанд В.И., Черненко Е.В. Расчет нижнего концентрационного предела самовоспламенения газовзвеси и слоя порошка металла // Физика горения и взрыва. 1982. Т. 18, № 3. С. 9-17.

24. Горшкова С.Н., Кришеник П.М., Руманов Э.Н., Шкадинский К.Г. Режимы ускорения пламени в газовых взвесях // Химическая физика. 1986. Т. 6, № 6. С. 843-847.

25. Гуревич М.А., Озерова Г.Е., Степанов A.M. Критические условия самовоспламенения полидисперсной газовзвеси частиц твердого топлива // Физика горения и взрыва. 1971. Т. 7. № 1. С. 88-93.

26. Тодес О.М., Гольцикер А.Д., Горбульский Я.Г., Ионушас К.К. О распространении плоского фронта пламени в аэродисперсных системах // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 166-170.

27. Гуревич М.А., Озерова Г.Е., Степанов A.M. Расчет скорости распространения пламени в газовзвеси частиц твердого топлива // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 199-203.

28. Корчунов Ю.Н., Померанцев В.В. Механизм процесса воспламенения природных твердых топлив // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 191-194.

29. ЗО.Озерова Г.Е., Степанов A.M. Влияние излучения на распространение пламени по газовзвеси частиц твердого топлива // Физика горения и взрыва.1973. Т. 9, №5. С. 627-635.

30. Гуревич М.А., Озерова Г.Е., Степанов A.M. Предел воспламенения монофракционной газовзвеси//Физика горения и взрыва. 1974. T.l 1. № 1. С.88-93.

31. Гуревич М.А., Озерова Г.Е., Степанов A.M. Влияние выгорания на предел воспламенения монофракционной газовзвеси // Физика горения и взрыва.1974. Т. 7, № 5. С. 676-684.

32. Озерова Г.Е., Степанов A.M. Распространение пламени по газовзвеси углеводородных капель//Физика горения и взрыва. 1976. Т.4, № 5. С.710-718.

33. Иванищева Л.И., Степанов A.M. Нестационарное распространение пламени по газовзвеси частиц твердого горючего // Физика горения и взрыва. 1977. Т. 13, № 5. С. 699-705.

34. Ионушас К.К., Проничева Н.М., Тодес О.М., Гольцикер А.Д., Водяник В.И., Кожушков Н.П. Развитие механизма распространения пламени в аэродисперсных системах // Физика горения и взрыва. 1979. Т. 15, № 5. С. 57-62.

35. Вайнштейн П.Б. Радиационный фронт пламени в смеси газа с твердыми частицами // ПМТФ. 1971. Т. 12, №4.

36. Нигматулин Р.И., Вайнпггейн П.Б. Распространение пламени в смеси газа с частицами // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 182-185.

37. Вайнпггейн П.Б., Нигматулин Р.И. Горение смесей газа с частицами // ПМТФ. 1973. №3.

38. Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И. К теории распространения пламени в смеси газа и капель // ПМТФ. 1973. № 4.

39. Вайнпггейн П.Б., Нигматулин Р.И. Гетерогенное горение смеси газов с частицами или каплями // Избранные проблемы прикладной механики. М. :ВИНИТИ. 1974. С. 187-193.

40. Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И. О гомобарических с однородным давлением течениях газовзвесей при наличии физико-химических превращений // ДАН СССР. 1979. Т. 259, №1. С. 74-77

41. Вайнштейн П.Б., Нигматулин Р.И., Попов В.В. Переход конвективного горения аэровзвесей унитарного топлива в детонацию // Физика горения и взрыва. 1980. Т. 16, № 5. С. 102-106.

42. Ивандаев А.И., Кутушев А.И., Нигматулин Р.И. Газовая динамика многофазных сред. Ударные волны в газовзвесях // Итоги науки. Механика жидкости и газа. М.:ВИНИТИ. 1981. Т. 16. С. 209-287.

43. Ахатов И.Ш., Вайнштейн П.Б. К теории стационарного горения сферической частицы унитарного топлива // Вестник МГУ. Математика, механика. 1981. № 1.

44. Нигматулин Р.И., Вайнштейн П.Б., Ахатов И.Ш. Структура стационарных детонационных волн в смесях газа с частицами унитарного топлива. // Химическая физика процессов горения и взрыва. Черноголовка. 1980.

45. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1. М.: Наука, 1987. 464 с.

