WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Тропин Дмитрий Анатольевич

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСЛАБЛЕНИЯ И ПОДАВЛЕНИЯ ДЕТОНАЦИИ В РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ ИНЕРТНЫМИ ЧАСТИЦАМИ

01.02.05 – механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН.

Научный консультант: доктор физико-математических наук профессор Федоров А.В.

Научный консультант: кандидат физико-математических наук Бедарев И.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук профессор Прохоров Е.С.

доктор физико-математических наук профессор Черный С.Г.

Ведущая организация: Математический институт им. В.А. Стеклова РАН

Защита состоится « » 2012 г. в часов на заседании диссертационного совета по присуждению ученой степени кандидата наук, по присуждению ученой степени доктора наук Д 003.035.02 на базе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения РАН по адресу:

630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТПМ СО РАН.

Ваш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью, просим выслать по адресу: 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1, ИТПМ СО РАН, ученому секретарю диссертационного совета Д003.035.02.

Автореферат разослан « » 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. т. н. И.М. Засыпкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы обусловлена вопросами взрыво- и пожаробезопасности промышленных производств. В частности, например, при добыче угля в шахтах выделяются взрывоопасные газы, которые в аэросмеси с угольной пылью могут являться источником пылевых взрывов. Взрывоопасные смеси, образующиеся в угольных шахтах, это смеси воздуха и природного газа, который состоит в основном из метана с небольшими количествами этана и других углеводородов. Хотя большинство катастрофических взрывов газа в угольных шахтах порождают волны дефлаграции, наихудший сценарий развития подобного процесса предполагает зарождение детонационных волн (ДВ), которые чрезвычайно разрушительны.

Кроме того, аварийные взрывы случаются при транспортировке смесей горючих газов к местам потребления.

За последнее десятилетие происходили и до сих пор происходят десятки вспышек и взрывов метана на угольных шахтах России («Воркутинская» (2002 г.), «Зиминка» (2003 г.), «Листвяжная» (2004 г.), «Есаульская» (2005 г.), «Анжерская» (2005 г.), «Ульяновская» (2007 г.), «Распадская» (2010 г.) и др.), которые уносят жизни сотен человек. Установлено, что взрывы метана и угольной пыли из всех аварий на шахтах являются наиболее сложными и опасными. В результате часто возникают пожары, обрушения, завалы в горных выработках, отравления и другие не менее тяжелые последствия.

Одним из способов подавления неконтролируемой детонации является метод ее подавления с помощью вброса в поле течения реагирующей газовой смеси инертных твердых частиц. Добавление химически инертных твердых частиц оказывается эффективным способом для контролирования и модификации процессов горения и детонации в газовых системах. Он может быть использован и для того, чтобы уменьшить скорость детонации, то есть уменьшить катастрофическое воздействие на окружающую среду.

Тем самым задачи инициирования, распространения, ослабления и подавления детонации относятся к числу наиболее актуальных и сложных задач механики реагирующих систем.

В литературе известны работы по подавлению детонации в водородкислородных, метан-кислородных, пропано-воздушных смесях. Необходимо отметить, что описанные в литературе экспериментальные исследования подавления детонации добавлением в поле течения инертных мелких частиц не являются всеобъемлющими. Так, зарубежные авторы P. Laffitte, R. Bouchet (1958 г.) выполнили исследование подавления детонации в смесях водород – кислород, метан – кислород, пропан – кислород. Ими приведены данные по минимальной массе и суммарной площади поверхности частиц солей калия и натрия, необходимых для гашения детонационной волны в указанных смесях газов в трубе малого диаметра. Что же касается детонации метано-воздушных смесей и их смесей с частицами, то и таких работ немного. Эта часть исследований посвящена в основном взрывам метано-воздушных смесей в ограниченных объемах с различными вставками, шероховатыми поверхностями. Данный тип взрыва может происходить при использовании метана в промышленных установках, которые содержат эти объекты и имеют неидеальные, негладкие поверхности стенок. Прохождение волн горения по таким установкам приводит к турбулизации потока и дополнительному ускорению пламени. Возросшая скорость пламени может привести к возникновению взрывных и ударных волн, которые в свою очередь могут перейти в детонацию. Так, например, Lindstedt R.P., Michels H.J. (1989 г.) наблюдали дефлаграционно-детонационный переход (ДДП) в стехиометрической метано-воздушной смеси в гладкой трубе диаметром 5 см с использованием спирали Щелкина для создания турбулизации потока. В работе Ciccarelli G., Dorofeev S. (2008 г.) на основе анализа был предложен критерий существования детонации в таких установках, основанный на размере ячейки ДВ и диаметра трубы.

