8 / 18
— преодоление пламенем локальной скорости звука и переход от
дозвукового горения к детонации.
Когда пламя распространяется по горючей газовой смеси, содер-
жащей микрочастицы, такие дополнительные факторы, как переход
части импульса и энергии от газового потока к частицам и нагрев
частиц перед фронтом пламени энергией излучения из области высо-
котемпературных продуктов горения могут существенно изменить ход
распространения пламени по каналу и развитие переходного процесса
к детонации. Рассмотрим только влияние на процесс присутствия в
смеси химически нейтральных микрочастиц без учета влияния излу-
чения.
Для характерного времени релаксации скорости частиц к скоро-
сти газа следует из соотношения (4), что это время тем меньше, чем
меньше радиус частиц и для частиц микронного радиуса оно соста-
вляет сотые доли микросекунды, что мало по сравнению с временем
прохождения газового потока через фронт пламени (
∼
2
∙
10
−
5
с). Ха-
рактерное время энергообмена между частицами и газовой фазой для
микронных частиц, определяемое по формуле (5), составляет пример-
но
5
∙
10
−
6
с, что также меньше времени пребывания частиц в зоне
горения. Таким образом, микронные частицы на масштабах ширины
фронта пламени уже успевают релаксировать к скорости и температу-
ре газового компонента в зоне горения, в результате чего снижается
скорость фронта пламени (а также интенсивность генерируемых им
волн сжатия) и температура продуктов горения непосредственно за
фронтом. При этом, как показано в работе [18], такое снижение тем-
пературы может быть весьма значительным.
Результаты расчетов скорости фронта пламени, распространяюще-
гося по двухмерному каналу шириной 5 мм от закрытого конца в го-
рючей газовзвеси с задаваемой разной объемной концентрацией ча-
стиц, представлены на рис. 1. Достаточно большая доля микронных
частиц в газовзвеси может полностью стабилизировать распростране-
ние пламени и предотвратить переход дозвукового горения в детона-
цию. С уменьшением доли частиц скорость фронта пламени растет, но
если размер частиц достаточно мал, подхватываясь потоком, они кон-
центрируются в области сжатия перед фронтом пламени, размывая эту
область и препятствуя увеличению давления на фронте. Диссипация
энергии и импульса частиц в зоне фронта пламени производит энер-
гию, выделяемую за счет химической реакции, которая недостаточна
для достижения фронтом пламени звуковой скорости, что не позволя-
ет сформироваться детонационной волне по механизму, описанному в
работах [10, 17].
58
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 5