46. Левин В.А., Туник Ю.В. Инициирование детонационного горения угольной пыли в метановоздушной смеси // Физика горения и взрыва. 1987. Т. 23, № 1. С.3-8.

47. Левин В.А., Туник Ю.В. Детонация в метановоздушной газовзвеси угольной пыли. Механика реагирующих сред и ее приложения. // Новосибирск: Наука, 1989. С. 106-122.

48. Туник Ю.В. Моделирование медленного горения метановоздушной газовзвеси угольной пыли // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33, № 4. С. 46-54.

49. Туник Ю.В. Распространение турбулентного горения метановоздушных смесей в трубах // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 3. С. 11-16.

50. Левин В.А., Туник Ю.В. Горение угольной пыли в кислороде с примесью газообразного углеродного топлива // Докл. АН СССР. 1984. Т. 276, №4. С.834-839.

51. Смирнов H.H., Никитин В.Ф., Легро Ж.К. Моделирование зажигания и горения турбулизованных пылевоздушных смесей // Химическая физика. 1999. Т. 18, №8. С. 62-86.

52. Махвиладзе Г.М., Мелихов О.И. Горение облака аэровзвеси над плоской горизонтальной поверхностью // Химическая физика, 1987. № 7, С. 991-998.

53. Махвиладзе Г.М. Мелихов О.И. Закономерности осаждения облака нагретых частиц на горизонтальную поверхность//ИФЖ. 1987. T.XLV, №2, С. 238-244.

54. Либрович В.Б., Махвиладзе Г.М., Мелихов О.И. О горении облака твердых частиц, оседающих в открытом пространстве под действием силы тяжести // III Международная школа промышленных взрывов пыли. Доклады. Тирава: 1982. С. 89-106.

55. Федоров A.B. Численно-аналитическое исследование воспламенения частиц магния // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32, № 1. С. 75-84.

56. Федоров A.B., Фомин В.М., Волков С.И. Математическая модель воспламенения аэровзвеси жидкого горючего и твердых частиц // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33, № 3.

57. Федоров A.B. Воспламенение газовзвесей в режиме взаимодействующих континуумов // Физика горения и взрыва. 1998. Т. 34, № 4. С. 57-64.

58. Гостеев Ю.А., Федоров A.B. Воспламенение облака металлических частиц в континуальном режиме. I Адиабатическое течение // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 5. С. 31-39.

59. Гостеев Ю.А., Федоров A.B. Воспламенение облака металлических частиц в континуальном режиме. II Неадиабатическое течение // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 6. С. 91-96.

60. Калинчак В.В., Орловская С.Г., Прудникова Ю.В. Влияние кинетических факторов на характеристики горения угольной частицы // Химическая физика. 1999. Т. 18, № 3. С. 104-106.

61. Вовчук Я.И., Золотко А.Н., Яковлева Т.А., Яровой Т.А. Горение газовзвеси частиц. // Химическая физика процессов горения и взрыва. Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. Часть I. Черноголовка 2000. С. 31-33.

62. Калинчак В.В., Орловская С.Г., Нерубасская A.A. Исследование влияния концентрации и диаметра углеродных частиц на характеристики горения в условиях газовзвеси. // Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. Часть I. Черноголовка 2000. С.66-68.

63. Калинчак В.В., Орловская С.Г., Прудникова Ю.В. Влияние стефановского течения на характеристики горения движущейся угольной частицы // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 4. С. 41-45.

64. Лисицын В.И., Пироженко A.A., Вилюнов В.Н. О периоде индукции при зажигании дисперсной системы //Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 186-190.

65. Вилюнов В.Н., Теория зажигания конденсированных веществ. — Новосибирск: Наука, 1984. 190 с.

66. Vilyunov V.N., Zarko V.E. Ignition of Solids. Elsevier, Amsterdam-Oxford-New-York-Tokyo. 1989.

67. Губин Е.И., Дик И.Г. Критические условия воспламенения искрой пылегазовой взвеси // Вопросы прикладной аэрогидромеханики и; тепломассообмена. Томск.: Изд-во Том. ун-та, 1983. С. 63-68.

68. Губин Е.И., Дик И.Г. К теории возбуждения экзотермической реакции искровым разрядом в дисперсной среде // Известия вузов. Сер. физика. 1984. №4. С. 128-132.

