2 / 14
the formation of depletion regions, which prevent the mixture from being completely
burnt out. On the other hand, it can result in forming hot thermals in the mixtures
with undercritical composition. It is of primary concern for fire- and explosion safety.
Keywords
:
combustion gas dynamics, combustion stability, combustion concentration
limits, direct numerical modelling.
Введение.
Одной из актуальных задач современной физики горе-
ния и взрыва является исследование горения газообразных топливно-
воздушных смесей. С одной стороны, детальный анализ развития
различных режимов горения необходим при разработке новых и совер-
шенствовании уже существующих технических систем, работа кото-
рых основана на эффективном сжигании топливно-воздушных сме-
сей. С другой стороны, представления о характеристиках горения
газообразных взрывоопасных смесей позволяют выбирать и обосно-
вывать критерии и меры предупреждения рисков работы промышлен-
ных объектов, потенциально подверженных опасности разрушения в
результате развития химического взрыва. Для определения области
эффективного и безопасного применения газообразных топлив тре-
буется детальное изучение особенностей развития горения в различ-
ных, важных с позиции практики, условиях. В настоящее время еще
недостаточно изучено горение смесей, состав которых далек от сте-
хиометрического. С позиции энергетики важно понимать потенциал
и устойчивость горения бедных горючих смесей, тогда как с позиции
взрывобезопасности необходимы энергетические и концентрационные
критерии воспламенения, устойчивого горения и детонации такого ро-
да смесей.
В качестве примера процессов горения в бедных смесях рассмо-
трим задачу о развитии тяжелой аварии на АЭС. В результате наруше-
ния целостности реакторной зоны в объеме под защитной оболочкой
(контайнментом) создаются условия для генерации водорода, прежде
всего, за счет окисления циркониевых стержней. В результате сформи-
рованных под контайнментом конвективных течений водород распре-
деляется в объеме, перемешиваясь с воздухом, водяным паром и дру-
гими продуктами окисления расплавов компонентов разрушающейся
реакторной зоны [1]. Таким образом, в замкнутом помещении форми-
руются области, заполненные водородсодержащими смесями с разной
концентрацией водорода, отражающей его стратификацию в грави-
тационном поле [2]. Если концентрация водородно-воздушной смеси
близка к стехиометрической, то ее воспламенение может быть иниции-
ровано достаточно слабыми источниками энергии [3]. При этом обес-
печивается выход на устойчивое горение с возможностью его уско-
рения и формирования сверхзвукового пламени или детонации [4].
Воспламенение бедных смесей вследствие неустойчивостей только в
редких случаях способно инициировать устойчивое горение, однако
86
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 6