Введение к работе
--'—Актуальность проблеми. Теоретические представления в физике взрыва базируются, в основном, на идеализированных схемах процесса взрывного превращения. При изучении инициирования и распространения детонации а гааах среда считается однородной и изотропной, а влияние на распространение взрывной волны таких факторов как трение и теплообмен га^а со стенками канала и препятствиями, боковое истечение rasa через отверстия в стенке, вдув дополнительной массы в ударно сжатый газ за счет абляции стенок или испарения жидкой фази и др. , как правило, не учитываются.
Реальные взрывные процессы зарождаются и распространяйся в
условиях, осложненных пространственными неоднороді/ос тями
температуры и состава реагирующей смеси, при наличии ограничивающих поверхностей (проницаемых и непроницаемых, . движущихся и неподвижшх), запыленности и загроможденное пространства. В технических устройствах сжигания многие из указанных факторов необходимо сопутствуют рабочему процессу. Изучение влияния перечисленных факторов ( "неидеальнос/пи") на зарождение .и распространение взрыва в газах является актуальной и важной задачей.
Цель исследования состояла в постановке и решении следующих основных задач.
I . Исследование взрывов, порождаемых неоднородностями
пространственных распределения параметров горючей-смеси в условиях, близких к самовоспламенению.
-
Анализ условий распространения и макроскопических параметров неидеальной детонации в газовых смесях при наличии трения, тепло- и массообмена; вывод критериев подавления детонации.
-
Математическое моделирование и экспериментальные исследования распространения ударных волн в каналах с проницаемыми стенками, преградами, завесами, эндотермически разлагающимися добавками.
-
Разработка методики приближенного расчета ослабления ударных волн различными защитными средствами и выбора оптимальной конфигурации экрана.
Научная новизна работы.
Впервые проведен комплексный анализ влияния неоднородностея периода индукции самовоспламенения на динамику взрыва в газовых и гетерогенных системах. В результате предложена новая концепция возникновения случайных взрывов, порождаемых неоднородноетями пространственных распределения параметров горючей смеси в условиях, близких к самовоспламенение.
Разработаны новые подходы к исследование условия зарождения и распространения взрыва в неоднородных реагирующих системах, позволяющие по-новому решать задачи устойчивости рабочего процесса многих энергонапряжениых устройств сжигания топлива.
Изучены условия распространения и макроскопические параметры неидеапьной детонации в газовых смесях при наличии трения, тепло- и массообмена; 'получены и экспериментально верифицированы критерии подавления детонации. Созваны завершенные одномерные модели развития взрыва и неидеальной детонации в газах и двухфазных средах, показаны области их применимости. Модели, несмотря на их приближенность, позволили достаточно точно количественно описать важные критические характеристики рассматриваемых процессов.
Предложен и экспериментально обоснован новый подход к исследование ослабления ударных волн в каналах с проницаемыми стенками, преградами и завесами, и на его основе разработана методика приближенного расчета ослабления ударных волн защитными средствами и выбора оптимальной конфигурации защитного экрана.
Научно-практическая, ценность работы,
Предложенные в диссертационной работе критерии самовозбуждения взрыва и математические модели могут быть использованы для разработки мер повышения устойчивости рабочих процессов двигателей на химическом топливе, повышения эффективности процесса сгорания и предотвращения взрывных явлений при срабатывании декомпрессирувиих предохранительных устройств, в ствольных системах, в процессах смешения и т.п.
Критерии масштабного подобия и критерии подавления детонации газовых и гетерогенных смесей, предложенные в работе, позволяют обобщать результаты- лабораторных исследований на более крупные
масштабы реальных промышленных установок.
Разработанная в диссертационной работе мегодика приближенного расчета ослабления ударных волн различными защитными средствами позволяет оптимизировать выбор защитного средства, удовлетворяющего технологическим ограничениям, и может успешно применяться при разработке и проектировании практических устройств вэрывозашиты.
Основные положения. поедстаЕляемые ь защите
-
Концепция возникновения случаяньх взрывов, порождаемых неоднородноетями пространственных распределений параметров горючей смеси в условиях, Олизких к самовоспламенению.
-
Новые подходы к исследованию условия зарождения и распространения взрыва в неоднородных реагирующих системах различной конфигурации, .позволявшие по-новомту решать задачи устойчивости рабочего процесса многих энергонапряженных устройств сжигания топлива.
-
Условия распространения и макроскопические параметры неидеальной детонации в газовых смесях при наличии грения, тепло- . и массообмена; критерии подавления детонации.
-
Новый подход к исследование ослабления ударных волн в каналах с проницаемыми стенками, преградами - и завесами; методика приближенного расчета ослабления УВ защитными средствами и выбора оптимальной конфигурации защитного экрана.