69. Vilyunov V.N., Zarko V.E. Mathematical Modeling of Spark Ignition of Gases // Flame Structure. V.2. Novosibirsk: Nauka.1991, P. 379-353.

70. Губин Е.И., Дик И.Г. О зажигании пылевого облака искрой // Физика горения и взрыва. 1986. Т. 22, № 2. С. 10-17.

71. Губин Е.И., Дик И.Г. Распространение пламени в запыленном газе // Физика горения и взрыва. 1987. Т. 23, № 6. С. 25-29.

72. Губин Е.И. Макрокинетический анализ искрового зажигания ираспространения пламени в химически реагирующих газовзвесях. Дис------канд. физ.-мат. наук. Томск. 1989.

73. Буркина P.C. Воспламенение пылевого облака под действием очага разогрева//Химическая физика. 1990. Т. 9, № 12. С. 1626-1628.

74. Губин Е.И., Дик И.Г. Искровое зажигание облаков жидкого топлива // Физика горения и взрыва. 1990. Т. 26, № 1. С. 11-15.

75. Бубенчиков A.M., Старченко A.B., Ушаков В.М. Численное моделирование горения пылеугольного топлива в топках паровых котлов // Физика горения и взрыва. 1995. Т. 31, № 2. С. 23-31.

76. Бубенчиков A.M., Старченко A.B. Численные методы динамики и горения аэродисперсных смесей в каналах. Томск: Изд-во Том. Ун-та. 1998. - 236 с.

77. Бойко В.М., Поплавский C.B. Воспламенение в воздухе порошков алюминия в смесях с жидкими углеводородными топливами // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 34, № 1. С. 35-40.

78. Быков В.И., Вишневская Т.И., Цирульниченко Н.М. и др. Моделирование динамики газификации частиц твердого топлива // Химическая промышленность. 1995. № 1. С. 58-60.

79. Быков В.И., Вишневская Т.И., Цирульниченко Н.М. Диффузионно-кинетическая модель горения угольных частиц в газовом потоке // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33, № 4. С. 39-45.

80. Макаров В.Н., Герасимов Г.Я. Кинетическая модель среды для процесса образования топливных оксидов азота в пылеугольном факеле // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 2. С. 23-29.

81. Кассель Г.М., Дас-Гупта А.К., Гурусвами С. Факторы, влияющие на распространение пламени в облаке пыли // Вопросы горения. Сборник переводов статей. Т.1. М.:Иностранная литература. 1953. С. 264-273.

82. Грибкова С.И., Предводителев A.C. О влиянии твердых примесей наскорость распространения пламени в горючих газовых смесях // ЖТФ. 1937.

83. Т. 7. вып. 18-19. С. 1801-1811.

84. Баратов А.Н., Вогман Л.П. Кобзарь В.Н., Азатян В.В. Мусеридзе М.Д. Дзоцекидзе З.Г., Петвиашвили Д.И., Наморадзе М.А., Ингибирование пламени метана взвесями солей // Физика горения и взрыва. 1976. Т. 12, № 1. С. 72-75.

85. Краснянский М.Е., Рыжков B.C. Применение порошкового аэрозоля для предотвращения взрывов метана и угольной пыли. // Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем. Тез. Докл. XIV Всесоюзной конф. Одесса. 1986. С. 16.

86. Рыжик А.Б. Критические условия искрового воспламенения газовзвесей металлических порошков // Физика горения и взрыва. 1978. Т. 14, № 6. С.53-57.

87. Беккер А.В., Волкова Н.Н., Гришин Д.В. Полианчик Е.В., Манелис Г.Б. Макрокинетика саморазогрева бурого угля в условиях естественного хранения // Химическая физика. 2001. Т. 20, № 2. С. 85-91.

88. Бузуков А.А. Подавление детонационного процесса в реагирующих газовых смесях распылением воды // Химическая физика. 2001. Т. 20, № 6. С. 67-74.

89. Барлас Р.А. О горении взвеси при малых концентрациях твердой фазы // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 171-174.99.3ельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. - 686 с.

90. Варшавский Г.А. Горение капли жидкого топлива. Диффузионная теория // Теория горения порохов и взрывчатых веществ. М.:Наука, 1982, С. 87-106.

91. Блошенко В.Н., Мержанов А.Г., Перегудов Н.И., Хайкин Б.И. К теории газофазного воспламенения капли // Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С.227-233.

