Приведены необходимые и достаточные условия, которым должны удовлетворять модельные уравнения кинетики и калорическое уравнение состояния для согласования со вторым началом термодинамики. Предложена простая модель, практически не уступающая по точности моделям с детальной кинетикой и высокоточным описанием констант равновесия реакций и внутренних энергий компонентов смеси.
Создана одномерная нестационарная модель, описывающая распространение газового пламени в узком канале переменного сечения при встречном потоке газа, учитывающая распространение тепла по стенкам канала.Рассмотрен случай, когда поперечное сечение канала медленно меняется на расстоянии порядка тепловой толщины волны горения. Показано, что в такой системе возможны режим распространения пламени с высокой скоростью (порядка нормальной скорости пламени), режим распространения с низкой скоростью, как при фильтрационном горении в пористой среде, и смешанный режим горения, при котором широкую часть канала пламя проходит с высокой скоростью, а узкую часть — с низкой. Построена простая аналитическая модель колебаний пламени в такой системе, на возможность которых указывали результаты численного моделирования. Рассмотренная простая модель представляет собой попытку учесть макронеоднородность пористой среды при моделировании фильтрационного горения газов.
Предложена модель распространения газового пламени в узком зазоре между двумя пластинами, которая наряду с обычным режимом описывает режим низких скоростей. Характерной особенностью режима низких скоростей является то, что пламя распространяется вместе с порожденной им тепловой волной в пластинах. Показано, что пределы распространения пламени в режиме низких скоростей шире пределов, полученных в классической теории. Получены зависимость скорости распространения пламени и зависимость критического числа Пекле от скорости свежего газа. При числах Пекле, меньших критического значения, определяемого классической теорией, пламя может существовать лишь в некотором интервале скоростей свежей смеси. Обсуждается возможная причина существования верхнего и нижнего пределов распространения пламени по скорости потока свежей смеси.
На основе спектрального и корреляционного анализов трех колебательных процессов: гидродинамического, акустического и электрического, генерируемых при работе метеотрона, выявлен ряд закономерностей поведения крупномасштабного пламени и нагретой струи. Диапазон исследуемых частот 0,03 ÷ 20 Гц.
Установлено, что автоколебания в газовой полости реактивного двигателя твердого топлива обусловлены неустойчивостью и периодическим перестроением крупномасштабных компактных вихревых структур в застойных зонах основного потока продуктов сгорания. На основании косвенных данных натурных испытаний и экспериментальных исследований установлено, что между боковой поверхностью газовой полости и утопленным соплом, а также в районе переднего днища двигателя образуются компактные застойные зоны. Разработана и апробирована методика расчета и предсказания чисел Струхаля и акустических резонансных явлений в газовой полости камеры сгорания двигателя твердого топлива, обусловленных перестройкой компактных крупномасштабных вихревых структур.
В простейшей постановке проанализирована задача о зажигании твердого вещества тепловым потоком через отслаивающуюся преграду. Получено приближенное аналитическое решение задачи, из которого следует, что зависимость времени зажигания твердого вещества (с газообразным продуктом реакции) становится немонотонной, если толщина преграды мала. Качественные выводы согласуются с результатами численного счета.
Получено аналитическое решение задачи о поле температур в бесконечном по высоте слое растительного сырья. Приведены простые формулы для определения пожароопасной температуры и времени ее достижения. Результаты аналитического решения хорошо согласуются с данными численного анализа и экспериментом.
Высыхание лесных горючих материалов является наиболее важной и наименее изученной стадией многостадийного процесса их горения в природных условиях. Выполнено физическое и математическое моделирование сушки слоя лесных горючих материалов в сопряженной постановке, в рамках которой решаются уравнения бинарного пограничного слоя и уравнения тепло- и массопереноса в слое лесных горючих материалов с соответствующими граничными и начальными условиями. Получены решения задачи для суточного и сезонного изменений температуры окружающей среды для трех сценариев развития погодных условий. Проведено сравнение с экспериментальными данными по сушке хвои сосны и ряда других хвойных пород деревьев. Дана полноценная физико-математическая основа для прогноза возникновения лесных пожаров.
О. А. Алексеев, М. Э. Шамсутдинов, Ф. Х. Кутышев*, А. В. Косточко*
Федеральный НПЦ “Государственный институт прикладной оптики”, 420075 Казань *Казанский государственный технологический университет, 420015 Казань
Приведены результаты исследований процесса горения брикетных топлив, созданных на основе использования устаревшего артиллерийского пороха и лигнина. Определены температуры диффузионного пламени факела и кокса брикетных топлив, а также линейные скорости факельной и бесфакельной стадий горения. Предложена модель и приведены результаты расчета лучистой составляющей в общем балансе теплоты сгорания лигниносодержащих топлив.