Публикации, апробация. По материалам диссертации опубликовано 32 работы. Основные результаты работы были представлены и докладывались на I Всесоюзном симпозиуме по макроскопической кинетике и химической газодинамике (Алма-Ата, 1964), на III Всесоюзном совещании по детонации (Таллинн, 1985), на Всесоюзном совещании-семинаре "Современные проблемы механики жидкости и газа" (Грозный, 1986), на международном семинаре по структуре газофазных пламен (Новосибирск, 1986), на VI Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986), на Всесоюзном совещании по детонации (Черноголовка, 1966), на заседании Научного Совета АН СССР "Теоретические основы процессов горения" (Москва, 19851, на VIII Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (Ташкент,
1956 1, на II Международном коллоквиуме по пылевым взрывам (Польша, 1936), на секции экологических проблем горения и техники безопасности Научного Совета АН СССР "Теоретические основы процессов горения" (Москва, 1987), на Всесоюзной школе-семинаре по механике жидкости и газа (Иркутск, 1968), на III Международном коллоквиуме по пылевым взрывам (Польша, 1966), на Всесоюзном совещании по переходу горения в детонацию (Черноголовка, 1969), на V Всесоюзной школе-семинэре по вопросам воспламенения и горения дисперсных систем (Одесса, 1969), на 16 Международном симпозиуме по ударным трубам и волнам (ФРГ, 1987), на И Международном коллоквиуме по динамике взрыва к реагирующих систем (Польша, 1967), на 12 Международном коллоквиуме по динамике взрыва и реагирующих систем (США, 1969), на 17 международном симпозиуме по ударным трубам ІСП1А,' 1969), на 1 Международной конференции по потере герметичности (Великобритания, 1969), на 11 Международном симпозиума по процессам горения (Польша, 1969), на IX Всесоюзном симпозиуме по горение и взрыву (Суздаль, 1969), на 16 Международном симпозиуме по ударным волнам (Япония, 1991), на 13 Международном коллоквиуме по динамике взрыва и реагирурщих систем ІЯпония, 1991), на 12 Международном симпозиуме по процессам горения (Польша, 1991), на 19 международной конференции по специальным элементам двигателей внутреннего сгорания (Польша, 1991), на научных семинарах в ИВТ РАН (Москва, 19651, ШШ (Москва, 1967), НИИТП (Москва, 1967), ЛГИ (Ленинград, 1967), ИАЭ им. Курчатова (Москва, 196S, 1969), ОИХФ РАН (Черноголовка, 1969), ИПМ РАН (Москва, 1987), на Ученом совете, семинарах и конкурсах научных работ ИХФ РАН.
Личное участие автора. Автору принадлежат основные идеи в постановке и решении задач, включенных в диссертационную работу, им выбраны объекты исследования, разработаны математические модели и проведены расчеты. Автор принимал непосредственное участие в планировании, постановке и проведении экспериментальных исследований.
Структура и. объем работы, диссертация состоит из предисловия, введения, семи глав, заключения и списка цитированной литературы. Всего в диссертации 393 страницы машинописного текста, 120 рисунков, 25 таблиц, библиография содержит 336 наименований.
В предисловии изложены основное задачи работы.
Во введении описана проблематика исследовании взрывных явлении в газах. Большинство практических проблем, связанных с физикой взрыва, можно отнести к одному из двух главных направлении: подавление взрыва и защита объектов от детонационных и взрывных волк и инициирование взрыва. Основной прагматический вопрос в обоих направлениях - это повышение эффективности как средств подавления взрыва, так и средств его инициирования. Подавление взрыва на практике осуществляет путем внешнего воздействия на взрыв различными средствами, которые рассеивают его энергию. Повышение эффективности традиционных инициаторов взрыва, фактически также сводится к техническим решениям, поскольку дальнейшее продвижение по пути увеличения калорийности взрывчатых веществ представляется проблематичным. Таким образом, как для задач подавления взрыва, так и для задач инициирования необходимо знать влияние различных внешних воздействий. Отсюда следует (а опыт показывает, что это так и есть ), что внешние воздействия оказывают двоякое влияние на процесс взрывного превращения. Например, установка преград на пути взрывной волны при одних условиях приводит к гашению волны, а при других - к инициированию детонации. В связи с этим встают принципиальные вопросы. Каков механизм -влияния внешних воздействия на взрыв и в чем причина указанно)! двойственности? В какой мере и при каких условиях одни и те же внешние воздействия способствуют инициированию взрыва и его подавлению? Как целенаправленно повысить эффективность инициирования взрыва или предотвратить инициирование?
Средства подавления детонации, как правило, изобретаются и апробируются в лабораториях. Возникает вопрос, как лабораторные результаты переносить на натурные объекты в связи с изменением масштабов и с отмеченной двойственностью влияния внешних воздействий на взрыв? Как выбирать оптимальные средства зашиты, дающие наибольший эффект при минимальном вмешательстве в технологическую схему производства? В сущности, диссертационная работа посвящена решению поставленных вопросов.