92. Гремячкин В.М., Буянов А.Н. Горение пористых частиц углерода в кислороде. // Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. Часть I. Черноголовка 2000. С. 43-45.

93. Rubak W., Zelkowski J., Demke S. Experimental and theoretical studies of ignition behavior of coal char and coal particle suspensions. // Preprints of 7th International Colloquium on Dust Explosions. Bergen, Norway, 1996, P.3.1-3.10.

94. Cybulski W. Coal dust explosions and their supperession. Warsaw, 1976 583p.

95. Исавкин И.В. Средства порошкового пожаротушения. М.: Стройиздат. 1983.

96. Баратов А.И., Иванов Е.И. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. -М.: Химия. 1979. 368 с.

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

98. Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров. М.: Химия. 1980. - 255 с.,

99. Стрижевский И.И., Заказнов В.Ф. Промышленные огнепреградители. -М.: Химия. 1974.

100. Дик И.Г., Губин Е.И., Крайнов А.Ю., Макаров А.И. Влияние дисперсного материала на скорость распространения пламени в газе. // Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем. Тез. докл. XIV Всесоюзн. конф. Одесса, 1986. Т. 2.

101. Дик И.Г., Губин Е.И., Крайнов А.Ю. Нестационарное взаимодействие волны горения с пылевым облаком // ИФЖ. 1988. Т. 55, № 2. С. 236-243.

102. Крайнов А.Ю., Шаурман В.А. О пределах распространения пламени по запыленному газу // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33, № 4. С. 14-20.

103. Губин Е.И., Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Ингибирование газовых пламен порошковыми составами // Физика горения и взрыва. 1989. Т. 25, № 2. С. 57-62.

104. Krainov A.Yu., Shaurman V.A. Inhibition of Gas Flame by Spray. // Chemical Gasdynamics and Combustion of Energetic Materials. Book of Abstracts. Tomsk, 1995. C. 76.

105. Крайнов А.Ю., Шаурман В.А. Ингибирование газовых пламен аэрозолью капельной жидкости // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32, № 4. С. 55-61.

106. Петрухин П.М., Нецепляев М.И., Качан В.Н., Сергеев B.C. Предупреждение взрывов пыли в угольных шахтах. М.:Недра. 1974. -304с.

107. Палеев Д.Ю., Брабандер О.П. Математическое моделирование активного воздействия на взрывоопасные области и очаги горения в угольных шахтах. Томск: Изд. Том. гос. ун-та, 1999. - 202 с.

108. Устав военизированной горноспасательной части (ВГСЧ) по организации и ведению горноспасательных работ на предприятиях угольной и сланцевой промышленности. Москва, 1997. - 201 с.

109. Устав ВГСЧ по организации и ведению горноспасательных работ. — М.: Недра, 1986.-254 с.

110. Кутушев А.Г., Родионов С.П. Взаимодействие слабых ударных волн со слоем порошкообразной среды // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 3. С. 131-140.

111. Штолль Э.-В., Виманн В. Подавление взрывов в подземных выработках автоматическими заслонами системы BVS // Глюкауф-форшунгсхефте. 1979. № 1. С. 38-46.

112. Шульте К.-П. «Водяные карманы» эффективное нововведение для конструктивной защиты от взрывов в подземных горных выработках // Глюкауф-форшунгсхефте. 1999. № 6. С. 51-55.

113. Plessis J.J.L., Weiss E.S., CashdollarK.L. Evaluation of the bagget stone dust barrier effectiveness in a bord and pillar mine // Proceedings of the 7th International Mine Ventilation Congress. 2001, Cracow, Poland.

114. Борисов А.А., Комиссаров П.В., Сумской С.И. Экспериментальное и численное моделирование взаимодействия ударной волны со слоем пыли. // Материалы XII симпозиума по горению и взрыву. Часть III. Черноголовка 2000. С. 38-40.

115. Зрелый Н.Д. Исследование аэро-пылединамики и параметров взрыва угольной пыли при пожарах // ТБОТ и ГД. 1969. № 1. С. 10-13.

116. Бузуков А.А. Снижение параметров воздушной ударной волны с помощью воздушно-водяной завесы // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 3. С. 120-130.

117. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976.-488 с.

118. Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов. М.:Энергоатомиздат. 1990.

119. Сергеев B.C., Кулиш В.И., Петрухин П.М., Нецепляев М.И. О некоторых газодинамических явлениях при распространении взрывов аэродисперсной среды в горных выработках // Физика горения и взрыва. 1977. Т. 13, № 6. С.933-936.

