DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 15.06.2008

Материалы

загрузка...

Тепломассоперенос при зажигании пожароопасных жидкостей одиночной нагретой до высоких температур частицей

Стрижак Павел Александрович, 15.06.2008

 

В результате решения задачи установлено, что при увеличении расстояния от частицы до поверхности жидкости и уменьшении температуры окружающего воздуха интенсивность процессов тепло – и массопереноса в системе снижается и время задержки воспламенения увеличивается. Определено, что при выбранных масштабах области решения задачи и ?Z=7 мм минимальной температурой Tокр, при которой возможно воспламенение, является – 10 0С. Это показывает, что при высоком теплосодержании частицы возможно воспламенение парогазовой смеси даже при отрицательных температурах. При Tокр=35 0С максимальное значение ?Z, при котором возможно воспламенение, равно 11 мм. При начальной температуре источника зажигания около 1500 К воспламенение может происходить на расстоянии 2/3 см от поверхности испарения бензина.

Так как расстояние ?Z, на котором происходит воспламенение относительно не велико, то этот механизм зажигания достаточно трудно зафиксировать в случаях возникновения пожаров. Но высокая вероятность реализации этого механизма воспламенения жидкостей является основанием для вывода о том, что воспламенение может происходить при движении нагретой до высоких температур частицы параллельно поверхности испарения.

Установлено, что зона воспламенения имеет место в малой по размерам газовой области под частицей, а не над ней, как во всех ранее представленных задачах, что объясняется спецификой рассматриваемого механизма зажигания. Полученные результаты создают объективные предпосылки для объяснения причин многих пожаров, возникающих при локальном воспламенении паров жидкого горючего с окислителем.

В рамках следующей модели воспламенения численно исследован широко распространенный на практике механизм зажигания паров горючего, поступающих в окружающий воздух с поверхности пропитанной пожароопасной жидкостью ткани. Установлены зависимости времени задержки воспламенения от начальной температуры частицы, объёмной доли жидкости в материале влажной ткани. Исследования выполнены для трех широко распространенных материалов тканей (шерсть, шелк, лён) и трех типичных пожароопасных жидкостей (бензин, керосин, дизельное топливо).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Впервые поставлена и решена нелинейная нестационарная задача тепломассопереноса при газофазном зажигании жидкого горючего вещества нагретой до высоких температур одиночной частицей малых размеров в рамках модели, учитывающей двумерный теплоперенос, испарение жидкости, диффузию и конвекцию паров горючего, процесс кристаллизации источника тепла, кинетику процессов испарения и воспламенения жидкостей.

Проведен анализ влияния на величину времени задержки

воспламенения:

– размеров частицы;

– начальной температуры частицы;

– теплофизических характеристик материала частицы;

– неидеальности контакта частицы и жидкости (наличие парового зазора между частицей и жидкостью);

– частичного погружения источника тепла в жидкость;

– процесса кристаллизации частицы;

– зависимости теплофизических характеристик взаимодействующих веществ от температуры.

Установлено, что время задержки воспламенения существенно

зависит от глубины погружения частицы в жидкость и величины парового зазора между частицей и жидкостью. Численно определено, что наилучшие условия зажигания реализуются при положении горячей частицы на поверхности жидкости.

Полученные зависимости времени задержки воспламенения от теплофизических характеристик материала частицы показали, что наилучшие характеристики зажигания наблюдаются при взаимодействии жидких топлив со стальными частицами.

Определено расположение зоны воспламенения в газовой области над верхней гранью горячей частицы. Этот неочевидный при первичном рассмотрении проблемы результат обусловлен спецификой механизма воспламенения жидкости.

Исследован процесс воспламенения интенсивно испаряющегося жидкого топлива одиночной частицей при отсутствии непосредственного контакта между ними. Выявлена зона воспламенения, которая имеет место в газовой фазе вблизи нижней поверхности частицы. Установлены зависимости времени задержки воспламенения от начальной температуры частицы, величины расстояния между частицей и жидкостью, температуры окружающего воздуха. Предложен механизм воспламенения жидких топлив, который может быть реализован во многих случаях на практике.

Выполнено численное исследование процесса зажигания смеси окислителя с парами жидкого топлива, поступающими в окружающий воздух, с поверхности участка ткани, содержащей фиксированную объёмную долю компонентов жидкости. Установлены зависимости времени задержки воспламенения от начальной температуры частицы, объёмной доли жидкости в материале влажной ткани. Определено, что даже при относительно небольшой объёмной доле жидкого топлива в материале ткани возможно воспламенение парогазовой смеси.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Математическое моделирование зажигания жидкого горючего вещества нагретой до высоких температур частицей // Изв. вузов. Физика. – 2007. – №9/2. – С. 103–112.

Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Воспламенение жидкого пожароопасного вещества одиночной, нагретой до высоких температур, частицей // Материалы тринадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность». – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – С. 144–147.

Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Воспламенение пожароопасной жидкости одиночной «горячей» частицей // Пожаровзрывобезопасность. – 2007. – № 6. – С. 13–20.

Стрижак П.А. Численное моделирование процессов воспламенения жидких нефтепродуктов одиночными «горячими» частицами // Сборник трудов конференции молодых ученых в рамках IX международной конференции «Средства и системы автоматизации». – Томск: Изд–во ТУСУР, 2007. – С.

Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Моделирование воспламенения горючих жидкостей одиночной горячей частицей. ТПУ. – Томск. – 22 с. Деп. в ВИНИТИ 25.03.08, № 244 – В2008.

Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Зажигание накаленной одиночной частицей жидких углеводородных топлив // Известия Томского политехнического университета. – 2008. – № 4. – С. 5–9.

Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Особенности зажигания парогазовой смеси нагретой до высоких температур металлической частицей // Пожаровзрывобезопасность. – 2008. – № 3. – С. 25–33.

Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Тепломассоперенос при зажигании паров жидкого топлива одиночной разогретой частицей. ТПУ. – Томск. – 20 с. Деп. в ВИНИТИ 04.05.08, № 376 – В2008.

Стрижак П.А. Программа расчета времени зажигания углеводородного топлива одиночной нагретой до высоких температур частицей // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612477. – Бюлл. прогр. № 2, 2008.