Отметим, что вопросами физико-математического моделирования задач механики гетерогенных сред занимались исследователи Российских школ Нигматулина Р.И. (Урманчеев С.Ф., Кутушев А.Г. и др.), Левина В.А. (Марков В.В. и др.), Фомина В.М. (Федоров А.В. и др.), Борисова А.А., Гельфанда Б.Е. (Фролов С.М. и др.) Митрофанова В.В. (Васильев А.А., Ждан С.А., Фомин П.А., Прохоров Е.С.и др.), Голуб В.В., Смирнов Н.Н., Вараксин А.Ю.; а также Laffitte P., Bouchet R., Wolanski, P., Kaufman C.W., Nicholls J.A., Sichel M. и др. Несмотря на проведенные исследования проблемы инициирования, распространения и подавления детонации в упомянутых газовых смесях, все еще остаются некоторые нерешенные проблемы.

Так, влияние таких свойств частиц, как теплоемкость, температура и теплота плавления, и начальных параметров смеси на процесс подавления детонации, как правило, не исследовалось. До сих пор не выяснены сценарии и механизмы подавления детонации реагирующих смесей газов.

В работах ИТПМ СО АН СССР Казакова Ю.В., Федорова А.В., Фомина В.М. (1987-1989 гг.) для описания данного явления была предложена математическая модель механики двухскоростной двухтемпературной гетерогенной среды с приведенной кинетикой. На ее основе решена задача о структуре детонационной волны. Численные расчеты данных авторов впервые показали, что при увеличении диаметра частиц и их фиксированном содержании перед фронтом волны наблюдается непрерывный переход по скорости детонации от равновесной De к замороженной Df. Впоследствии в работе M.V. Papalexandris (2004 г.) также исследовалась структура детонационной волны и устойчивость детонации в смесях реагирующих газов и твердых частиц в рамках модели механики гетерогенных сред, как в одномерном, так и в двумерном нестационарном течениях. В недавней работе П.А. Фомина, Д.-Р. Чена (2009 г.) был проведен расчет подавления детонации в стехиометрической водород-кислородной смеси инжекцией химически инертных частиц Al2O3, SiO2, W.

Анализ данных работ показал, что рамки применяемых математических моделей для описания подавления детонационных явлений в газовзвесях ограничены моделями равновесной, модельной или приведенной кинетики химических превращений в ДВ. Поэтому предлагается использовать реалистические детальные схемы кинетических реакций воспламенения и горения газовой фазы, что позволяет дать более достоверную картину протекания процесса подавления детонации при добавлении инертных частиц.

Под подавлением будем понимать распад ДВ на затухающую замороженную УВ (ЗУВ) и отстающий фронт/волну воспламенения-горения (ВВГ).

Таким образом, представляется актуальным:

развить физико-математические модели, описывающие детонацию в газовзвесях реагирующих газов (водорода и углеводородов с окислителем) и твердых инертных частиц на основе детальных кинетических механизмов химических превращений;

на ее основе определить концентрационные и геометрические пределы детонации (минимальные массовые концентрации частиц в облаке и фильтре, а также минимальную длину облака и фильтра частиц, которые приводят к подавлению детонации);

исследовать влияние неоднородности распределения частиц в облаке/фильтре на геометрические пределы детонации.