120. Vichelis J. Large Scale Experiments with Coal Dust Explosions in Connection with Road-T-Junction. // Preprints of 7th International Colloquium on Dust Explosions. Bergen, Norway, 1996, P. 8.50-8.59.

121. Шушко Л.А., Каганер Ю.А. Расчет интенсивности ударных волн в ближайшей зоне действия взрыва // Физика горения и взрыва. 1998. Т. 34, №6. С. 77-84.

122. Войцеховский Б.В. Динамика шахтного взрыва и его предотвращение // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 2. С. 68-69.

123. Пухий В.А., Исследование вторичных очагов пожара при взрыве органической пыли // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 3. С. 60-64.

124. Вахрамеев Ю.С., Родионов В.Н., Рябинин Ю.Н. Затухание ударных волн в каналах постоянного сечения. // Некоторые вопросы физики взрыва и кумуляции. Снежинск. 2002. С. 159-169.

125. Макаров Д.В., Мольков В.В. Численное моделирование дефлаграции в закрытом сосуде градиентным методом // Пожаровзрывобезопасность. 2001. Т. 10, № 5. С. 10-18.

126. Полетаев А.Н., Полетаев Н.Л. Моделирование движения ламинарного пламени в плоском канале // Пожаровзрывобезопасность. 2001. Т. 10, № 5. С.19-18.

127. Соркин P.E. Газотермодинамика ракетных двигателей на твердом топливе. — М.:Наука, 1967. 368 с.

128. Соркин P.E. Теория внутрикамерных процессов в ракетных системах на твердом топливе: внутренняя баллистика. М.:Наука, 1983. - 288 с.

129. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе. — М.:Машиностороение, 1979. 392 с.

130. Шишков A.A., Румянцев Б.В. Газогенераторы ракетных систем. -М.:Машиностороение. 1981. 152 с.

131. Шишков A.A., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Справочник: рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. М.:Машиностороение. 1989.-204 с.

132. Ерохин Б.Т. Теоретические основы проектирования РДТТ. — М.:Машиностороение, 1982. -206 с.

133. Ерохин Б.Т., Липанов A.M. Нестационарные и квазистационарные режимы работы РДТТ. М.:Машиностороение, 1977. — 200 с.

134. Калинин В.В., Ковалев Ю.Н., Липанов A.M. Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ. М.:Машиностроение. 1986. - 216 с.

135. Численный эксперимент в теории РДТТ/А.М.Липанов, В.П.Бобрышев, А.В.Алиев, Ф.Ф.Спиридонов, В.Д.Лисица. Екатеринбург:Наука, 1994.-301 с.

136. Булгаков В.К., Липанов A.M. К теории горения конденсированного вещества при обдуве // Физика горения и взрыва. 1983. Т. 19, № 3. С. 32-41.

137. Булгаков В.К., Липанов A.M. Теория эрозионного горения твердых ракетных топлив. -М.:Наука, 2001. 138 с.

138. Липанов A.M. Изменение внутрибаллистических параметров при среднем давлении, постоянном по заснарядному пространству ствола орудия // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 4.

139. Липанов A.M. Изменение внутрибаллистических параметров при среднем давлении, постоянном по заснарядному пространству ствола орудия// Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 4.

140. Новожилов Б.В. Нестационарное горение твердых ракетных топлив. -М.:Наука, 1973.-176 с.

141. Новожилов Б.В. Скорость распространения фронта экзотермической реакции в конденсированной фазе // Докл. АН СССР, 1961. Т. 141, № 1.

142. Гостинцев Ю.А. О воспламенении, нестационарном горении и срыве пламени с частицы унитарного топлива // Физика горения и взрыва, 1971. Т.7, № 3.

143. Ассовский И.Г., Лейпунский О.И. К расчету нестационарной скорости горения пороха при быстром подъеме давления // Докл. АН СССР, 1980. Т.258, №6.

144. Ассовский И.Г. Теория горения порохов при высоких давлениях. // Вычислительная гидродинамика и горение конденсированных систем. Томск: Изд-во ТГПУ, 2001. С. 17-40.

145. Русяк И.Г., Ушаков В.М. Внутрикамерные гетерогенные процессы в ствольных системах. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 259 с.

