Распространение пламени в гибридных смесях уголь-метан-воздух
Курсовая работа
студентки IV курса
физического факультета Каменецкой Ольги Ивановны
Научный руководитель
профессор Шевчук В.Г.
Одесса-2004
Содержание
Введение
Глава1. Распространение пламени в горючих смесях
1.1 Распространение пламени в газофазных смесях.
1.1.1. Структура одностадийной волны и скорость горения в приближении узкой зоны реакции.
1.1.2. Воспламенение газовых смесей и скорость распространения пламени.
1.2 Ламинарное пламя в пылях.
1.3 Распространение пламени в гибридных смесях.
Глава2. Экспериментальная установка и методика исследования пламени гибридных смесях.
2.1 Описание установки.
2.2 Методика обработки результатов.
Выводы.
Введение.
Горение в режиме распространения пламени является наиболее часто встречающимся видом горения как в гомогенных газообразных системах, так и в пылях.
Задача распространения пламени в газах является классической задачей физики горения и подробно изучена как в экспериментальном [1], так и в теоретическом плане [2].
В отличие от газов, где горючее и окислитель перемешаны на молекулярном уровне, в пылях появляются дополнительные управляющие параметры, обусловленные дисперсным состоянием горючего, такие как: размер частиц, их форма, распределение частиц по размерам [3].
В газодинамическом отношениями между газами и пылями существует определённое подобие, проявляющееся в существовании режимов распространения пламени: ламинарного, вибрационного, турбулентного, детонационного. Однако, если в газах условия существования этих режимов определяются только концентрационными соотношениями, то в пылях они в более значительной мере зависят от дисперсных характеристик горючего.
|
|
Промежуточное положение между газами и пылями занимают так называемые гибридные смеси, т. е. смеси горючего порошка с газообразным окислителем и горючим. Например, гибридные смеси уголь-метан-воздух. Именно в таких смесях происходят наиболее разрушительные шахтные взрывы. Однако в экспериментальном плане такие системы практически не изучались (за исключением детонаций в экспериментальных штреках). Теоретическое моделирование распространение пламени в смеси горючих газов и частиц, основанное на численном интегрировании уравнений теплового и массового баланса проводились в единственно известной нам работе [4].
Из общих физических соображений следует ожидать, что если частицы достаточно мелкие для того, чтобы воспламеняться и гореть в зоне газового пламени, то твёрдая фаза будет выступать как дополнительный источник тепла и скорость пламени должна численно возрастать в гибридной смеси по сравнению с чисто газовой смесью. Если же газообразная смесь является быстрогорючей, а частицы достаточно крупными, то горение частиц будет происходить вблизи или в зоне газофазных продуктов сгорания. В этом случае тепловыделение на частицах реализуется на больших расстояниях от границы предпламенная зона – зона газофазного горения и не будет оказывать существенного влияния на динамику прогрева предпламенной зоны, т.е. частицы будут служить дополнительным стоком тепла в зоне горения аналогично инертной добавки. Вследствие этого следует ожидать снижение скорости распространения пламени.
|
|
Для указанных двух подходов должны реализовываться различные расчётные схемы ламинарного пламени. Выбор того или иного подхода, прежде всего, должен основываться на экспериментальных исследованиях ламинарного пламени в гибридных смесях.
Наша работа посвящена экспериментальному изучению ламинарного пламени в гибридных смесях метан-уголь-воздух. Её основная идея заключается в сравнительных исследованиях процесса распространения пламени в следующих смесях: метан-воздух при различных концентрационных соотношениях компонентов; метан-уголь-воздух; метан-воздух-инертная добавка при соответствующих концентрациях метана. В качестве базового экспериментального метода выбран метод тонкостенного резинового зонда, т.е. предварительно создаётся горючая газообразная смесь, затем производится распыл твёрдого компонента и центральное зажигание. Для этого нам понадобилось модифицировать установку “зонд” [5] прежде всего системой приготовления и контроля параметров горючей метановоздушной смеси. В работе дано описание установки и приведены результаты предварительных опытов.
Глава 1: Распространение пламени в горючих смесях.
Распространение пламени в газофазных смесях.