Целями настоящей работы являются:

построение физико-математической модели двухскоростных двухтемпературных гетерогенных сред для описания распространения, ослабления и подавления детонации в смесях водорода и углеводородов с окислителем облаком / фильтром инертных частиц на основе учета детальных кинетических механизмов химических превращений;

выявление механизма подавления детонации реагирующих газов путем вброса инертных частиц;

определение критических параметров подавления (объемной концентрации частиц, размера облака и фильтра частиц);

исследование влияния объемной концентрации частиц на геометрические пределы детонации и процесс ее гашения;

построение физико-математической модели детонационного сгорания пара керосина в окислителе, позволяющей провести аналитическое исследование структуры детонационной волны;

определение пределов воспламенения частиц магния в окислителе за отраженными УВ – зависимостей времени задержки воспламенения и предельной температуры воспламенения от размера частиц, температуры и давления окружающего частицы газа в рамках единой математической модели.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Разработана физико-математическая модель подавления детонации водород-кислородной, метан-кислородной и метан-водород-кислородной смесей облаком и фильтром инертных частиц, основанная на детальной кинетике воспламенения и горения газовой смеси. Впервые на ее основе найдены концентрационные по массовой концентрации частиц пределы детонации; определены геометрические пределы детонации.

2. Выявлено, что: определенная в работе критическая длина фильтра является оптимальной при неоднородной концентрации частиц; при немонотонном распределении концентрации частиц определяющим параметром в процессе подавления детонации является не столько объемная концентрация частиц, сколько длина, на которой происходит гашение волны воспламенения и горения.

3. Предложена физико-математическая модель детонационного сгорания керосина, основанная на разработанной двухстадийной приведенной кинетике химических реакций, которая удовлетворительно описывает экспериментальные характеристики детонационного процесса: время задержки воспламенения; и зависимость скорости ДВ от стехиометрического соотношения в широком диапазоне начальных параметров среды.

4. Впервые в сопряженной постановке предложена математическая модель воспламенения образцов магния, дающая конечную температуру частицы после воспламенения. На основе методов элементарной теории катастроф построены многообразия катастроф/воспламенений, определяющие условие воспламенения и типы тепловой динамики образцов магния. Математическая модель верифицирована по экспериментальным зависимостям: время задержки воспламениня – tign(r,Tair) и предельная температура воспламенения образцов магния – Tlim(r, P0) в широком диапазоне размеров образца 15–600 мкм и давлений 1–10 атм окружающей среды.

Практическая ценность работы заключается в определении критериев и механизма подавления детонации, количественного и качественного влияния концентрации частиц на параметры детонационных волн в смесях водорода и углеводородов с окислителем; получении концентрационных и геометрических пределов детонации в данных смесях; определении влияния неоднородности распределения частиц в облаке на процессы ослабления и подавления детонации.

Достоверность полученных результатов подтверждается верификацией физико-математических моделей по большому набору экспериментальных данных в широком диапазоне изменения начальных параметров и соответствием расчтных данных результатам экспериментов и расчтов других авторов.

Апробация работы:

Основные результаты докладывались на семинарах под руководством академика РАН Фомина В.М., профессора Федорова А.В. (ИТПМ СО РАН), а также на ХLV, ХLVI, ХLVII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2007 г., 2008 г., 2009 г.); XIV Симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 13–17 октября 2008 г.); Всероссийской конференции, приуроченной к 70-летию академика В.А. Левина «Успехи механики сплошных сред» (Владивосток, 2009 г.); 27-th International Symposium on Shock Waves (St.

