Воспламенение тепловая модель

В тепловой модели механизма воспламенения [160, 161] искровой разряд заменяется точечным мгновенно действующим тепловым источником, который в момент времени т = О выделяет Q Дж. Он равномерно нагревает до некоторой весьма высокой температуры сферический объем газа радиусом г. Накопленное в этом объеме тепло в результате теплопроводности будет отводиться в окружающие слои. Температура в начальном объеме, следовательно, будет уменьшаться, а в окружающих искру слоях — увеличиваться. Распределение температуры вокруг мгновенного точечного источника тепла через различные промежутки времени после прекращения разряда представлено на рис. 39. В горючей газовой смеси процесс охлаждения замедлится вследствие выделения тепла окружающими искру слоями смеси за счет протекания в них химических реакций. Когда температура в сферическом объеме упадет до значения, близкого к температуре горения смеси дальнейшее охлажде- [c.98]

НИИ теплового торможения итоговой химической реакции, ответственной за воспламенение. Модифицированная математическая модель воспламенения образцов магния дает реалистичные значения температур после воспламенения образца и удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными по зависимости радиуса мелкой частицы от предельной температуры окружающей среды. С помощью такого подхода показана возможность распространения тепловых волн при гетерогенном окислении нити магния, помещенной во внешний окисляющий поток. Область параметров, где реализуются автоволновые режимы, а также скорости распространения волн воспламенения по образцу, качественно и по порядку величин соотносятся с данными экспериментов по окислению металлических проволочек. Численно решена задача об инициировании волны воспламенения начальными распределениями температуры образца частных видов, показана устойчивость тепловых волн к малым и конечным возмущениям. [c.12]

Помимо тепловой модели зажигания при анализе возможности воспламенения метановоздушной смеси рядом ученых в области физики горения и взрыва рекомендуется рассматривать возможность инициирования экзотермической химической реакции в смеси активными центрами. Построенные модели цепного воспламенения позволяют исследовать ряд качественных явлений взрывных реакций и холодного горения, но, к сожалению, на их основе не было создано метода расчета, который позволил бы провести прямое сопоставление с экспериментом [185]. Поэтому при дальнейшем рассмотрении подходов к моделированию зажигания метановоздушной смеси ограничимся только тепловой моделью зажигания. [c.380]

Прямое моделирование теплового режима контактного аппарата очень затруднительно и требует чрезвычайно тщательного выбора условий работы. Для того чтобы распределение температур и тепловой режим в приборе и модели были подобны, необходимы одинаковые значения критерия, выведенного в нашей работе о тепловом воспламенении [c.372]

Воспламенение частиц второго типа происходит в условиях, возникающих в среде после прохождения ударных волн. Этот тип воспламенения естественно называть воспламенением в динамических условиях. Физические условия в этом случае характеризуются мощными тепловыми потоками от газа, сжатого и разогретого ударной волной, к частицам. Действительно, в данном течении вследствие относительного движения частиц резко возрастает интенсивность межфазного теплообмена число Нуссельта). Это приводит к значительному уменьшению времени задержки воспламенения и к немонотонности профиля температуры газа за фронтом проходящей ударной волны, обусловленной наличием континуума частиц. Ниже мы предложим некоторые математические модели для описания физико-химических явлений, происходящих в потоке смеси газа и твердых реагирующих частиц за отраженными и проходящими ударными волнами и при некоторых других условиях. [c.10]

В частности, в начале главы 1 исследуется проблема воспламенения частиц магния. С привлечением модели теплового взрыва П.П. Семенова и методов элементарной теории катастроф изучены свойства многообразия катастроф (воспламенений). Выявлено различное качественное поведение температуры частицы в зависимости от значения параметра теплообмена. Установлено соответствие между критическими условиями Семенова в теории теплового взрыва и мно- [c.10]

Интересно проследить влияние числа Нуссельта на время задержки воспламенения в области небольших значений N11. В табл. 1.3 приведено сравнение расчетных данных по модели теплового взрыва настоящей работы (первые четыре строки) с данными [12] по времени задержки воспламенения (последняя строка). Они подтверждают высказанные выше утверждения о том, что при больших Т и увеличении числа Ки времена по обеим моделям сближаются (ср. две последние строки табл. 1.3). [c.40]

Отметим, что в практически важном случае у > у < 1 многообразие катастроф (МК) обладает единственной трижды вырожденной критической точкой, аналогично МК в модели воспламенения, не учитывающей испарения (см. раздел 1.1). Новым обстоятельством является существование МК с тремя ТКТ, в случае, если процесс испарения металла намного более активирован по сравнению с процессом окисления, Е Е. Это указывает на наличие в системе при данном соотношении параметров усложненной тепловой динамики и на возможность нетривиальных сценариев воспламенения частицы. [c.46]