146. Хоменко Ю.П., Ищенко А.Н., Касимов В.З. Математическое моделирование внутрибаллистических процессов в ствольных системах. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 256 с.

147. Вилюнов В.Н., Ищенко А.Н., Хоменко Ю.П. О детерминированной модели конвективного горения пористых систем // Физика горения и взрыва, 1988. Т. 24, №5. С. 40-48.

148. Гусаченко Л.К., Зарко В.Е., Зырянов В.Я., Бобрышев В.П. Моделирование процессов горения твердых топлив. Новосибирск:Наука, 1985. - 182 с.

149. Алексеев Б.В., Гришин A.M. Физическая газодинамика реагирующих сред. М.: Высшая школа. 1985. — 464 с.

150. Гришин A.M. Математические модели лесных пожаров. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1981.-277 с.

151. Барсуков В.Д., Голдаев C.B. Анализ возможности удешевления производства газогенераторов открытого типа. // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 33-34.

152. Волков С.А. Основы баллистического проектирования и расчета газогенерирующих устройств скважинных перфораторов. Учебное пособие. Томск: Изд-во Том. ун-та. 1998. - 44 с.

153. Ловля С.А. Прострелочно-взрывные работы в скважинах. М.: Недра. 1987.-186 с.

154. Чазов Г.А., Азапматов В.И., Якимов C.B., Савич А.И. Термогазохимическое воздействие на малодебитные и осложненные скважины. М.:Недра. 1986. - 150 с.

155. Шандаков В.А., Пузанов В.Н., Комаров В.Ф., Борочкин В.П. Способ генерации холодных газов в твердотопливных газогенераторах // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35, № 4. С. 75-78.

156. Справочник по теплообменникам. В двух томах. Т.1. М.:Энергоатомиздат, 1987.-561 с.

157. Исаченко В.П., Осипова В.Ф., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1975.-486 с.

158. Экспериментальное исследование распространения воздушных ударных волн в разветвленных каналах с различными площадями поперечных сечений. Отчет по НИР. ВНИИГД, Карагандинский отдел, Караганда. 1972,46 с.

159. Атаманова И.В., Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Период индукции немонодисперсной совокупности. // Горение гетерогенных и газовых систем. Материалы IX Всесоюзн. Симпозиума по горению и взрыву, Черноголовка, 1989. С. 75-77.

160. Krainov A.Yu. Ignition of bicomponent suspension of particles and gas. // Proceeding of the 16-th International Colloquium on Dynamics of Explosion and reactive systems. Poland. Kracov, 1997. P. 519-522.

161. Крайнов А.Ю. О самовоспламенении двухкомпонентной газовзвеси // Физика горения и взрыва, 1999. Т. 35, № 5. С. 6-13.

162. Крайнов А.Ю. Влияние теплофизических характеристик инертной преграды и теплопотерь на распространение волны горения // Физика горения и взрыва. 1987. Т. 23, № 6. С. 16-19.

163. Козлов Е.А., Крайнов А.Ю. Самовоспламенение смеси аэрозолей окислителя и горючего. // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. С. 61-62

164. Козлов Е.А., Крайнов А.Ю. Период самовоспламенения двухкомпонентной аэрозоли жидких окислителя и горючего // Физика горения и взрыва, 1999. Т. 35, № 6, С. 15-21.

165. Крайнов А.Ю., Тюрин Ю.И. Моделирование сгорания топлива в дизельном двигателе // Вычислительная гидродинамика и горение конденсированных систем. Томск: Изд-во ТГПУ, 2001. С. 130-138.

166. Крайнов А.Ю. О влиянии выхода горючих летучих компонентов из дисперсной фазы на самовоспламенение газовзвеси // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38, № 5. С. 11-21.

167. Крайнов А.Ю. Моделирование самовоспламенения и сгорания газовзвеси угольной пыли в ограниченном объеме. // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Доклады конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. 76-77.

168. Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Зажигание неоднородного облака частиц в поле радиационного излучения. // Электрофизика горения. Тез. докл. XIV Всесоюзн. семинара по электрофизике горения. Челябинск, 1991. С. 68

169. Крайнов А.Ю. Воспламенение неоднородного облака частиц лучистым потоком // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32, № 4. С. 19-24.

170. Дик И.Г., Крайнов А.Ю. Режимы воспламенения газовзвеси в сосуде с нагретыми стенками // Физика горения и взрыва. 1984. Т. 20, №5. С. 58-62.