Petersburg, Russia, 19 - 24 July 2009); Всероссийской конференции, приуроченной к 20-летию ИПРИМ РАН «Механика и наномеханика структурно - сложных и гетерогенных сред. Успехи, проблемы, перспективы» (Москва, 30 ноября - 2 декабря 2009 г.); Х, XI Забабахинских научных чтениях (Снежинск, 15–19 марта 2010 г., 16 – 20 апреля 2012 г.); конференции «Многофазные системы: природа, человек, общество, технологии», посвященной 70-летию академика Р.И. Нигматулина (Уфа, 21 – 25 июня 2010 г.);

XV Международной конференции по методам аэрофизических исследований (ICMAR 2010) (Новосибирск, 2010 г.); Международной конференции «Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика», посвященная 90-летию со дня рождения академика Н.Н. Яненко (Новосибирск, 2011 г.); Х Всероссийском съезде по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Вторая Всероссийская школа молодых ученых-механиков (Нижний Новгород, 2430 августа 2011 г.). Общее число публикаций по материалам диссертации – 19, в том числе 6 статей в рецензируемых научных журналах из списка ВАК и 1 монография.

На защиту выносятся:

1. разработка физико-математической модели подавления детонации водород-кислородной, метан-кислородной и метан-водород-кислородной смесей облаком и фильтром инертных частиц, основанной на детальной кинетике воспламенения и горения газовой смеси;

2. результаты исследований по определению – критических параметров подавления детонации в полубесконечном облаке и фильтре в смесях водорода и углеводородов с окислителем;

– влияния неоднородности распределения объемной концентрации частиц фильтра на геометрические пределы детонации и типы возникающих детонационных течений: гашение, ослабление и реинициирование детонации;

3. построение физико-математической модели детонационного сгорания керосина, основанной на двухстадийной приведенной кинетике химических реакций, которая позволяет удовлетворительно описать локальные и интегральные характеристики детонационного процесса – время задержки воспламенения керосина и зависимость скорости ДВ от стехиометрического соотношения в широком диапазоне начальных параметров среды (T 1000,2100 К, p0 0.2,1 атм, 0.7,1 ).

Структура и объем диссертации:

Работа состоит из введения, трх глав, заключения и списка литературы из 71 наименования. Полный объм диссертации – 118 страниц, включая 44 рисунка. В нумерации формул и рисунков используется две цифры:

первая цифра соответствует номеру главы, вторая – номеру формулы или рисунка в этой главе. Библиографические ссылки нумеруются по главам.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дан обзор литературы, посвященной вопросам детонации газовзвесей реагирующих газов и твердых инертных частиц. Обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели диссертации и дано краткое изложение полученных результатов.

Первая глава посвящена основным уравнениям математической модели механики гетерогенных реагирующих сред (МГРС), описывающим детонационные процессы в реагирующих газовых смесях с облаками твердых инертных частиц.

В § 1 разработана и описана физико-математическая модель инициирования, распространения, ослабления и подавления детонации в смесях водорода и углеводородов с окислителем путем добавления облака инертных частиц, в двухскоростном, двухтемпературном приближении МГРС, основанная на детальной кинетике неравновесных химических превращений в ДВ.

В § 2 рассмотрены предельные случаи модели: замороженная по скорости частиц, описывающая подавление детонации неподвижным фильтром частиц, и полностью равновесная модель, описывающая распространение детонации в газовзвеси мелких частиц (диаметром от десятков нанометров до нескольких микрон).

В § 3 описан разработанный численный метод решения системы уравнений МГРС в двухскоростном, двухтемпературном приближении с учетом конечности объемной концентрации частиц и адаптации расчетной сетки к газодинамическим особенностям течения. Проведено тестирование этого метода на последовательностях сгущающихся сеток. Показано, что при увеличении количества узлов расчетной сетки рассчитанная скорость детонации приближается сверху к точному экспериментальному значению.

