Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время порошковые материалы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности и энергетике и, как показывает опыт, при определенных условиях они ведут себя как легковоспламеняющиеся взрывоопасные вещества. Несмотря на прогресс порошковых технологий число взрывов пылесистем остается большим, а в некоторых случаях это приводит к авариям с сильными разрушениями и человеческими жертвами. Особую актуальность представляет проблема взрывобезопасности угольных пылей. Для понимания и описания сложных процессов, ответственных за возникновение взрывоопасных ситуаций в пылесистемах, необходима постановка экспериментов на основе быстродействующих оптических методов диагностики, направленных на изучение механизмов смесеобразования и воспламенения, динамики двухфазной смеси за УВ, обратного влияния.дисперсной фазы на несущую и т.д. Большинство этих вопросов недостаточно исследованы, хотя помимо проблемы пылевзрыва они актуальны в целом ряде приложений, а также представляют интерес с точки зрения физики многофазных потоков.
Цель работы состояла в вкспериментальном исследовании механизмов воспламенения угольных пылей в УВ, в изучении нестационарности потока за УВ в пылегазовых смесяхs а также влияния нестацио-нзрности на характеристики воспламенения пылей в проходящих УВ методами быстродействующей лазерной визуализации.
Автор защищает:
- результаты экспериментального исследования влияния летучих на
задержки Еоспламенения угольных пылей е УВ;
модель воспламенения частицы угольной пыли в отраженной УВ;
результаты экспериментального исследования нестационарности УВ в разреженном пылевом облаке и влияние нестационарности на характеристики воспламенения пылей;
модель нестационарности потока за УВ, распространяющейся в разреженном пылевом облаке.
Научная новизна.
В рамках единой методики исследованы задержки воспламенения т{ углей с различным содержанием летучих (9 < V_ ^ 55) в диапазоне температур Т = 1000+2200К. Впервые для углей показан нелинейный характер зависимости In xt = /(1 /Г), что свидетельствует о существовании, по крайней мере двух механизмов, определящих за-
держи воспламенения в указанном диапазоне температур. В качестве основных механизмов приняты пиролиз и окисление его продуктов.
Аппроксимацией данных типа In ii = /(1/Т) получена эмпирическая зависимость Tt угольных шлей от 7 , а также от температуры и парциального давления кислорода. Экспериментально показано, что в проходящих УВ задержки воспламенения соответствуют температурам на 300+500К большим, чем в отраженных волнах.
Методом многокадровой лазерной визуализации исследовано нестационарное взаимодействие УВ с разреженной пылегазовой смесью. Установлен эффект торможения сверхзвукового потока и рост температуры газа.
Предложена физическая модель явления. Получен критерий нестационарности и явный вид функций скорости, давления и температуры газа за УВ в разреженном пылевом облаке. Получены профили параметров УВ и характер ее затухания.
Достоверность полученных результатов обоснована детальным анализом методических ошибок диагностических схем и погрешностей при обработке данных. Теоретические результаты по нестационарности УВ косвенно подтверждаются экспериментами по воспламенению шлей в проходящих УВ, а также количественным сравнением с наблюдаемой динамикой изменения числа Маха.
Научная и практическая ценность работы. Результаты исследования воспламенения угольных шлей в УВ могут быть использованы при разработке методов предотвращения взрывоопасных ситуаций, возникающих в угледобывающей промышленности и в энергетике, а также при создании и совершенствовании энергетических установок, работающих на угольных пылях. Данные по нестационарности УВ в пылевзвесях могут быть полезны при построении физических и математических моделей гетерогенной детонации и пылевых взрывов, а предложенный механизм нестационарности может представлять интерес с точки зрения физики многофазных потоков.
Аппробация работы и публикации. Результаты диссертации докладывались на III Международной школе по взрывам промышленных пылей (Турава, Польша, 1982), на 7III Международном симпозиуме по процессам горения (Яблона, Польша, 1983), на XI Всесоюзной научно-технической конференции "Высокоскоростная фотография и метрология бнстропротекающих процессов" (Москва, 1983), на Всесоюзном семинаре "Многофазные потоки в плазменной технологии" (Барнаул,
1984), на I,III,IV Международном коллоквиуме по взрываемости промышленных шлей (Польша, 1984,1988,1990), на 6 Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986), на Совещании-семинаре по механике реагирующих сред (Красноярск,1988), на III,IV Международном семинаре по структуре пламен (Алма-Ата, 1989, Новосибирск, 1992), на 5 Всесоюзной школе-семинаре "Современные проблемы механики жидкости и газа" (Иркутск, 1990), на V Всесоюзной школе по методам азрофизических исследований (Абакан, 1989), на 13 Международном коллоквиуме по газодинамике взрыва и реагирующих систем (Япония, 1991), на X Международном симпозиуме по горению # взрыву (Черноголовка, 1992).
Основные результаты работы опубликованы в 14 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения/ пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения с иллюстрациями. Полный объем - 161 страница, в том числе 22 страницы иллюстраций. Список цитируемой литературы содержит 183 наименования.