Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время большое количество горючих газов фанятся, транспортируются и используются как источник энергии. При этом водород рассматривается в качестве іерспективного энергоносителя. На различных стадиях 'ехнологического цикла возможно как плановые, так и іварийньїе выбросы водорода в атмосферу, скопление его в юмещениях и т. п. Выделение водорода так же возможно при птатной эксплуатации и в аварийных ситуациях на атомных электростанциях. Авария с выделением и взрывом водорода юд защитной оболочкой реактора на американской атомной электростанции Three-Mile Island в 1979 году представляет (обой характерный пример возможной аварийной ситуации. Этот аварийный случай дал толчок началу детальных ісследований по водородной безопасности в атомной энергетике.
Плановое образование и горение топливовоздушных эмесей не представляет особого интереса с точки зрения іезопасности, так как эти процессы происходят при >егламентированных технологических условиях. В то же іремя некоторые специфичные физические свойства водорода, акие как: летучесть, отсутствие цвета и запаха, широкие гределы воспламенения накладывают определенные условия [а правила техники безопасности и требуют максимально очной оценки последствий аварийных ситуаций.
При аварийном выбросе водорода наиболее вероятен следующий порядок развития событий: 1) - выброс водорода, !) - образование смеси водорода с воздухом, способной к юспламенению и горению, 3) - горение водородовоздушной меси. Каждый из пунктов представляет собой очень сложный физический процесс и требует отдельного тщательного ісследования. При аварийной ситуации конвекция и гскусственная вентиляция внутри помещений может ущественно ускорить процесс образования облака опливовоздушной смеси и увеличить его размеры. Если в [роцессе аварии образуется достаточное количество водорода и фоисходит воспламенение водородовоздушной смеси, то в (альнейшем возможны несколько режимов распространения гламени: а) медленное горение, б) быстрое турбулентное орение и в) переход горения в детонацию. В большинстве лучаев медленное горение характеризуется низкой імплитудой волн давления и практически не представляет :обой опасность для помещений, защитных оболочек АЭС и
оборудования. Другие режимы - быстрое турбулентное горені и детонация образуют волны давления высокой амплитуді Из всех вышеперечисленных режимов детонация считает< наиболее опасной. Спонтанное возникновение детонацг. возможно при процессе перехода горения в детонацию инициировании турбулентной струей продуктов горени: Впервые экспериментально возможность инициировані детонации турбулентной струей продуктов горения бьи показано в работе [Knystautas R. et. al., Direct Initiation < Spherical Detonation by a Hot Turbulent Gas Jet, 1979], хот теоретическое обоснование возможности существования такої процесса было предложено Зельдовичем Я. Б. с сотрудникам в работе "О возникновении детонации в неравномер* нагретом газе" в 1970 году.
В целом, несмотря на многочисленные исследованв
"jet" - инициирования, многие вопросы оставалиі
открытыми. К началу экспериментальных рабе
представленных в диссертации можно отметить недостатс
систематических экспериментальных данных г
инициированию. Существующие данные не позволял сформулировать критические условия инициированн детонации турбулентной струей. Эксперименты разделительной мембраной, которая исключает модификаци свойств исследуемой смеси были проведены только Е высокочувствительных смесях в установках малого масштаб) Не было определено влияние стенок и препятстви ограничивающих объем смеси на критически услови инициирования.
Цель работы заключалась в экспериментально исследовании критических условий возникновения детонаци при инициировании топливовоздушной смеси турбулентно струей продуктов горения. Для получения недостающи данных по критическим условиям инициирования был выбраны эксперименты в объемах топливовоздушной смес различного масштаба, с различной степенью ограничени (замкнутый, полуограниченный и неограниченный обхе смеси), при начальном разделении мембраной инициируемо смеси и инициирующей "jet" - камеры.
Научная новизна
1. Проведены систематические крупномасштабнь:
экспериментальные исследования инициированн
детонации турбулентной струей продуктов горени поперечным размером 0.076 - 1.1м в объемах от 0.15 р 215 м3 с разделительной разрушаемой мембраної
Получено инициирование детонации турбулентной струей в смесях с содержанием 25-30 % водорода в воздухе.
-
Впервые проведены эксперименты по непосредственному сравнению условий инициирования детонации в замкнутом и неограниченном объемах при использовании одной и той же инициирующей струи. По результатам определено, что критические условия инициирования детонации в смесях H2-O2-PN2, C2H4-O2-PN2, Нг-воздух, находящиеся в объемах с различными граничными условиями, существенно различаются.
-
В работе показано существование двух существенно разных процессов: 1) непосредственное инициирование детонации турбулентной струей и 2) переход горения в детонацию на более поздней стадии при зажигании турбулентной струей. Предложена классификация экспериментальных результатов, позволяющая выделить характерные случаи инициирования и оценить критические условия.
-
Определены критические условия для прямого инициирования детонации струей продуктов горения в тошгавовоздушных смесях и проведено сравнение с теоретическими оценками критических условий спонтанного возникновения детонации в неоднородных смесях.
Научная и практическая ценность
Полученные результаты могут использоваться при моделировании аварийных ситуаций, а также дают возможность оценить степень взрывоопасности объекта в конкретных условиях.
Достоверность результатов обусловлена
использованием детальной инструментальной регистрации, скоростной киносъемки взрывных процессов, повторяемостью результатов и сравнением (где это возможно) с литературными данными.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:
-
14-th International Colloquium on Dynamics of Explosions and Reactive Systems, University of Coimbra, Coimbra, 1-6 Aug, 1993;
-
15-th International Colloquium on Dynamics of Explosions and Reactive Systems, Boulder, Colorado, 31 Jul-4 Aug,1995;
-
16-th International Colloquium on Dynamics of Explosions and Reactive Systems, Cracow, Poland, 3 - 8 Aug. 1997.
-б-
а так же на международных семинарах Forschungszentrum. Karlsruhe, Germany 1994 - 96 гг.
Публикации
По теме диссертации опубликована 7 работ.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментального исследовани;
критических условий инициирования детонации турбулентно]
струей продуктов горения в топливовоздушных смесях;
- классификация экспериментальных результатов m
критическим условиям инициирования детонацш
турбулентной струей продуктов горения;
критерий оценки возможности прямоп инициирования сферической детонации турбулентной струеі продуктов горения.
Структура и объем диссертации