Кроме того, для грубой сетки при применении алгоритма адаптации этой сетки к зонам с высокими градиентами плотности значение рассчитанной скорости детонации также приближается к экспериментальному значению при увеличении параметра, отвечающего за сгущение сетки. Также получено, что на основе использованного численного метода можно воспроизвести факт выхода на стационарный, пульсирующий или затухающий режимы распространения детонации в зависимости от энергии активации, теплоты химической реакции и степени пересжатия детонационной волны.

В § 4 проведены верификации используемых детальных кинетических схем, описывающих химические превращения в ДВ. Показано, что используемые кинетические модели горения: водорода удовлетворительно описывает экспериментальные данные по интегральным характеристикам процесса подавления детонации – зависимостям скорости ДВ от концентрации аргона; метана удовлетворительно описывают экспериментальные данные по временам задержки воспламенения от температуры за фронтом ДВ вне зависимости от количества окислителя и разбавления инертным газом - аргоном.

Вторая глава посвящена моделированию ослабления и подавления детонации в водород-кислородной смеси облаком и неподвижным фильтром частиц песка.

В § 1 описаны расчеты подавления детонации неподвижным фильтром инертных частиц. Показано влияние диаметра и массовой концентрации на скорость детонационной волны. Выявлено, что увеличение массовой концентрации частиц, так же как и уменьшение диаметра частиц при сохранении их доли в объеме, приводит к уменьшению скорости детонации (рис. 1). Определены концентрационные (по массовой концентрации частиц) пределы детонации. Для 10- и 100-микронных частиц концентрационные по массовой концентрации частиц пределы равны 0.33 и 0.88 соответ* ственно. Критические объемные концентрации равны m2 2104, 2103.

1.3 1. Ar WC d=10-5 м SiO2 d=10-6м WC d=10-6 м 1.2 1. SiO2 d=10-5м Срыв детонации (SiO2) 1.1 1. SiO2 d=10-4м Срыв детонации (Ar) 1.0 1.0.9 0.0.8 0.0.7 0.0.6 0.0.5 0.0.4 0.0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1. Рис. 1. Зависимости дефицита скорости детонации от массовой концентрации инертных компонентов.

В § 2 определена минимальная длина однородного фильтра частиц, после выхода из которого волнового комплекса, состоящего из ЗУВ и ВВГ, не происходит реинициирование ДВ. Эта длина составляет 30 см или L / 100, где L – длина облака, ign comb – длина зоны химических реакций. Проведено исследование влияния неоднородности распределения концентрации частиц по длине фильтра на эффективность подавления детонации. Выявлено, что определенная критическая длина фильтра является в определенном смысле оптимальной, так как при изменении вида распределения концентрации частиц критическая длина фильтра меняется незначительно. Кроме того, получено, что уменьшение концентрации частиц от критической до меньшей в 20 раз также приводит к гашению ДВ, однако менее эффективному по сравнению с вариантом с постоянной предельной концентрацией. При немонотонном распределении объемной концентрации частиц показано, что определяющим параметром в процессе подавления детонации является не столько объемная концентрация частиц и масса фильтра, сколько длина, на которой происходит гашение ВВГ.

В § 3 исследовано влияние объемной концентрации и диаметра частиц в облаке на скорость ДВ. Найдены концентрационные по массовой и объемной концентрациям частиц пределы детонации. Для 10- и 100микронных частиц концентрационные по объемной концентрации частиц * пределы равны m2 5104, 5103 соответственно. Сравнение результатов расчетов по подавлению детонации фильтром и облаком частиц выявило, что зависимости скорости детонации от объемной концентрации частиц близки при малых концентрациях и отличаются при концентрациях, близких к критическим (рис. 2). Показано, что при малых диаметрах частиц в зависимости скорости ДВ от диаметра частиц реализуется равновесное, а при больших диаметрах частиц – замороженное течение, с непрерывным переходом между ними при промежуточных значениях диаметров частиц.

