Взрыв газа в цилиндрической трубе с отверстием на боковой поверхности

Исследован взрыв газа в цилиндре диаметром 20 см и длиной 150 см, закрытом с обоих концов и имеющем отверстие на боковой поверхности; размеры и положение отверстия в опытах изменялись. Исследование проведено путем численного моделирования в рамках SFD-моделей с использованием метода крупных частиц - LPM (Large Particle Method) и программного продукта “Вулкан-М”. Показана адекватность математической и компьютерной моделей путем сравнения результатов численного и физического экспериментов, полученных в условиях, близких к рассмотренным. В результате моделирования уточнены известные данные по зависимости давления взрыва от расстояния между местом воспламенения и отверстием, и показано, что эта связь неоднозначна и зависит от размеров отверстия. Выявлены аномалии в виде колебаний с большой амплитудой в определенном диапазоне значений размера отверстия и при его различном положении. Обнаружен эффект, очень похожий на феномен “поющего пламени” Хиггинса. Показано, что колебания давления и площади фронта пламени приводят к повышению давления взрыва.

газовый взрыв, цилиндр с отверстием, место воспламенения, CFD-модель, метод крупных частиц, “поющее пламя”, давление взрыва, автоколебания, gas explosion, cylindrical tube, CFD models, explosion pressure, large-particle method, “singing flame”, self-oscillation

1. СНиП II-35-76*. Котельные установки. Раздел 3. Объектно-планировочные и конструктивные решения.-Введ. 01.01.1978.-М. : Стройиздат, 1977. URL: http://снип.рф/snip/view/35 (дата обращения: 01.07.2016).

2. EN 14994:2007. Gas explosion venting protective systems. URL: https://webshop.ds.dk/Files/Files/ Products/56150/attachPV.pdf (дата обращения: 01.07.2016).

3. NFPA68. Standard on explosion protection by deflagration venting. 2007 Edition.-Quincy,MA:National Fire Protection Association, 2007. URL: http://gazkhodro.ir/wp-content/uploads/2015/11/ NFPA-68-2007-Standard-on-Explosion-Protection-by-Deflagration-Venting.pdf (дата обращения: 01.07.2016).

4. Molkov V. V., Eber R. M., Grigorash A. V., Tamanini F., Dobashi R. Vented gaseous deflagrations: modelling of translating inertial vent covers // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. - 2003. -Vol. 16, No. 5. -P. 395-402. DOI: 10.1016/S0950-4230(03)00066-4.

5. Bauwens C. R., Chaffee J., Dorofeev S. B. Vented explosion overpressures from combustion of hydrogen and hydrocarbon mixtures // International Journal of Hydrogen Energy.-2011.-Vol. 36, Issue 3. -P. 2329-2336. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.04.005.

6. Helene H. Pedersen, Prankul Middha. Modelling of vented gas explosions in the CFD tool FLACS // Chemical Engineering Transaction.-2012.-Vol. 26.-P. 357-362. DOI: 10.3303/CET1226060.

7. Robert Zalosh. Explosion venting data and modeling. Literature review.-Quincy, MA : Fire Protection Research Foundation, 2008. URL: https://www.nfpa.org/Assets/files/AboutTheCodes/68/ Firexplo/Explosion/Venting/Report.pdf (дата обращения: 25.06.2016).

8. Bradley Derek, Mitcheson Alan. Mathematical solutions for explosions in spherical vessels // Combustion and Flame. -1976.-Vol. 26. -P. 201-217. DOI: 10.1016/0010-2180(76)90072-9.

9. Polandov Yu. Kh., Barg M. A., Vlasenko C. F. Modeling a combustion propagation in air-gas mixtures using the large-particle method // 6th GRACM International Congress on Computational Mechanics. Greece, Aristotle University of Thessaloniki, 19-21 June 2008 : Book of Abstracts.-Sofia Publications, 2008.-P. 79.

10. Davydov Yu. M. Large-particle method // Encyclopaedia of Mathematics. Vol. 5.-London : Kluver Academic Publishers, 1990. URL: http://www.encyclopediaofmath.org/index.php?title=Large-particle/method&oldid=14385 (дата обращения: 25.06.2016).

11. Годунов С. К. Разностный метод численного расчета разрывных решений уравнений гидродинамики // Математический сборник. -1959.-Т. 47, № 8-9. -С. 271-306.

12. Раушенбах Б. В. Вибрационное горение. -М. : Физматгиз, 1961. -500 с.

13. Higgins В. On the sound produced by a current of hydrogen gas passing through a tube // Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts. -1802. -Vol. 1. -Р. 129.

14. Rijke P. L. Notiz ьber eine neue Art, die in einer an beiden Enden offenen Rцhre enthaltene Luft in Schwingungen zu versetzen // Annalen der Physik und Chemie. - 1859. - Vol. 183, Issue 6. - P. 339-343. DOI: 10.1002/andp.18591830616.

15. Hermann von Helmholtz.On the sensations of tone as a physiological basis for the theory of music. Alexander John Ellis. -Longmans, Green, 1885. -576 p.