Preview

Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Нагрев потока частиц встречным тепловым излучением

https://doi.org/10.22227/PVB.2021.30.02.15-22

Полный текст:

Аннотация

Введение. Глубину прогрева SR газовзвеси излучением продуктов горения принято приравнивать к длине LR свободного пробега излучения в газовзвеси. Численное моделирование горения газовоздушной смеси с добавкой инертных частиц, учитывающее переизлучение тепла нагретыми частицами свежей взвеси, привело к соотношению SR >> LR. В настоящей работе выполнена аналитическая оценка отношения χS = SR/LR.
Одномерная модель задачи. Определяли стационарное распределение температуры в потоке первоначально холодных монодисперсных частиц, взвешенных в вакууме. Скорость частиц V направлена на излучающую тепло нагретую абсолютно черную поверхность, проницаемую для частиц. Использованы упрощающие допущения: излучение состоит из двух противоположно направленных потоков электромагнитной энергии; взаимодействие частиц и излучение описываются в приближении геометрической оптики; температура внутри частицы одинакова.
Решение задачи. Показано, что χS определяется безразмерным комплексом V=V cp / (εT 0,5, σTb)3, где cp, εT , σ, Tb — соответственно теплоемкость единицы объема взвеси, интегральная степень черноты материала частиц, постоянная Стефана – Больцмана, температура излучающей поверхности. При ≥ 2,8 переизлучением можно пренебречь: χS ≈ 1. При ≤ 1,2 распределение температуры регулирует переизлучение: χS ≈ 5 –1/(2 – εT) >> 1.
Обсуждение решения. Аналитическое решение задачи удовлетворительно описывает имеющиеся численные решения и экспериментальные данные для случая горения газовзвеси после уточнения параметров упрощенной модели: под излучающей поверхностью следует понимать фронт пламени, Tb — температура горения, cp — суммарная теплоемкость фаз. Оценка ≤ 1,2 указывает на высокую конечную температуру газовзвеси, возможность ее самовоспламенения вдали от пламени и необходимость изменения исходных предпосылок при моделировании переизлучения.
Выводы. Аналитические оценки дают возможность для реализации во взвеси, набегающей на источник теплового излучения в вакууме, как соотношения SR >> LR, так и соотношения SR ≈ LR. Сформулированы условия распространения результатов упрощенного моделирования переизлучения на горение газовзвеси.

Об авторе

Н. Л. Полетаев
Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий
Россия

Полетаев Николай Львович, д-­р техн. наук, ведущий научный сотрудник

РИНЦ ID: 1093620

143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12



Список литературы

1. Bartknecht W. Explosionen, Ablauf und Schutzmaβnahmen. Berlin, Springer-Verlag, 1980. 266 p.

2. Skjold T., Eckhoff R. Dust explosions in the process industries: Research in the twenty-first century // Chemical Engineering Transactions. 2016. Vol. 48. Pp. 337–342. DOI: 10.3303/CET1648057

3. Полетаев Н.Л. О критерии взрывоопасности аэровзвеси // Пожарная безопасность. 2018. № 3. C. 49–60.

4. Schwenzfeuer K., Glor M., Gitzi A. Relation between ignition energy and limiting oxygen concentration for powders // Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries. Amsterdam : Elsevier, 2001. Pp. 909–916. DOI:10.1016/B978-044450699-3/50011-2

5. Полетаев Н.Л. О взрывоопасности аэровзвеси меламина // Пожаровзрывобезопасность/ Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 9. C. 15–28. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.09.15-28 URL: https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/82

6. Haynes W.M. CRC Handbook of chemistry and physics. 95ed. CRC Press, 2014. Pp. 3–516.

7. Cesana C., Siwek R. Handbuch der 20-l-Apparatur 7.1. TÜV SÜD Schweiz AG, Bettingen, 2016. 56 p.

8. Williams F. Combustion theory. Second Edition. Westview Press, 1985. 704 р.

9. Eckhoff R.K. Dust explosions in the process industries. 3rd ed. Boston : Gulf Professional Publishing/Elsevier, 2003. 720 p.

10. Eckhoff R.K. Differences and similarities of gas and dust explosions: A critical evaluation of the European ‘ATEX’ directives in relation to dusts // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2006. Vol. 19. Issue 6. Pр. 553–560. DOI: 10.1016/j.jlp.2006.01.001

11. Proust C., Ben Moussa R., Guessasma M., Saleh K., Fortin J. Thermal radiation in dust flame propagation // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2017. Vol. 49. Pp. 896–904. DOI: 10.1016/j.jlp.2017.01.002

12. Leuschke G. Beiträge zur Erforschung des Mechanismus der Flammenausbreitung in Staubwolken // Staub. 1965. Vol. 25. Pp. 180–186.

13. Cassel H.M. Some Fundamental Aspects of Dust Flames. Reports of Investigations 6551. Washington, DC : U.S. Bureau of Mines. 1964.

14. Proust C., Moussa R. Understanding the role of thermal radiation in dust flame propagation // 13th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions, Proceedings. Braunschweig, Germany, 2020. Pp. 270–283. DOI: 10.7795/810.20200724

15. Руманов Э.Н., Хайкин Б.И. Режимы распространения пламени по взвеси частиц в газе // Горение и взрыв. М. : Наука, 1972. С. 161–165.

16. Sidorov A.E., Shevchuk V.G. Laminar flame in fine-particle dusts // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2011. Nо. 5. Pр. 518–522. DOI: 10.1134/S0010508211050042

17. Julien P., Vickery J., Whiteley S., Wright A., Goroshin S., Bergthorson J.M., Frost D.L. Effect of scale on freely propagating flames in aluminum dust clouds // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2015. Vol. 36. Pp. 230–236. DOI: 10.1016/j.jlp.2014.12.022

18. Ivanov M.F., Kiverin A.D., Liberman M.A. Ignition of deflagration and detonation ahead of the flame due to radiative preheating of suspended micro particles // Combustion and Flame. 2015. Vol. 162. No. 10. Pp. 3612–3621. DOI: 10.1016/j.combustflame.2015.06.018

19. Zeldovich Ia.B., Barenblatt G.I., Librovich V.B., Makhviladze G.M. Mathematical theory of combustion and explosions. New York, NY : Consultants Bureau, 1985.

20. Coral P., Klemens R., Wolanski P. Mechanism of gas flame acceleration in the presence of neutral particles // Dynamics of Reactive Systems Part I: Flames; Part II: Heterogeneous Combustion and Applications. 1988. Vol. 113. Pp. 325–335. DOI: 10.2514/5.9781600865879.0325.0335


Для цитирования:


Полетаев Н.Л. Нагрев потока частиц встречным тепловым излучением. Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2021;30(2):15-22. https://doi.org/10.22227/PVB.2021.30.02.15-22

For citation:


Poletaev N.L. The heating of a stream of particles by thermal counter radiation. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2021;30(2):15-22. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/PVB.2021.30.02.15-22

Просмотров: 87


ISSN 0869-7493 (Print)
ISSN 2587-6201 (Online)