между временем индукции экзотермической реакции и характерным
временем диссипации энергии в зоне энерговыделения. При задан-
ных температуре и давлении этот предел воспламенения зависит от
концентрации горючего компонента.
Следует ожидать, что так как в предельно бедных смесях выго-
рание далеко не полное и, соответственно, представляет собой сла-
бо развитую экзотермическую реакцию с малым энерговыделением,
это не может приводить непосредственно к интенсивным динамиче-
ским нагрузкам, разрушающим защитные системы (например, контай-
нмент). Тем не менее детальный анализ развития горения в водородно-
воздушных смесях вблизи нижнего концентрационного предела вос-
пламенения чрезвычайно важен, так как “тлеющее” вблизи критиче-
ского предела пламя может стать источником интенсивного ускоря-
ющегося пламени в случае изменения условий в окружающей среде
(дополнительное выделение водорода в области горения или дости-
жение зоной горения области с большей концентрацией водорода и
более высокой температурой).
Настоящая работа посвящена принципиальным для оценки водо-
родной безопасности проблемам корректного расчета нижнего предела
воспламенения и распространения горения из области поджига бедной
водородно-воздушной смеси.
Математическая модель и постановка вычислительных экс-
периментов.
Настоящую статью можно рассматривать как продол-
жение серии работ, посвященных исследованию горения водородно-
воздушных и водородно-кислородных смесей в каналах [3, 4]. Если
в [3] рассматривается ускорение пламени в открытых каналах, а в
[4] — динамика фронта пламени в закрытых каналах, то в настоя-
щей работе анализируется начальная стадия воспламенения и горения
водородно-воздушной смеси. Естественно, что, так как во всех этих
работах рассматривается один и тот же физический процесс — горение
газообразной горючей смеси, в основу исследований положена одна и
та же математическая модель.
Динамика химически активной газовой смеси описывается уравне-
ниями вязкой сжимаемой жидкости Навье–Стокса с учетом теплопро-
водности, многокомпонентной диффузии и энерговыделения за счет
химических реакций. Система уравнений Навье–Стокса имеет стан-
дартный вид и подробно представлена в работе [3]. Коэффициенты
вязкости, теплопроводности и многокомпонентной диффузии газовой
смеси определяются исходя из известных соотношений кинетической
теории газов для многокомпонентных сред [5]. Уравнения состояния
свежей смеси и продуктов горения задаются на основе таблиц NASA
путем интерполяции [6].
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2013. № 1
91
