Экспериментальное и математическое моделирование самовоспламенения микрочастиц железа
Автор: Лещевич Владимир Владимирович, Пенязьков Олег Глебович, Ростен Жан-Кристоф, Федоров Александр Владимирович, Шульгин Алексей Валентинович
Рубрика: Математика
Статья в выпуске: 2 т.5, 2013 года.
Бесплатный доступ
Представлены экспериментальные и численные исследования самовоспламенения и горения микрочастиц железа в кислороде. Параметры высокотемпературной газовой среды были созданы при помощи установки быстрого сжатия. Изучались порошки с размерами частиц от 1 до 125 мкм при давлении кислорода от 0,5 до 28 МПа и температуре от 500 до 1100 K. Время задержки воспламенения измерялось с помощью регистрации излучения с боковой стенки камеры сгорания и измерения давления на торцевой стенке. Критические условия самовоспламенения микрочастиц железа определяются в зависимости от размера частиц, температуры и давления кислорода. Для описания механизмов воспламенения предложена точечная полуэмпирическая математическая модель, позволившая удовлетворительно описать экспериментальные данные по зависимости времени задержки воспламенения насыпки частиц железа от температуры окружающей среды с учетом зависимости предельных температур воспламенения от давления.
Микрочастицы железа, кислород, установка быстрого сжатия, время задержки воспламенения, математическое моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/147158781
IDR: 147158781 | УДК: 536.46:533.6:
Experimental and mathematical simulation of auto-ignition of iron micro particles
The experimental and numerical studies of autoignition and burning of iron microparticles in oxygen were introduced. Parameters of high-temperature gas environment were created by rapid compression machine. Powders with a particle size 1-125 microns were studied at the oxygen pressure of 0,5-28 MPa and the temperature of 500-1100 K. Ignition delay time was measured by registration of radiation from the side wall of the combustion chamber and by measuring the pressure on the end wall. Critical auto-ignition conditions are determined according to size of the particles, oxygen temperature and pressure. For description of ignition mechanisms a punctual semiempirical simulator was introduced. The simulator gave the opportunity to describe the experimental data on dependence of ignition delay time of iron particles on the ambient temperature, taking into account correlations of critical ignition temperatures with pressure.
Текст научной статьи Экспериментальное и математическое моделирование самовоспламенения микрочастиц железа
Список литературы Экспериментальное и математическое моделирование самовоспламенения микрочастиц железа
- Allen, C.M. Energetic-nanoparticle enhanced combustion of liquid fuels in a rapid compression machine/C.M. Allen, T. Lee//Proc. 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition. -2009. -AIAA 2009-227.
- Trunov, M.A. Ignition of aluminum powders under different experimental conditions/M.A. Trunov, M. Schoenitz, E.L. Dreizin//Propellants, Explosives, Pyrotechnics. -2005. -Vol. 30. -P. 36-43.
- Utilization of iron additives for advanced control of NOx emissions from stationary combustion sources/V.V. Lissianski, P.M. Maly, V.M. Zamansky, W.C. Gardiner//Ind. Eng. Chem. Res. -2001. -Vol. 20, № 15. -P. 3287-3293.
- Синтез нанооксидов в двухфазных ламинарных пламенах/А.Н. Золотко, Я.И. Вовчук, Н.И. Полетаев и др.//Физика горения и взрыва. -1996. -T. 32, № 3. -C. 24-34.
- Cashdollar, K.L. Explosion temperatures and pressures of metals and other elemental dust clouds/K.L. Cashdollar, I.A. Zlochower//Journal of Loss Prevention in the Process Industries. -2007. -Vol. 20. -P. 337-348.
- Dynamics of dispersion and ignition of dust layers by a shock wave/V.M. Boiko, A.N. Papyrin, M. Wolinski, P. Wolanski//Progress in Astronautics and Aeronautics. -1984. -Vol. 94. -P. 293-301.
- Ignition of dust suspensions behind shock waves/A.A. Borisov, B.E. Gel’fand, E.I. Timofeev et al.//Progress in Astronautics and Aeronautics. -1984. -Vol. 94. -P. 332-339.
- Photoemission measurements of soot particles temperature at pyrolysis of ethylene/Y.A. Baranyshyn, L.I. Belaziorava, K.N. Kasparov, O.G. Penyazkov//Nonequilibrium Phenomena: Plasma, Combustion, Atmosphere. -Moscow: Torus Press Ltd, 2009. -P. 87-93.
- Optical properties of gases at ultra high pressures/Yu.N. Ryabinin, N.N. Sobolev, A.M. Markevich, I.I. Tamm//Journal of Experimental and Theoretical Physics. -1952. -Vol. 23, № 5. -P.564-575.
- Альтман, И.С. Об определении температуры частиц по спектру излучения/И.С. Альтман//Физика горения и взрыва. -2004. -T. 40, № 1. -С. 75-77.
- Федоров, А.В. О воспламенении железной насыпки в устройстве быстрого сжатия/A.В. Федоров, А.В. Шульгин//Физика горения и взрыва. -2011. -Т. 47, № 6. -С. 98-100.
- Условия и время задержки самовоспламенения микрочастиц железа в кислороде/B.В. Лещевич, О.Г. Пенязьков, А.В. Федоров и др.//Инженерно-физический журнал. -2012. -Т. 85, № 1. -С. 139-144.
- Болобов, В.И. Расчетный анализ условий воспламенения металлических компактных образцов и фольги в кислороде/В.И. Болобов, Н.А. Подлевских//Физика горения и взрыва. -2001. -Т. 37, № 6. -С. 46-55.
- Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений/под ред. Дж. Холла, Дж. Уатта. -М.: Мир, 1979. -312 с.
- Федоров, А.В. Воспламенение частицы алюминия/А.В. Федоров, Ю.В. Харламова//Физика горения и взрыва. -2003. -Т. 39, № 5. -С. 65-68.
