Влияние пористой полиуретановой перегородки на гидравлические характеристики потока и на распространение фронта пламени в открытом канале

Аннотация

Экспериментально изучено влияние пористой полиуретановой перегородки на параметры потока и распространение фронта пламени перед перегородкой при инициировании у открытого конца канала. Скорости фронта пламени определялись в водородно-воздушной смеси при атмосферном давлении в открытом с обеих сторон канале с внутренним диаметром 20 мм. Варьировалось соотношение между водородом и воздухом, так что мольный избыток водорода изменялся от 0,3 (ультрабедная смесь) до 1,0 (стехиометрический состав). Размер пор варьировался в пределах 0,3...2,5 мм, чему соответствовало число пор на дюйм в диапазоне 10--80. Коэффициенты гидравлического сопротивления полиуретановой перегородки с открытым типом пор в зависимости от размера пор и толщины перегородки вычислены по величине потери давления при прохождении потока воздуха через пористый элемент. Скорость фронта пламени определена с использованием теневого метода и высокоскоростной съемки. По результатам экспериментов установлено, что оптимальное значение толщины пористой перегородки, после которого полиуретановая перегородка начинает проявлять фильтрационные свойства, в большинстве случаев примерно равно удвоенному размеру пор. Показано, что коэффициент сопротивления линейно зависит от общей толщины перегородки. При этом дефицит скорости потока при увеличении толщины возрастает по степенному закону. Показано качественное соответствие скорости фронта пламени перед пористой перегородкой и дефицита скорости потока

Работа выполнена по программе Госзадания № 075-01056-22-00

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Кулешов Ф.С., Головастов С.В., Бивол Г.Ю. Влияние пористой полиуретановой перегородки на гидравлические характеристики потока и на распространение фронта пламени в открытом канале. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 3 (102), с. 110--123. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-3-110-123

Литература

[1] Какуткина Н.А., Коржавин А.А., Намятов И.Г. и др. Закономерности распространения пламени через насадку коммуникационных огнепреградителей. Физика горения и взрыва, 2007, т. 43, № 4, с. 23--38.

[2] Palmer K.N., Tonkin P.S. The quenching of flames of various fuels in narrow apertures. Combust. Flame, 1963, vol. 7, pp. 121--127. DOI: https://doi.org/10.1016/0010-2180(63)90169-X

[3] Головастов С.В., Самойлова А.А., Александрова Д.М. Оценка тепловых потерь на фронте детонационной волны при движении вдоль металлической пористой поверхности. Аэрокосмический научный журнал, 2016, т. 2, № 5, с. 1--15. DOI: https://doi.org/10.7463/aersp.0516.0849886

[4] Wan Y., Wang C., Li Q., et al. Experimental study of premixed hydrogen-air flame quenching in a channel with the perforated plate. Fuel, 2020, vol. 263, art. 116733. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116733

[5] Головастов С.В., Бивол Г.Ю., Александрова Д.М. Снижение ударно-волнового воздействия, вызванного тангенциальным прохождением детонационной волны, с помощью пористых покрытий. Машиностроение и компьютерные технологии, 2018, № 2, c. 37--49. DOI: 10.24108/0218.0001369

[6] Li Q., Sun X., Lu S., et al. Experimental study of flame propagation across a perforated plate. Int. J. Hydrogen Energy, 2018, vol. 43, iss. 17, pp. 8524--8533. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.03.079

[7] Liu H., Wu D., Xie M., et al. Experimental and numerical study on the lean pre-mixed filtration combustion of propane/air in porous medium. Appl. Therm. Eng., 2019, vol. 150, pp. 445--455. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.12.155

[8] Александров А.А., Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Численное исследование течения жидкости между проницаемыми вращающимися цилиндрическими поверхностями. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 1 (88), с. 32--45. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2020-1-32-45

[9] Алексеев М.В., Судобин Н.Г., Кулешов А.А. и др. Математическое моделирование термомеханического поведения непроницаемой пористой среды. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 4 (91), с. 4--23. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2020-4-4-23

[10] Новикова В.С., Сергеев О.В., Криволапов И.П. и др. Пористость как основной показатель, определяющий фильтрационную способность органического материала. Наука и образование, 2018, т. 1, № 1. URL: http://opusmgau.ru/index.php/see/article/download/301/301

[11] Куршин А.П. Закономерности изменения проницаемости пористых сред при фильтрационных течениях. Ученые записки ЦАГИ, 2008, т. 39, № 1-2, с. 125--135.

[12] Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М., Машиностроение, 1992.

[13] Жижкин А.М., Лазуткин Г.В., Брылева М.А. и др. Влияние структуры пористого материала МР на его расходные характеристики. Вестник СамГУПС, 2017, № 4, с. 16--24.

[14] Аношкин Ю.И., Добров А.А., Легчанов М.А. и др. Экспериментальные исследования гидравлического сопротивления вставок из упруго-пористого проволочного материала в канале круглого сечения. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2019, № 1, с. 92--99. DOI: https://doi.org/10.46960/1816-210X_2019_1_92

[15] Кабанник С.Н., Цимбалюк В.А. Аэродинамическое усовершенствование стенда для исследования решеток профилей при больших углах натекания дозвукового потока. Вісник двигунобудування, 2015, № 2, с. 160--164.

[16] Dahoe A.E. Laminar burning velocities of hydrogen--air mixtures from closed vessel gas explosions. J. Loss Prev. Process Ind., 2005, vol. 18, iss. 3, pp. 152--166. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jlp.2005.03.007