Также была определена критическая длина облака частиц, которая приводит к гашению детонации. Сравнение результатов расчетов показало, что геометрические пределы детонации при подавлении ее облаком или фильтром частиц отличаются незначительно.

d=10 мкм, Облако частиц 1. d=100 мкм, Облако частиц 1. d=10 мкм, Фильтр частиц 1. d=100 мкм, Фильтр частиц 1.0.0.0.0.0.0.10-6 10-5 10-4 10-3 10-mРис. 2. Зависимости дефицита скорости детонации от объемной концентрации частиц.

Сравнение данных двухскоростной и односкоростной моделей.

Третья глава посвящена математическому моделированию химических превращений газовых и твердых топлив.

В § 1 исследуется ослабление и подавление детонации в метанкислородной и в метан-водород-кислородной смеси облаком инертных частиц. Выявлено влияние объемной концентрации и диаметра частиц в облаке на скорость ДВ в смесях метан – кислород и метан – водород – кислород (рис. 3). Найдены концентрационные по объемной концентрации частиц пределы детонации. Для 10- и 100-микронных частиц концентрационные по объемной концентрации частиц пределы в смеси метан – * кислород равны m2 2103, 3102 соответственно, и в смеси метан – * водород – кислород m2 3103, 4102. Показано, что критические объемные концентрации, подавляющие ДВ, наибольшие в смеси метан – водород – кислород и наименьшие в смеси водород – кислород. Объясняется это следующим образом. В случае подавления детонации в смеси метан – кислород скорость детонации в этой смеси значительно меньше ( DCH -O2 2440 м/с) скорости детонации в смеси водород-кислород ( DH -O2 2750 м/с), а также меньше скорость потока за фронтом ДВ. Таким образом, меньше разница в скоростях газа и частиц, следовательно, меньше отъем импульса и энергии за счет трения газа о частицы. Разбавив метан-кислородную смесь водородом, мы, с одной стороны, увеличили отъем импульса и энергии за счет трения, но, с другой стороны, выросло тепловыделение в зоне химических реакций на величину большую, чем отъем импульса и энергии за счет трения.

а 1.0.0.0. CH4+2O2, d=100 мкм 0. CH4+2O2, d=10 мкм 0. 2H2+O2, d=100 мкм 0. 2H2+O2, d=10 мкм 0.0.10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 m б 1.0.0. CH4+2H2+3O2, d=100 мкм 0. CH4+2H2+3O2, d=10 мкм 0. CH4+2O2, d=100 мкм 0. CH4+2O2, d=10 мкм 0.0.0.10-6 10-5 10-4 10-3 10-mРис. 3. Зависимость дефицита скорости детонации в смесях метан – кислород и водород – кислород а) и метан – кислород и метан – водород – кислород б) от объемной концентрации частиц.

В § 2 разработана и описана физико-математическая модель воспламенения и горения паров керосина в проходящих УВ в рамках двухстадийной кинетики. Здесь, в частности, предложены аппроксимационные зависимости времени задержки воспламенения как функции от температуры, давления и начальных концентраций компонент для смесей керосин – кислород – аргон, керосин – воздух. Проведенное сопоставление рассчитанных по этим формулам данных с экспериментальными показало хорошее соответствие между ними. С использованием разработанной физикоматематической модели рассчитана и аналитически описана структура детонационной волны в стехиометрической и обедненной керосиновоздушной смеси в различных режимах детонации.

В § 3 представлена сопряженная физико-математическая модель воспламенения образцов магния, дающая физически обоснованную температуру образца после воспламенения. На основе методов элементарной теории катастроф построены многообразия катастроф/воспламенений, определяющие условия воспламенения и типы тепловой динамики образцов магния. В рамках данной единой модели описаны одновременно зависимости времени задержки воспламенения от размера частиц и температуры окружающего газа, а также зависимости предельной температуры воспламенения от размера частиц и давления окружающей среды. Проведенное сопоставление рассчитанных данных с экспериментальными показало их хорошее соответствие.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

1. Предложены физико-математические модели и математическая технологии для описания подавления детонации в смесях водорода и углеводородов с окислителем облаком и фильтром инертных частиц, которые учитывают детальные кинетические механизмы химических превращений в ДВ и различие скоростей и температур фаз.

