Аномальное распространение пламени в горючих газовзвесях

протяженного облака. Нагретые потоком излучения частицы повыша-

ют температуру окружающего газа непосредственно вблизи границы

облака частиц, что вызывает его расширение и перераспределение кон-

центрации частиц в зоне поглощения. Это способствует образованию

неравномерного распределения температуры в области поглощения.

Поскольку время нагрева частиц и передачи теплоты частиц газу много

больше характерного газодинамического времени, давление в области

нагрева выравнивается и воспламенение происходит при повышен-

ной температуре, спадающей от фронта (где температура достигает

температуры воспламенения

≈

1050

K) вглубь облака, и постоян-

ном начальном давлении. В результате такого распределения термо-

динамических характеристик является образование волны медленного

горения, распространяющейся от границы облака частиц. Формирую-

щийся при этом градиент температуры характеризуется относительно

малой степенью пологости (достаточно резкая граница облака), что

обеспечивает формирование волны медленного горения [20]. В реаль-

ной ситуации в присутствии конвективных потоков границы скопле-

ния частиц размываются, и можно утверждать о наличии градиента

концентрации частиц вблизи границы облака. Проведенные расчеты

с заданием различных начальных неоднородностей распределения ча-

стиц на границе облака показали, что нарастание “размазки” распре-

деления частиц на фронте вблизи эпицентра поглощения потока излу-

чения приводит от возникновения стандартного ламинарного пламе-

ни к формированию быстрых волн горения и ударных волн (рис. 3),

которые при еще большей “размазке” переходят в волны детонации.

В реальных условиях реализация подобных сценариев указывает на

высокую взрывоопасность развития горения в гетерогенных горючих

средах. Скорость распространения переднего фронта пламени в таком

случае определяется скоростью возникающих быстрых волн горения

или волн детонации и является сверхзвуковой.

В более реалистичных случаях, относящихся к аварийным вы-

бросам, либо к работе химических реакторов или энергетических

установок, горючие газовзвеси характеризуются неоднородным про-

странственным распределением микрочастиц, когда относительно

мелкомасштабные сгущения частиц чередуются с областями доста-

точно “чистого” горючего газа. Для выявления наиболее принципиаль-

ных особенностей горения таких смесей упростим пространственную

структуру газовзвеси. Рассмотрим водородно-кислородную смесь, в

которой распределены слои (одномерная постановка) с повышенной

концентрацией частиц

= 10

−

, толщина слоев

Δ = 1

мм, расстоя-

ние между слоями

= 0

м, диаметр частицы

= 1

мкм.

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