 |
Зачем нужно изучать горение и взрыв
|
|
|
|
BBЕДЕНИЕ
I. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ КУРСА «ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА»
1.1. Что такое горение и взрыв
Зачем нужно изучать горение и взрыв
Как создается теория
В чем сложность изучения горения и взрыва
Классификации горения и взрыва
1.5.1. По передаваемой субстанции
По развитию горения во времени
По устройствам, в которых происходит горение
1.5.4. По наличию межфазных взаимодействий
II. ВЗРЫВЫ
Землетрясение как аналог скрипа дверной петли
Скачкообразный выход из метастабильного состояния
Взрывное вскипание жидкости
Взрывная газификация кристаллогидратов
Быстрая кристаллизация переохлажденной жидкости
Несанкционированный «ядерный взрыв»
Тепловой взрыв изолированного экзотермически реагирующего вещества
Реакция при идеальном теплоотводе
ЗАДАНИЕ 1
Адиабатический тепловой взрыв
ЗАДАНИЕ 2
Тепловой взрыв с теплоотдачей
2.4.3.1. Постановка задачи, устойчивость режимов
2.4.3.2. Тепловой взрыв при изменении внешних условий
2.4.3.3. Случай с эпоксидной смолой
2.4.3.4. Гетерогенный тепловой взрыв
2.4.3.5. Гистерезис
2.4.3.6. Условие теплового взрыва (аналитика)
2.4.3.7. Возможность определения кинетики
ЗАДАНИЕ 3
Тепловой пробой диэлектрика
Спекание инертного металлического порошка
Тепловой взрыв в проточном реакторе
Общий случай
Частный случай - канал горящей пороховой шашки
III. ГОРЕНИЕ
Диффузионное горение
Горение пыли
3.1.1.1. Угольная пыль
3.1.1.2. Горение углеводородной капли
3.1.1.3. Алюминиевая пыль
Диффузионное горение газа
Горение в кипящем слое
Понятие о кипящем слое
|
|
|
Применение кипящего слоя для сжигания горючих материалов
Понятие о горении смесевых топлив
Состав смесевых топлив
Особенности горения смесевых топлив
3.3.2.1. Инертное (или активное медленногорящее) связующее
3.3.2.2. Активное быстрогорящее связующее
Горение заранее перемешанной газовой смеси и гомогенных энергетических материалов (ЭМ)
Форма поверхности горения
Структура тепловой волны горения
3.4.2.1. Температурные профили пламен
3.4.2.2. Уравнение для стационарного температурного профиля, распределение Михельсона
Эмпирические зависимости для скорости горения ЭМ и ТРТ
3.4.3.1. Зависимость от давления
3.4.3.2. Зависимость от начальной температуры
3.4.3.3. Зависимость от скорости обдува
3.4.3.4. Зависимость от перегрузки
Формула Зельдовича (простейшая модель стационарного горения гомогенного топлива)
Погасание за счет теплопотерь
Новые представления о механизме горения гомогенных ТРТ, неустойчивость и «собственная турбулентность»
Нестационарное горение ЭМ и ТРТ
3.4.7.1. Общие сведения
3.4.7.2. О запасе тепла в прогретом слое
3.4.7.3. Сравнение характерных времен прогрева твердой и газовой фазы
3.4.7.4. Феноменологическая модель нестационарной скорости горения ЭМ
3.4.7.5. Примеры
ЗАДАНИЕ 4
3.4.7.6. Случай изменения Р(t) по произвольному закону
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Огромное разнообразие процессов горения и взрыва частично показано лишь в классификациях вводной части. Далее подробно рассмотрены только некоторые избранные процессы, при этом с учетом специальности студентов наибольшее внимание уделялось процессам, несущим «замаскированную угрозу». Предполагается, что каждый раздел курса будет восприниматься не только как источник информации о каком-то процессе, но и как пример постановки и приближенного решения задачи математического моделирования. Усвоению материала будет способствовать выполнение заданий для самостоятельной работы. Кроме того, в качестве приложения добавлено разработанное ранее (и переработанное теперь применительно к современным компьютерам) руководство для работы в компьютерном классе с программой, моделирующей нестационарное одномерное горение гомогенных энергетических материалов. Электронная версия курса, которую можно получить от преподавателя, может несколько отличаться от бумажной, поскольку электронная форма периодически малыми дозами обновляется и дополняется.
|
|
|
I. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ КУРСА «ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВА»
1.1. Что такое горение и взрыв
Горением чаще всего называют любой процесс, сопровождающийся химическим превращением вещества с выделением значительного количества тепла. Взрывом называют быстрое выделение энергии в ограниченном пространстве.
Оба эти явления были известны людям всегда. В доисторические времена это вызванные естественными причинами (например, ударом молнии) лесные пожары и вулканические взрывы.
С развитием человеческого общества появилось огромное количество антропогенных (порожденных деятельностью человека) вариантов процессов горения и взрыва. Это горение в костре, в печах (бытовых, кузнечных, для обжига древесного угля, металлургических и т.д.), в других устройствах (двигатели внутреннего сгорания, огнестрельное оружие, ракеты, химические реакторы). Это и специально организованные взрывы, например для создания выемки или добычи полезных ископаемых или для сварки взрывом, а также взрывы в военных целях.
Кроме этих «запланированных» процессов неизбежны и «незапланированные» антропогенные пожары и взрывы. В истории описано множество пожаров в деревянных городах, зафиксированы многочисленные взрывы взвеси мучной пыли на мельницах, взрывы метано-воздушной смеси или пылеугольной взвеси в шахтах, взрывы химических реакторов.
Нужно сказать, что приведенные определения горения и взрыва не очень точны (точных общепринятых определений просто нет). Например, горением называют и распространение в некоторых газовых смесях так называемого холодного слабо светящегося пламени, когда тепла выделяется очень мало, а в смеси идут цепные реакции. Процессы очень быстрого химического превращения в цилиндре двигателя внутреннего сгорания и в стволе огнестрельного оружия сопровождаются выделением большого количества энергии и формально соответствуют приведенному определению взрыва, но принято считать, что там происходит быстрое горение. Взрывом в этих же устройствах называют «нештатный» процесс с возникновением детонационных волн.
|
|
|
Зачем нужно изучать горение и взрыв
Это нужно, чтобы грамотно управлять использующими горение и взрыв процессами и устройствами и знать условия возникновения аварийных ситуаций
1.3. Как создается теория (это относится к любым процессам, а не только к горению и взрыву)
Для изучаемого процесса собирают имеющуюся экспериментальную и теоретическую информацию и выясняют проблему (что именно в данном процессе и устройстве неизвестно такое, без чего его не удается рассчитывать). Составляются одна или несколько гипотез о сути неизвестных пока деталей процесса и на основании этих гипотез строится его физическая модель, то есть полное словесное описание качественной картины того, что в этом процессе и устройстве происходит. Как только физическая модель составлена, появляется возможность составить и математическую модель (в виде системы уравнений), так как математические описания элементарных физических процессов известны. Далее выполняется аналитическая или (гораздо чаще) численная реализация математической модели, при этом с повышением быстродействия ЭВМ численная реализация становится все доступнее. Результаты расчетов сравнивают с имеющимися экспериментальными данными и таким образом проверяют справедливость использованных для построения физической модели гипотез. Если есть возможность, в неясных случаях проводят специальные эксперименты.
|
|
|