2. Определены критические параметры газовзвеси:

– критические концентрации частиц диаметром от 1 до 100 мкм (концентрационные пределы детонации), которые приводят к подавлению ДВ. В зависимости от радиуса m20 меняется от 104 до 4102;

– критические размеры облака и фильтра частиц диаметром 100 мкм (геометрические пределы детонации), которые приводят к гашению ДВ.

Эти размеры составляют L / 100 и L / 133 для фильтра и облака соответственно;

3. Разработана и верифицирована физико-математическая модель детонационного сгорания пара керосина в окислителе, основанная на двухстадийной кинетике химических превращений в ДВ, позволившая провести аналитическое исследование структуры ДВ.

4. Впервые в сопряженной постановке предложена математическая модель воспламенения образцов магния, дающая конечную температуру частицы после воспламенения. На основе методов элементарной теории катастроф построены многообразия катастроф/воспламенений, определяющие условие воспламенения и типы тепловой динамики образцов магния. Математическая модель верифицирована по экспериментальным зависимостям:

время задержки воспламениня – tign(r,Tair) и предельная температура воспламенения образцов магния – Tlim(r, P0) в широком диапазоне размеров образца 15–600 мкм и давлений 1–10 атм окружающей среды.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Федоров А.В., Тропин Д.А.. Математическая модель воспламенения магния в расширенном диапазоне параметров // Физика горения и взрыва.

2008. Т. 44, № 5. С. 64–71.

2. Федоров А.В., Тропин Д.А., Бедарев И.А. Математическое моделирование подавления детонации водород-кислородной смеси инертными частицами // Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46, № 3. С. 103–115.

3. Федоров А.В., Тропин Д.А., Бедарев И.А.. Прохождение детонационной волны через облако частиц // Вестник Челябинского государственного университета. 2010. Вып. 12, № 23 (204). С. 110–120.

4. Федоров А.В., Тропин Д.А.. Определение критического размера облака частиц, необходимого для подавления газовой детонации // Физика горения и взрыва. 2011. Т. 47, №4. С. 100–108.

5. Тропин Д.А., Федоров А.В.. Определение критического размера облака частиц, необходимого для подавления газовой детонации // Вестник Нижегородского университета им. Н.И.Лобачевского. 2011. № 4 (3). С. 1183– 1185.

6. Федоров А.В., Фомин П.А., Фомин В.М., Тропин Д.А., Дж.-Р. Чен Физико-математическое моделирование подавления детонации облаками мелких частиц: монография. -Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин). 2011. 156 С.

7. Федоров А.В., Тропин Д.А. Математическая модель детонационного сгорания пара керосина в окислителе // Физика горения и взрыва. 2012.

Т. 48, № 1. С. 47–54.

8. Федоров А.В., Тропин Д.А., Шульгин А.В. Физико-математическое моделирование воспламенения мелких частиц магния // ХIV Симпозиум по горению и взрыву ( Черноголовка, 13-17 окт., 2008 г. ) : Тез. докл. Черноголовка: ИПХВ РАН, 2008. С. 185.

9. Федоров А.В., Фомин В.М., Бедарев И.А., Кратова Ю.В., Хмель Т.А., Шульгин А.А., Тропин Д.А. Математическое моделирование воспламенения и детонационного сгорания неоднородных сред // Механика и наномеханика структурно-сложных и гетерогенных сред. Успехи, проблемы, перспективы: Тез. докл. Всерос.конф., приурочен. к 20-летию ИПРИМ РАН ( Москва, 30 нояб.–2 дек. 2009 г. ). М., 2009. С. 49.

10. Федоров А.В., Шульгин А.В., Тропин Д.А. Воспламенение и горение мелких металлических частиц // Успехи механики сплошных сред. К 70летию. акад. В.А.Левина : Сб. науч. тр. -Владивосток: Дальнаука, 2009. -С.

