3 / 14
возникающие при этом отдельные очаги горения при их конвективном
переносе могут служить переносчиками энергии в область с большей
концентрацией водорода, возбуждая в ней интенсивное горение. В ре-
зультате вероятность развития горения в бедных смесях также должна
учитываться при формулировании критериев взрывобезопасности [5],
что невозможно без анализа процессов воспламенения и горения в не-
устойчивой области, характеризуемой низким содержанием горючего
компонента (водорода) или низкой энергетикой источника воспламе-
нения.
Настоящее исследование направлено на решение задачи деталь-
ного анализа механизмов, определяющих распространение горения
в бедных водородно-воздушных смесях. Процесс развития горения
в бедных смесях весьма сложен и отличается большой нестабиль-
ностью, что затрудняет его детальное экспериментальное изучение.
Известны экспериментальные данные о смене режимов горения при
изменении состава горючей смеси [6] от изотропного распространения
очага горения в устойчивой области к пламени с развитой изрезанной
газодинамическими неустойчивостями поверхностью и к режиму оча-
гового сжигания смеси в объеме. Проведенное в рамках указанного
исследования математическое моделирование нестационарного про-
цесса горения бедных водородно-воздушных смесей позволило оце-
нить роль ведущих физических механизмов в развитии того или иного
режима горения.
Постановка задачи.
По аналогии с мировыми эксперименталь-
ными исследованиями свойств горения газообразных смесей в зави-
симости от их состава и термодинамического состояния рассмотрим
развитие горения в замкнутом объеме от локализованного источни-
ка энергии. Известны характерные пространственные масштабы и
размеры камер сгорания, используемых в экспериментах [7–11], а
также экспериментально полученные корреляции [12], указывающие
на возможности масштабируемости решаемой задачи. С учетом этого
становится возможным использование подхода прямого численного
моделирования исследуемых процессов на относительно небольших
пространственных масштабах в камерах объемом в несколько литров.
Рассмотрим развитие горения в цилиндрическом замкнутом объеме
диаметром 20 см и высотой 10 см, заполненном водородно-воздушной
смесью заданного состава. Инициирование горения будем задавать
вблизи от нижнего торца цилиндра объемным источником тепловой
энергии 100 мДж. Согласно экспериментальным данным [8], такое
энерговложение обеспечивает устойчивое воспламенение смесей с
объемной долей содержания водорода более 5. . . 6%. Соответственно,
изучим смеси с близкими к указанным значениям составами. Следует
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 6
87