Аномальное распространение пламени в горючих газовзвесях

При проведении вычислительных экспериментов рассматривались

плоские одно- или двухмерные течения, формируемые в ходе распро-

странения фронта пламени в канале от закрытого его торца (левого

конца расчетной области). В начальный момент времени канал при

нормальных условиях (

= 1

атм.,

= 300

K) был заполнен сте-

хиометрической водородно-кислородной смесью, содержащей микро-

частицы с заданным пространственным распределением. Плотность

материала частиц и их теплоемкость выбирались близкими к харак-

теристикам сажи (

≈

1000

кг/м

;

≈

1000

Дж/(кг

∙

K)). Значения

размеров частиц и их объемных долей выбирались из приведенных вы-

ше интервалов. Наиболее химически активная водородно-кислородная

смесь выбрана в целях более яркого выделения влияния частиц на

эволюцию горения в газовзвеси. Основное внимание уделено влия-

нию частиц на скорость распространения пламени в горючем газе с

микрочастицами.

Обсуждение результатов.

Ламинарное горение “чистой” (без ча-

стиц) водородно-кислородной смеси в каналах даже в отсутствии

турбулентности является неустойчивым процессом, при котором пла-

мя ускоряется и переходит от дозвукового горения к детонации. Это

подтверждается многочисленными экспериментами, представленны-

ми, например, в работе [16]. Используя результаты математического

моделирования, авторы работ [10, 17] объяснили механизмы тако-

го развития горения высокоактивных газовых горючих смесей, по-

дожженных у закрытого конца канала:

— экспоненциальный рост скорости фронта пламени за счет растя-

жения его фронта вследствие различия скоростей у стенок и в центре

канала и в результате развития гидродинамических неустойчивостей;

— снижение ускорения фронта пламени (с экспоненциальной к

степенной зависимости) за счет нелинейных факторов и ослабления

воздействия на фронт переотраженных волн сжатия, приводящее к

генерации слабых ударных волн фронтом пламени не вдали (как на

предыдущей стадии), а непосредственно вблизи поверхности фронта,

при этом в зону горения проникает уже предварительно сжатый и на-

гретый газ, что при его сгорании резко повышает давление на фронте

пламени;

— достижение пламенем скорости звука в невозмущенной среде

перед фронтом;

— локализация возмущений, генерируемых фронтом пламени, в

сужающейся зоне между фронтом и звуковой линией, приводящая к

сверхэкспоненциальному росту давления в зоне реакции на этой ста-

дии;

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