Введение к работе
Актуальность темы. Интерес исследователей к свойствам и особенностям пузырьковых сред обусловлен их широким распространением в современном технологическом производстве. В производственных процессах, связанных с генерацией и транспортировкой взрывчатых веществ значительное внимание уделяется мерам обеспечения взрывобезопасности. Образование взрывоопасной пузырьковой среды может произойти из-за утечек, ошибок в дозировке либо быть обусловлено самим технологическим процессом. Например, в промышленных системах производства ацетилена для защиты коммуникаций от проникновения в них со стороны потребителя воздуха или взрывной волны при обратных ударах используются жидкостные затворы, в которых образуется взрывчатая пузырьковая среда. Поэтому знание условий и параметров, при которых может произойти взрыв образованной газожидкостной системы, имеет важное практическое значение.
Другой перспективной областью применения результатов исследования химически активных пузырьковых сред является энергетика. В настоящее время КПД типичного паротурбинного энергоблока находится на уровне 40 %, газотурбинной установки — 36 %, а парогазовой — 50 %. За счет потерь в теплосетях до потребителя доходит ещё меньшая доля энергии. Немаловажную роль играет также и загрязнение атмосферы продуктами сжигания углеводородного топлива. Исследования детонационных процессов в химически активных пузырьковых средах показывают принципиальную возможность сжигания такого топлива в жидкой среде с практически полной передачей тепла от продуктов реакции теплоносителю и исключая вредные выбросы в атмосферу.
Таким образом, актуальность исследований фундаментальных свойств и особенностей химически активных газожидкостных сред обусловлена прикладными задачами в областях взрывобезопасности и энергетики.
Цели работы и методы исследований. Экспериментальное исследование процесса инициирования пузырьковой детонации (ПД), проведение его оптимизации и определение критических параметров инициирования при возбуждении детонации ударной волной, создаваемой как за пределами пузырьковой среды, так и внутри неё. Создание теоретической модели пузырьковой детонации, учитывающей нелинейные и дисперсионные свойства пузырьковой среды, а также расчет структуры волны пузырьковой детонации при дискретном распределении пузырьков в жидкости.
В качестве экспериментальных методов исследования применялись известные электрофизические способы измерения параметров ударно-волновых процессов. Для обработки полученных результатов использовались статистические методы анализа данных. В части теории применялись аналитические и численные методы решения поставленных задач.
Научная новизна. Подробно изучен процесс инициирования пузырьковой детонации двумя разными способами: внешней ударной волной, сформированной подрывом горючей смеси в отдельной секции, и ударной волной внутри пузырьковой среды, сформированной электрическим взрывом проволочки. Впервые реализовано инициирование пузырьковой детонации непосредственно в газожидкостной среде. Определены критические параметры инициирования пузырьковой детонации. Показана возможность снижения затрат энергии: при внешнем инициировании - за счет уменьшения длины секции инициирования, при внутреннем - за счет снижения энергии разряда. При инициировании детонации электрическим взрывом проволочки обнаружен резонансный способ инициирования. Предложена новая модель пузырьковой детонации как уединенной волны с энерговыделением и способ расчета пульсационной структуры волны ПД с учетом дискретного расположения пузырьков в жидкости.
Практическая ценность результатов. Полученные в работе результаты могут быть использованы при проектировании систем взрывозащиты; послужить основной для разработки и усовершенствования теоретических моделей, описывающих распространение сильных ударных волн и волн детонации в пузырьковых средах, а также могут найти применение в разработке новых технологий эффективного использования углеводородных ТОП-ЛИВ.