Точечная модель воспламенения. Обоснование и основные уравнения. Модель Семенова описания теплового взрыва широко применяется для изучения процесса воспламенения мелких металлических образцов. Однако при срыве теплового равновесия стационарное состояние имеет нереально высокое значение температуры тела. Вызвано это тем обстоятельством, что в уравнении сохранения энергии для частицы или нити часто не учитываются разного рода лимитирующие факторы, такие, например, как испарение металла. Учет испарения (см. раздел 1.2.2, а также [27]) приводит к изменению многообразия катастроф, уменьшению конечной равновесной температуры, достигаемой после воспламенения. Следует отметить, что анализ МК модели с учетом тепловых потерь на испарение - достаточно громоздкая и сложная задача, поэтому представляется целесообразным построение более простой модели явления, основанной на следующем простом качественном соображении. Известно, что окисление магниевого образца можно условно разделить на две стадии воспламенение и горение. Тогда естественно предположить, что первая стадия окисления заканчивается при какой-то характерной температуре частицы, которая может быть близка, например, к температуре кипения магния. Это позволяет описать тепловое состояние бесконечной однородной цилиндрической нити уравнением для ее температуры (1.10) и кинетическим уравнением (1.11). [c.58]

В [1, 20, 23, 24] дан обзор работ по физико-математическому моделированию воспламенения мелких частиц магния. Методами элементарной теории катастроф и численно исследовано это явление в рамках точечной и распределенной моделей, учитывающих гетерогенную химическую реакцию. В то же время в литературе имеются указания на важность учета испарения металла и его окисла с поверхности частицы. Это явление не принималось во внимание в указанных работах. Изучение этого процесса представляет интерес и с точки зрения общей теории теплового взрыва систем с двумя химическими реакциями, протекающими с различными характерными временами и энергиями активации [26]. Данный раздел посвящен анализу многообразия катастроф (воспламенений) для модели теплового взрыва Mg-чa тицы, учитывающей испарение металла, и определению на ее основе типов тепловой динамики частицы в плоскости бифуркационных параметров модели, а также сопоставлению расчетных данных по различным моделям. [c.41]

Изучение воспламенения газовзвесей актуально в связи с проблемами взрыво- и пожаробезопасности промышленных пылей. С точки зрения общей теории гетерогенных сред, частным случаем которых является газовзвесь мелких твердых частиц и газа, математическое и физическое описание движений аэровзвесей возможно в двух приближениях. Первое - это режим одиночных частиц, описанный выше, когда движение и нагрев дискретной фазы осуществляются на фоне известного поля течения газа. Это описание справедливо для газовзвесей с достаточно малым содержанием пыли. Второй подход основан на предположении, что частиц достаточно много и они могут оказывать обратное влияние на газ как динамическое, так и тепловое. Ранее [2-5] были предложены математические модели воспламенения и горения газовзвесей в динамических условиях за проходящими и отраженными ударными волнами, которые принимали во внимание различие скоростей и температур фаз, гетерогенную химическую реакцию низкотемпературного окисления. Для замыкания этой модели на стадии воспламенения принималось, что размер частицы приближенно равен начальному и что тепло химической реакции выделяется только в конденсированной фазе. [c.91]

В данном разделе с использованием подходов теории теплового взрыва представлена математическая модель воспламенения многокомпонентной газовзвеси угольных частиц в точечном приближении механики реагирующих гетерогенных сред. В качестве приложения построенной математической модели решена задача о воспламенении угольных аэровзвесей в отраженных ударных волнах. [c.109]

Для примера модель изотермической реакции при постоянной плотности используется для расчета цепного воспламенения стехиометрической смеси водорода с кислородом (гремучего газа) при начальной температуре Т = 800 К, р = 2 мм рт.ст. Вблизи первого предела воспламенения (см. рис. 12 выше в этом томе справочника) тепловой разогрев гремучей газовой смеси мал и общим нагревом смеси можно пренебречь. [c.200]

Изложенная модель струйного рассеивания предназначена, прежде всего, для анализа аварийных выбросов химически опасных веществ, предельно допустимая концентрация которых в воздухе составляет несколько процентов. Например, зона теплового поражения при аварийном выбросе природного газа определяется изолинией концентрации, соответствующей нижнему пределу воспламенения метана в воздухе (5% об. или 50000 ppm) и составляет несколько сот [c.53]

Проведено математическое исследование теплового взрыва частицы магния при учете одновременного протекания процессов окисления и испарения металла. Чтобы провести качественный анализ решения задачи Коши для температуры образца,нулевую изоклину соответствующего дифференциального уравнения исследовали в области определяющих параметров. Построено многообразие катастроф, что позволило установить зависимость температуры частицы в стационарном состоянии от бифуркационного параметра, определяемого в виде отношения характерного времени реакции окисления к характерному времени конвективного теплообмена. Выявлены новые типы тепловой динамики частицы. Оказалось, что при реальном соотношении физических параметров возникающая катастрофа эквивалентна катастрофе сборки, однако имеются параметрические области, в которых возможна реализация усложненных сценариев воспламенения частицы. Так, в случае, когда реакция окисления более активирована по сравнению с процессом испарения, могут появиться два предела воспламенения по параметру теплообмена, а также дополнительная область низкотемпературного погасания образца. Проведено сравнение времен задержки воспламенения, предсказываемых моделью после ее верификации по опытным данным с аналогичными данными модели, не учитывающей испарение. Для мелких частиц (радиусом 30...60 мкм) различия по периоду индукции несущественны, а для крупных (300...600 мкм) - не превьш ают 11 %. [c.11]

