и концентрации качественно совпадают с приведенными на рис. 7, но
смещены для того же момента времени по направлению распростране-
ния процесса. Это естественно, так как из рис. 5 следует, что с ростом
концентрации водорода растет и энерговыделение за счет химической
реакции, увеличивая тем самым скорость тепломассопереноса. Ход
рассчитанных кривых на рис. 7 показывает, что с течением времени в
среде с концентрацией водорода 4% не создаются условия, необходи-
мые для полной реализации цепной реакции. В результате энерговы-
деление в смеси весьма мало, и энергия, локализованная на начальной
стадии процесса в области поджига, рассеивается с течением времени
и монотонно спадает от точки энерговложения в пространстве.
В расчете с 10%-ной мольной долей водорода наблюдается фор-
мирование устойчивой волны реакции, и возникает самоподдержива-
ющийся режим распространения пламени. При распространении пла-
мени, однако, возникает диффузионно-тепловая неустойчивость, что
обуславливает существенно нестационарный характер процесса. Та-
ким образом, из проведенной серии расчетов за нижний концентра-
ционный предел воспламенения водородно-воздушной смеси, пони-
маемый в соответствии с определением государственного стандарта,
следует принять 10% содержания водорода в смеси. В то же время
концентрация водорода, равная 4%, хотя и является порогом возбужде-
ния реакции, не создает условия, необходимые для распространения
пламени, и тем самым лежит ниже порога воспламенения. Принци-
пиальным, однако, является то, что между полученными пороговыми
значениями концентрации как в экспериментах, так и в проведенных
расчетах горение наблюдается, хотя и носит нестабильный вспыхива-
ющий характер. Прогноз дальнейшего развития таких режимов горе-
ния, по-видимому, не может быть надежным, особенно для неодно-
родных по концентрации смесей. Таким образом, для задач пожаро-
и взрывобезопасности в этом случае представляется целесообразным
за предел воспламенения принять нижнее пороговое значение концен-
трации 4%.
Для анализа воспламенения смеси в среде с неоднородной кон-
центрацией водорода была проведена серия расчетов в следующей
постановке. Область начального энерговложения, как и прежде, име-
ла ширину 2 см и температуру 1500 K. Концентрация водорода в этой
области задавалась в интервале 4–8% и считалась однородной. На
границе области задавался линейный рост концентрации, в результате
этого концентрация водорода возрастала до 15% на пространствен-
ном масштабе в 1 см. Результаты расчетов представлены на рис. 6 и
7 сплошными линиями. Видно, что во всех рассмотренных вариантах
возникает самоподдерживающийся режим распространения пламени.
104
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2013. № 1
