Конкурс научных работ 2012 годаВолны горения, ведомые пьезодиффузиейБабкин В.С., Коржавин А.А., Лаевский Ю.М.** Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.Фильтрационное горение газов (ФГГ) – самостоятельный раздел общей проблемы фильтрационного горения (ФГ), которая включает, кроме ФГГ, фильтрвационное горение твердых топлив – уголь, торф, с/х продукты и др. (А.Г.Мержанов, А.П.Алдушин), тепловые волны в слое катализатора (Ю.Ш.Матрос), и некоторые другие родственные тепловые волны (например, волны подземного горения при добыче нефти). Основные результаты по ФГ получены в СССР и России в последние 30-35 лет. В этот же период получены основные результаты по ФГГ в ИХКГ СО РАН. В частности, подробно исследованы шесть стационарных режимов ФГГ. Предложена и обоснована классификация этих режимов. Режим звуковых скоростей – предмет данного конкурсного доклада (РЗС), занимает особое место среди режимов ФГГ, как новый, уникальный, интригующий и перспективный для приложений режим горения. 2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.В представленных работах подводится итог изучения режима звуковых скоростей фильтрационного горения газов на основе экспериментального и теоретического анализа различных аспектов этого режима. В результате сделан вывод о реализации режима стационарного горения нового типа, а именно существовании волны горения, ведомой пьезодиффузией (“пьезопроводностью”). Существование такой волны и ее свойства – важный шаг в развитии теории горения газов и новые перспективы технических приложений. 3. Используемый подход, его новизна и оригинальность.В исследованиях ФГГ и РЗС, в частности, использован единый идейно-методический подход, выработанный в ИХФ АН СССР при изучении процессов горения: идея, рабочая гипотеза, сочетание теории и эксперимента, информация о результатах в печати и на конференциях, использование современной экспериментальной техники и приборов, выполнение вспомогательных задач. В частности, при изучении РЗС произведен учет эффектов чисел Льюиса при определении нормальных и турбулентных скоростей пламени в различных смесях СН4, С3Н8, Н2 с воздухом в широких диапазонах параметров. Это дало возможность получить единые для различных смесей и типов систем с гидравлическим сопротивлением зависимости для скоростей распространения волн горения в координатах Re(Pe) в режимах высоких и звуковых скоростей. 4. Полученные результаты и их значимость.Завершен принципиально важный этап исследования режима звуковых скоростей. Установлены условия реализации режима, область существования, скоростные и структурные характеристики волн горения, механизмы воспламенения и горения газа, условия стабилизации скорости волны, режимные переходы. Показано, что характерная особенность режима наличие волны давления в зоне турбулентного пламени, обусловленной явлением «запирания» каналов и узостей. Также показано, что основной движущей силой стационарных волн в РЗС является градиент давления (закон Дарси), в отличие от градиента температуры (закон Фурье) в “горячих” (ламинарных и турбулентных) пламенах и от градиента концентрации радикалов (закон Фика) в “холодных” пламенах. Таким образом, сформулирован и исследован особый нетривиальный тип волны горения. Что касается значимости, то полученные результаты по РЗС имеют прежде всего теоретическое значение, так как основные механизмы воспламенения смеси, передачи реакции и распространения волн горения посредством пьезопроводности могут оказаться полезными, как модельные, при анализе родственных процессов гетерогенного горения: горения газа в пузырьковых системах, конвективного горения порохов, горения дисперсных систем (включая ВВ), внутрипластового подземного горения при добыче нефти и т.д. Во-вторых, открываются перспективы использования РЗС в различных областях – энергетике, экологии, химических технологиях, пожаровзрывобезопасности. Так, на основе РЗС перспективны новые горелочные устройства для высокоскоростного сжигания газа, перспективны высокопроизводительные процессы получения целевых продуктов в химреакторах с участием РЗС в качестве основного процесса. В области пожаровзрывобезопасности перспективен метод контроля опасного явления – перехода горения в детонацию. Знания об РЗС важны для оценки взрывоопасности больших скоплений (хранилищ) каменного угля. 5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.Ряд принципиальных результатов имеет пионерский характер. Исследование в целом соответствует мировому уровню. Работы поддерживались грантами: Результаты работ представлялись на международных и российских научных конференциях: 6. Вклад авторского коллектива.Вклад сотрудников Института определяющий. Список публикаций.
|