Фрэзер и Хикс [78] изучали свойства тепловой модели процесса воспламенения. Топливо, имеющее форму стержня полубесконечной длины, на поверхпости, расположенной в плоскости х =0, получает тепло от газа высокой темиературы, представляющего собой пламя воспламенителя. Топливо также считается участвующим в экзотермической реакции нулевого порядка. Тогда уравнение теплового потока внутри гпашки имеет вид [c.474]

Теория де Риса имеет существенный недостаток — она игнорирует влияние кинетики химических реакций, которое может быть весьма существенно вблизи от ведущей кромки пламени. В этой области приближение горения к модели диффузионного пламени может быть ие вполне верным. Ряд исследователей пытались обобщить модель де Риса с учетом газификации полимера в предпламенной зоне и его взаимодействия с окислителем. Примером такого исследования может служить работа Ластрина и др. [46, с. 935]. Авторы постулировали, что Vp определяется процессами, происходящими в зоне воспламенения, смежной с поверхностью. В этой области температура поверхности возрастает от Tq до Tg за счет химической реакции в газовой фазе. Другие предположения тепловой поток, параллельный поверхности топлива, ничтожен по сравнению с потоком, перпендикулярным поверхности скорость химической реакции зависит от локальной концентрации реагентов и температуры, [c.26]

Точечная модель воспламенения частицы нити). Предположим, что температурное поле в образце безградцентное (термически тонкое тело). Тогда, осредняя уравнения (1.1)- (1.4) по объему образца, получаем уравнения теплового баланса [c.26]

Схема эстафетного воспламенения и распространения горения в аэровзвеси. Процесс воспламенения и горения частиц унитарного топлива с учетом возникающих нестационарных тепловых процессов и радиальной конвекции в рамках сферически-симмет-РИЧН011 схемы численно исследован И. X. Рахматулиной (1977). При этом для определения в зависимости от размера частиц нижних концентрационных пределов распросгранення горення в аэровзвеси развита эстафетная ) сферически-симметричная модель для расчета воспламенения холодной пробной частицы из-за возмущения температуры (В, t) на сферической границе ее ячейки радиусом Я = ago, прпчем возмущение t) берется равным возмущению температуры J >(2/ , t), полученному из решения краевой задачи горения и теплообмена с учетом радиальной конвекции в безграничной газовой среде при постоянном давлении для горящей пробной частицы на расстоянии 2Я от ее центра, примерно равном межцентровому расстоянию между частицами в аэровзвеси с объемной концентрацией частиц аго. Согласно такой схеме анализ сводится к решению двух задач для двух пробных частиц горящей — для определения 2R, t) и холодной с использованием граничного условпя Г ( , г)=Г )(2й, t). [c.414]

Две задачи теории воспламенения частицы металла. Рассмотрим мелкую частицу магния, находящуюся в атмосфере с температурой Г. Уравнения сохранения энергии и кинетики роста оксидной пленки, записанные для частицы радиуса г, покрытой окисной пленкой толщины h r, в модели теплового взрыва Семенова [3, 15] имеют вид (1.9), (1.11), где принято viy r) = 1, или [c.30]

Теоретическому изучению проблемы воспламенения угольных аэровзвесей посвящено достаточно много работ (см. обзор [18]). В исследованиях, выполненных в рамках точечных моделей воспламенения угольных частиц и их аэровзвесей, для формулировки критических условий воспламенения/погасания широко использовались положения теории теплового взрыва H.H. Семенова. Этому способствовало и принятое в большинстве работ упрощенное кинетическое описание. Делались попытки привлечь для теоретического анализа аппарат теории цепно-теплового взрыва. Для работ, выполненных на основе распределенного подхода, характерным является описание процессов тепломассобмена либо в газовой среде вокруг одиночной реагирующей частицы, либо в потоке двухфазной смеси. В обоих случаях воспламенение и горение обычно рассматривались как единый процесс реагирования. Для моделирования течений угольных аэровзвесей привлекались таюке и уравнения механики гетерогенных сред в том или ином приближении. [c.109]

Таким образом, в двухскоростной модели появляется возможность воспламенения смеси за УВ даже в случае, когда параметр теплообмена а превышает критическое значение теплового взрьша а — при ае(а ,а ). Для этого необходимо, чтобы состояние смеси за УВ соответствовало области Д на фазовой плоскости (рис. 2.26), т.е. чтобы (С/,, (/2) е Д. [c.150]