707-718.

11. Федоров А.В., Шульгин А.В., Тропин Д.А. Воспламенение и горение мелких металлических частиц // Успехи механики сплошных сред: Тез.

докл. Всерос. конф., приуроченной к 70-летию акад. В.А. Левина ( Россия, Владивосток, 29 сент.– 05 окт., 2009 г. ). Владивосток: Дальнаука, 2009.

С. 143.

12. Fedorov A.V., Shulgin A.V., Tropin D.A. Physical and mathematical modeling of ignition of small magnesium particles // 27th International Symposium on Shock Waves (St. Petersburg, Russia 19–24 July 2009): Book of Proceedings. St. Petersburg: [ Б.и. ]. 2009. P. 343.

13. Федоров А.В., Тропин Д.А., Бедарев И.А. Численное моделирование подавления детонации в стехиометрической водород-кислородной смеси инертными частицами [Электронный ресурс] // XV Международная конференция по методам аэрофизических исследований. Труды. (Новосибирск, Россия, 1–6 нояб., 2010 г.). Новосибирск, 2010. № 160. 8 С. CDROM.

14. Федоров А.В., Тропин Д.А., Бедарев И.А. Математическое моделирование воспламенения керосина в проходящих ударных волнах [Электронный ресурс] // XV Международная конференция по методам аэрофизических исследований. Труды. (Новосибирск, Россия, 1–6 нояб., 2010 г.). Новосибирск, 2010. № 160. 8 С. CD-ROM.

15. Fomin P.A., Fedorov A.V., Tropin D.A., Bedarev I.A., Chen J.-R. Detonation wave suppression by injection of solid particles [Электронный ресурс] // Proceedings of the 15th International conference on the methods of Aerophysical research (Novosibirsk, Russia, 1–6 nov., 2010). Novosibirsk. 2010. No. 82.

8 P. CD-ROM.

16. Fedorov A.V., Tropin D.A., Bedarev I.A. Simulation of detonation suppression in a stoichiometric hydrogen-oxygen mixture by inert particles // Забабахинские научные чтения: Тез. докл. 10 Междунар. конф. (Снежинск, 15– 19 март., 2010 г.) Zababakhin Scientific Talks: Abstr. Cнежинск: РФЯЦ - ВНИИТФ, 2010. P. 80.

17. Федоров А.В., Тропин Д.А., Бедарев И.А. Моделирование подавления детонации в стехиометрической водород-кислородной смеси интерными частицами // Забабахинские научные чтения: Тез. докл. 10 Междунар.

конф.( Снежинск, 15–19 март., 2010 г.) Zababakhin Scientific Talks: Abstr. Cнежинск: РФЯЦ - ВНИИТФ, 2010. С. 79–80.

18. Тропин Д.А., Федоров А.В. Определение критического размера облака частиц, необходимого для подавления газовой детонации // Современные методы механики. Х Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Вторая Всероссийская школа молодых ученых-механиков: Тез. докл. (Нижний Новгород, 24–30 авг. 20г.). Нижний Новгород, 2011. С. 175–176.

19. Федоров А.В., Тропин Д.А. Воспламенение и горение предварительно перемешанного пара керосина в воздухе // Международная конференция "Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика, посвященная 90-летию со дня рождения академика Н.Н. Яненко "( Россия, Новосибирск, 30 мая–4 июня 2011 г.) : Тез. докл. Новосибирск, 2011. С. 141–142.

Ответственный за выпуск Д.А. Тропин Подписано в печать 2.08.20Формат бумаги 60 84/16, Усл. печ. л. 1.0, Уч.-изд. л. 1.0, Тираж 100 экз., Заказ № Отпечатано на ризографе ЗАО "ДОКСЕРВИС" 630090, Новосибирск, Институтская, 4/






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.