171. Дик И.Г., Крайнов А.Ю., Макаров А.И. О воспламенении газовзвеси в полости с нагретыми излучающими стенками // Физика горения и взрыва. 1990. Т. 26, № 5. С. 20-24.

172. Крайнов А.Ю., Баймлер В.А. Критические условия воспламенения искрой смеси газообразных окислителя и горючего с реагирующими частицами // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38, № 3. С. 30-36.

173. Крайнов А.Ю. Влияние лучистого теплопереноса на минимальную энергию искрового зажигания газовзвесей // Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 3. С. 16-24.

174. Баймлер В.А., Крайнов А.Ю. Влияние термического расширения на минимальную энергию искрового зажигания газа // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38, № 4. С. 9-13.

175. Krainov A.Yu. Flame Propagation in the Suspension of Combustible Particles and Gases // Pre-prints of the Seventh International Colloquium of Dust Explosions. 1996. pp.5.15-5.22. Полное изложение:

176. Krainov A.Yu. Flame Propagation in the Suspension of Combustible Particles and Gases // Archivum combustionis, 1996. Vol.16, № 3-4. P. 189-198.

177. Крайнов А.Ю. Распространение пламени в смеси горючих газов и частиц // Физика горения и взрыва, 2000. Т. 36, №2. С. 3-9.

178. Крайнов А.Ю., Шрагер Э.Р., Мочалов Ю.С., Селиховкин А.М. Выделение пентафторида фосфора из газовой смеси методом конденсации // Химическая промышленность. 2001. № 6. С. 51-56.

179. Палеев Д.Ю., Лукашов О.Ю., Костеренко В.Н., Васенин И.М., Шрагер Э.Р., Крайнов А.Ю. Взаимодействие ударных волн в горных выработках с водяными и сланцевыми заслонами//Безопасность жизнедеятельности. 2002. №7

180. Исследовать процессы воспламенения метановоздушной смеси и распространения пламени и ударных волн по горным выработкам. Отчет по НИР (РосНИИ ГД): Рук. работы Д.Ю.Палеев, И.М.Васенин. № гос. регистрации 0980009368. Кемерово, 1999. 104 с.

181. Шрагер Э.Р., Крайнов А.Ю. Зажигание зерненого конденсированного вещества двухфазным потоком. Макроскопическая кинетика и химическая газодинамика. //Материалы Всесою. шк.-семинара. Томск, 1989. С. 136-142.

182. Крайнов А.Ю. Зажигание насыпного слоя гранулированного конденсированного вещества потоком горячих газов. // Механика быстропротекающих процессов. Томск, 1989. С. 14-21.

183. Сафронов А.И., Крайнов А.Ю. Численное исследование нестационарного заполнения газом ускоряемого поршня с внутренней полостью.// Аэрогазоди-намика нестационарных процессов. Изд-во Том ун-та, Томск, 1992. С. 99-104.

184. Неустойчивость горения в ЖРД / Под ред. Харрье Д.Т., Рирдона Ф.Г. М.: Мир, 1975. 870 с.

185. Ламбарайс С., Комбс Л. Экспериментальное изучение стационарного горения в ракетной камере смеси жидкого кислорода с керосином и теориягорения распыленной струи. Детонация и двухфазное течение. М.: Мир, 1966. С. 270-309.

186. Натанзон М.С. Неустойчивость горения. М.: Машиностроение, 1986. — 248с.

187. Вильяме Ф.А. Теория горения. М.: Наука, 1971. - 616 с.

188. Хайрэр Э., Нерсетт С., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи. М.: Мир, 1990. - 327 с

189. Фукс H.A. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 352 с.

190. Стернин JI.E. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. — М.: Машиностроение, 1974.-212 с.

191. Костин А.К., Пугачев Б.П., Кочинев Ю.Ю. Работа дизелей в условиях эксплуатации. JL: Машиностроение, 1989. - 284 с.

192. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей/под ред. А.С.Орлова, М.Г.Круглова. М. Машиностроение, 1983. -372 с.

193. Петренко P.M., Батурин С.А., Исаков Ю.Н. Элементы САПР ДВС. Л. г Машиностроение, 1990. - 328 с.

194. Сеначин П.К., Бабкин B.C., Борисенко A.B. Самовоспламенение смеси перед фронтом пламени в поршневых двигателях с искровым источником // Физика горения и взрыва. 1997. Т. 33, № 6. С. 3-13.

