Введение к работе
Актуальность темы. Низкоскоростное распространение волны горения газа в инертной пористой среде является новым и малоизученным видом фильтрационного горения газов (ФГГ). Интерес к нему обуславливается потребностими практики, его использованием в ряде новых технологий энергетики, экологии и пожаровзрывобезопасности. Фильтрационное горение газов применяется для утилизации вредных газов, сжигания сверхбедных топлив, а также для радиационного нагрева металла, керамики, стекла, полупроводников. Разнообразные свойства ФГГ открывают новые возможности для создания горелочных устройств на основе пористых материалов: конверторов для получения высокопотенциального тепла, ИК-излучателей, горелок для сжигания низкокалорийных газов и т.п. Все это указывает на актуальность исследований, прежде всего, с опорой на создание математических моделей процессов ФГГ, поскольку постановка и проведение соответствующих экспериментов связаны с большими затратами ресурсов.
Первые шаги в классификации скоростных режимов и построении теории ФГГ на основе экспериментов сделаны В.С.Бабкиным и др. Анализ теплофизики процессов ФГГ, простейшие модели и формулы для макроскопических параметров, предназначенные для практических, инженерных и научных расчетов, предложены К.В.Добрего, СА.Жданок. Разработка и изучение физико-математических моделей горения гомогенных газовых смесей в гетерогенных системах, проверка их работоспособности на экспериментальном материале выполнены НА.Какуткиной. Свой вклад в развитие теории ФГГ внесли также T.Takeno, K.A.Sato, Дробы-шевич, АА.Коржавин, Ю.М.Лаевский, С.И.Потытняков и др.
Цель работы. Разработка однотемпературной и двухтемпе-ратурной математических моделей распространения зоны ФГГ, основанных на связи градиента температуры пористой среды и
концентрации недостающего компонента газовой смеси, и приближенное и численное исследование стационарной волны ФГГ.
Научная новизна. Основные результаты диссертации являются новыми и состоят в следующем:
Предложена однотемпературная математическая модель зоны фильтрационного горения газов в инертной пористой среде с учетом линейной связи градиента температуры пористой среды и концентрации недостающего компонента газа и порядка скорости реакции по недостающему компоненту газовой фазы.
Предложена двухтемпературная математическая модель зоны фильтрационного горения газов в инертной пористой среде с учетом линейной связи градиента температуры пористой среды и концентрации недостающего компонента газовой смеси.
Численными методами получены зависимости основных характеристик волны ФГГ (скорости фронта, максимальной температуры газа, температуры инициирования, ширины зон прогрева, горения и внутренней релаксации) от определяющих параметров пористой среды и смеси газов (скорости вду-ва газа, диаметра частиц, процентного содержания водорода в смеси и порядка реакции).
Создан пакет компьютерных программ для исследования закономерностей распространения фронта ФГГ.
Методы исследований. В настоящей работе методы Я.Б.Зельдовича (по определению связи между температурой и концентрацией газа) и Б.В.Новожилова (по определению скорости распространения зоны горения конденсированных сред) использованы для построения математических моделей ФГГ в инертной пористой среде. Для исследования процессов горения использованы методы алгоритмизации моделей, численные методы и язык программирования Delphi-7.
Теоретическая ценность работы заключается в определении скорости распространения зоны ФГГ и температуры инициирования волны реакции в зависимости от определяющих параметров пористой среды и смеси газов.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты предназначены для совершенствования управления процессами "прогорания" промышленных огиепреградителеи, сжигания сверхбедных топлив и создания новых технологий в энергетике.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на
международной научной конференции "Современные проблемы газовой и волновой динамики", посвященной 100-летию со дня рождения академика Х.А.Рахматулина. Москва, 21-23 апреля 2009 г.;
международной конференции МСС-09 "Трансформация волн, когерентные структуры и турбулентность". Москва, Институт космических исследований, 23-25 ноября 2009г.;
международной конференции "Современные проблемы математического анализа и их приложений", Душанбе, 23-24 июня 2010г.;
международной научной конференции "Современные проблемы математического анализа и их приложений", посвященной 60-летию академика АН РТ К.Х.Бойматова. Душанбе, 23-24 июня 2010 г.;
международной научной конференции "Современные проблемы математики и ее приложения", посвященной 70-летию члена-корреспондента АН РТ Э.М.Мухамадиева. Душанбе, 28-30 июня 2011 г.;
научных семинарах Института математики АН РТ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, из них - 4 в рецензируемых ВАК РФ журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 105 страницах машинописного текста, включает 70 рисунков и 2 таблицы. Список литературы содержит 85 наименований.
