Аномальное распространение пламени в горючих газовзвесях

ных радикалов при достижении температуры около

1050

K. Ука-

занное пороговое значение температуры определяет предел воспла-

менения, не зависящий от интенсивности диссипативных эффектов в

зоне реакции, так называемый продленный второй предел воспламе-

нения. Предположим, что эта характерная температура и есть темпера-

тура воспламенения, тогда время нагрева

ign

смеси на границе облака

(

) до момента ее воспламенения нетрудно оценить с помощью

совместного рассмотрения энергетических соотношений для нагре-

ва частиц поглощаемым излучением и нагрева газового компонента

нагретыми частицами. Для водородно-кислородной смеси это вре-

мя составляет примерно миллисекунду. Соответственно минимальное

расстояние между фронтом движущегося пламени и точкой воспламе-

нения для водородно-кислородного пламени (нормальная скорость го-

рения стехиометрической водородно-кислородной смеси

≈

м/с)

составляет несколько сантиметров. Если область воспламенения от-

стоит от фронта уже распространяющегося пламени на расстоянии

то скорость эффективного продвижения фронта пламени по каналу

можно оценить как

∗

L/τ

ign

. Данная величина может быть весь-

ма значительна. При этом между фронтами изначального пламени и

вновь образовавшегося могут сохраняться схлопывающиеся объемы

еще несгоревшей смеси.

Особый интерес представляет вопрос, какой режим горения фор-

мируется при поджиге смеси на границе облака частиц. Как и при вос-

пламенении газообразных горючих смесей, воспламенение на фронте

облака частиц может непосредственно приводить к двум возможным

режимам распространения пламени: дозвуковому ламинарному или

сверхзвуковому детонационному. Однако, если в случае газообразного

горючего реализация каждого режима определяется вложенной энер-

гией, то в случае облака частиц при одной и той же вложенной энергии

реализация режимов зависит согласно теории спонтанной волны горе-

ния Зельдовича [20] от формирующегося в области поглощения энер-

гии градиента температуры. Подходящий для реализации того или

иного режима градиент температуры может быть сформирован при

подборе соответствующей длины пробега излучения. Наиболее просто

это можно достичь, задавая градиент концентрации частиц на границе

облака, что к тому же лучше соответствует реальным распределениям

частиц в пространстве.

Рассмотрим формирование очага воспламенения на границе облака

частиц, когда начальное распределение концентрации частиц, и, сле-

довательно, определяемая им длина пробега излучения, имеют фор-

му ступеньки с резким спадом на передней границе неограниченно

ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 5