195. Борисов Ю.А., Кленов Ю.В., Простов В.Н. Самовоспламенение топливо-воздушной смеси в условиях ДВС. //Проблемы теплоэнергетики. Материалы VIII Симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1986. С. 111-114.

196. Сайдаминов С.С. Особенности процессов воспламенения и сгорания смесевых топлив ДВС. // Проблемы теплоэнергетики. Материалы VIII Симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, 1986. С. 99-103.

197. Моторные, реактивные и ракетные топлива / Под ред. К.К.Папок, Е.Г.Семендило. М.: Гостоптехиздат, 1962. 742 с.

198. Зельдович Я.Б. Симонов H.H. К теории искрового воспламенения газовых взрывчатых смесей // ЖФХ. 1949. Т. 23. С. 1362-1374.

199. Гришин A.M. О зажигании искрой // Докл. АН СССР. 1966. Т. 169, № 5. С. 1115-1118.

200. Вилюнов В.Н. К теории искрового воспламенения // Докл. АН СССР. 1973. Т. 208, № 1.С. 66-69.

201. Вилюнов В.Н., Некрасов Е.А., Тимохин A.M., Баушев B.C. О закономерностях искрового воспламенения и выхода на стационарный режим горения // Физика горения и взрыва. 1976. Т. 12, № 3. С. 362-365.

202. Мержанов А.Г., Абрамов В.Г., Гонтковская В.Т. О закономерностях перехода от самовоспламенения к зажиганию // Доклады АН СССР, 1963. Т.148, № 1.С. 156-159.

203. Коздоба JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. -М.: Наука, 1975.-256 с.

204. Дик И.Г., Замятина И.П., Прокофьев В.Г. Воспламенение газовых смесей нестехиометрического состава искровым разрядом с пространственновре-менным энерговыделением//Физика горения и взрыва. 1992. Т.28, № 2.С.З-8.

205. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. М.: Мир, 1968. 592с.

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

207. Кумагаи С. Горение. М.: Химия, 1980. - 256 с.

208. Колган В.П. Применение принципа минимальных значений производных к построению конечноразностных схем для расчета разрывных решений газовой динамики//Ученые записки ЦАГИ. 1972. Т. 3, № 6. С. 68-77.

209. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. - 388 с.

210. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука. 1984. - 241 с.

211. Вилюнов В.Н., Ищенко А.Н. Численное исследование влияния числа Le на процесс зажигания и пределы горения // Инженерно-физический сборник. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1985. С. 19-23.

212. Шкадинский К.Г. Математическое моделирование нестационарных фронтальных режимов экзотермического химического превращения. Дис. . докт. физ.-мат. наук. Черноголовка. 1982.

213. Ивлева Т.П., Шкадинский К.Г. Алгоритм построения неподвижной, неравномерной, адаптирующейся к решению расчетной сетки. // Информ. Бюл. Госфонда алгоритмов и программ СССР. 1979. №1(27). С. 18-19.

214. Черный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988. - 424 с.

215. Годунов С.К., Забродин A.B., Иванов М.Я. и др. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. - 400 с.

216. Воеводин А.Ф., Шугрин С.М. Численные методы расчета одномерных систем. Новосибирск: Наука, 1981. - 208 с.

217. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976. - 888 с.

218. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. - 840 с.

219. Дулов В.Г. Распад произвольного разрыва параметров газа на скачке площади сечения // Вестник ЛГУ, 1958, серия математики, механики и астрономии, № 19. С. 76-100.

220. Patent 3977312 (USA). Parachute stepping for mine ventilation use /F.N. Kissel/.- Р.ж. Горное дело, 1977, № 4, 4В81П.

221. A.c. 748014 (СССР). Устройство для гашения энергии воздушной ударной волны в горной выработке/ В.М. Плотников, А.Н. Дик, В.В. Кирейцев и др. -Опубл. Б.И., 1980, №26.

222. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М: Оборонгиз, 1962. - 703 с.1. Ц9

223. МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

224. Федеральное Государственное Унитарное предприятие РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР

225. Декану ФТФ Шрагеру Э.Р. 634050, г.Томск ул.Ленина 36, ТГУ1. О направлении актов

226. Направляю Вам утвержденные акты о внедрении методик и программ расчетов АД, систем газогенератор трубопровод - привод.