Влияние газодинамических процессов на развитие горения вблизи концентрационных пределов воспламенения

Методами математического моделирования исследовано влияние газодинамических процессов на развитие горения в замкнутых объемах, которые заполнены низкоактивными газообразными топливно-воздушными смесями около-критических составов, обеспечивающих воспламенение. Выделены физические механизмы, определяющие развитие неустойчивости фронта пламени и формирование режимов с очаговым характером сгорания горючей смеси. Отдельно отмечена роль плавучести горячих продуктов горения в поле силы тяжести и в развивающейся при этом конвективной неустойчивости. Конвективная неустойчивость, с одной стороны, обеспечивает стратификацию несгоревшей смеси и формирование обедненных областей, что препятствует полному сгоранию смеси, а с другой, может привести к формированию горячих термиков в смесях докритического состава, что представляет особый интерес для целей пожаро- и взрывобезопасности.

Литература

[1] Mitigation of Hydrogen Hazards in Severe Accidents in Nuclear Power Plants, IAEA-TECDOC-1661, IAEA, VIENNA, 2011.

[2] Auban O., Zboray R., Paladino D. Investigation of large-scale gas mixing and stratification phenomena related to LWR containment studies in the PANDA facility // Nuclear Engineering and Design. Vol. 237. Iss. 4. P. 409-419.

[3] Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. М.: ГИЛЛ, 1948. 448 с.

[4] Peraldi O., Knystautas R., Lee J.H.S. Criteria for transition to detonation in tubes // Proc Comb. Inst. 1986. Vol. 21. P. 1629.

[5] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Смыгалина А.Е. Воспламенение водородновоздушной смеси вблизи нижнего концентрационного предела // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2013. № 1. С. 89-108.

[6] Coward H.F., Jones G.W. Limits of flammability of gases and vapors // Bulletin 503. US Bureau of Mines. 1952.

[7] Flammability of methane, propane, and hydrogen gases / K.L. Cashdollar, I.A. Zlochower, G.M. Green, R.A. Thomas, M. Hertzberg // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2000. Vol. 13. Iss. 3-5. P. 327-340.

[8] SAFEKINEX Report on the experimentally determined explosion limits, explosion pressures and rates of explosion pressure rise. Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). 2002.

[9] Dahoe A.E. Laminar burning velocities of hydrogen-air mixtures from closed vessel gas explosions // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2005. Vol. 18. P. 152-166.

[10] Kumar R.K. Flammability limits of hydrogen-oxygen-diluent mixtures // J. Fire. Sci. 1985. Vol. 3. P. 245-262.

[11] Медведев С.П., Гельфанд Б.Е., Поленов А.Н., Хомик С.В. Пределы горения водородовоздушных смесей в присутствии ультрадисперсных капель воды (тумана) // ФГВ. 2002. № 4. С. 3-8.

[12] Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения. В 2 кн. Кн. 1. М.: Химия, 1990. 496 с.

[13] Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. М.: Физматлит, 2003. 351 c.

[14] Ivanov M.F., Kiverin A.D., Liberman M.A. Flame acceleration and DDT of hydrogen-oxygen gaseous mixtures in channels with no-slip walls // Intl. Journ. Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36. P. 7714-7727.

[15] Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: ИИЛ, 1961.

[16] McBride B.J., Gordon S., Reno M.A. Coefficients for calculating thermodynamic and transport properties of individual species // NASA Technical Memorandum 4513. 1993. 89 p.

[17] Uncertainty in stretch extrapolation of laminar flame speed from expanding spherical flames / F. Wu et. al. // Proc. Comb. Inst. 2015. Vol. 35. Iss. 1. P. 663-670.

[18] Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. Вычислительный эксперимент. М.: Наука, 1982.

[19] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Клумов Б.А., Фортов В.Е. От горения и детонации к окислам азота // УФН. 2014. № 184. С. 247-264.

[20] Kiverin A.D., Kassoy D.R., Ivanov M.F., Liberman M.A. Mechanisms of ignition by transient energy deposition: regimes of combustion waves propagation // Phys. Rev. E. 2013. Vol. 87 (3). Р 033015 (10).

[21] Ivanov M.F., Kiverin A.D., Liberman M.A. Ignition of deflagration and detonation ahead of the flame due to radiative preheating of suspended micro particles // Comb. Flame. 2015. D0I:10.1016/j.combustflame.2015.06.018

[22] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Гальбурт В.А. Об одном способе ускорения перехода от дефлаграции к детонации в газообразных горючих смесях // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2008. № 4. С. 38-45.

[23] Иванов М.Ф., Киверин А.Д., Рыков Ю.В. Особенности распространения пламени в замкнутых объемах // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2010. № 1. С. 21-38.

[24] Гельфанд Б.Е., Попов О.Е., Чайванов Б.Б. Водород: параметры горения и взрыва. М.: Физматлит, 2008. 288 с.

[25] Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматлит, 1959. 699 с.

[26] Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г., Шрейбер И.Р. Волновая динамика газо- и парожидкостных сред. М.: Энергоатомиздат, 1990. 248 с.

[27] Peters N. Laminar Flamelet Concepts in Turbulent Combustion //21st Symposium (International) on Combustion, Combustion Institute, Pittsburgh. 1986. Р. 1231-1256.