Захаров Ю.Н.   Ботвенко Д.В.   Филатов Ю.М.   Ли А.А.   Перминов В.А.  

Математическая Модель Зажигания Ламинарного Потока Газо-воздушной Смеси и Тонкодисперсной Угольной Пыли

Докладчик: Захаров Ю.Н.

Математическая Модель Зажигания Ламинарного Потока Газо-воздушной Смеси и Тонкодисперсной Угольной Пыли

Ю.Н.Захаров1*, Д.В.Ботвенко2, Ю.М.Филатов2, Ли Хи Ун2, В.А.Перминов3
1Кемеровский государственный университет, Кемерово, Россия
2 АО НЦ ВостНИИ,  Кемерово, Россия
3 Томский политехнический университет, Томск, Россия
*e-mail address: zaxarovyn@rambler.ru

Самой актуальной проблемой в области обеспечения безопасности шахтеров является борьба с взрывами метана и угольной пыли. Существующие на сегодняшний день системы дегазации удаляют из разрабатываемых пластов не более 40% метана, следовательно, существует высокая вероятность образования взрывоопасной концентрации метана в призабойной части очистных и подготовительных выработок. Наличие взвесей тонкодисперсной угольной пыли в струе воздуха увеличивает мощность взрыва и сокращает период индукции. Увеличение интенсивности горных работ, применение нового высокпроизводительного оборудования увеличивает вероятность фрикционного зажигания.
Экспериментальное исследование газовзвесей, способных к химическому тепловыделению, крайне затруднительно. Поэтому основным способом исследования макрокинетики окисления взрывоопасных сред является математическое моделирование. Основная цель подобного рода исследований является изучение закономерностей процесса воспламенения в различных условиях, оценка способов предупреждения и локализации возгорания, а также последствий возгорания.
В статье рассматривается задача зажигания ламинарного потока газовзвеси, в котором идут экзотермические реакции окисления, как в газовой фазе, так и на поверхности частиц на основе теплодиффузионной модели горения газов [1,2,3]. Для простоты поток смеси газов (метан, кислород, инертная часть и продукты горения), в котором равномерны взвешены мелкие частицы угля, будем предполагать плоскопараллельным в полубесконечной области. При этом скорость потока будем предполагать постоянной. Как и в [3] частиц дисперсной фазы имеют одинаковый размер и сферическую форму. Скорости частиц и газового потока совпадают. Процесс окисления идет на поверхности частиц, теплообмен межд частицами и газом подчиняется закону Ньютона, скорость химических реакций зависит от температуры по закону Аррениуса. Доля вступающих в реакцию окислении молекул и продуктов реакции подчиняется соотношению стехиометрии. Кроме того, будем пренебрегать термическим расширением и сжимаемостью потока. Зажигание газового потока будем моделировать источником тепла на границе области решения x=x1.
Решая систему уравнений, в результате получаем динамику распределении температуры и концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции в зависимости от времени, исходных концентраций и скорости потока.
Литература
1 Зельдович, Я. Б. Математическая теория горения и взрыва / Я. Б. Зельдович, Г. И. Баренблатт, В. Б. Либрович, Г. М. Махвиладзе –( М: Наука, 1980.) – 478 с.
2 Дик, И. Г. “О воспламенении газовзвеси в полости с нагретыми излучающими поверхностями” / И. Г. Дик, А. Ю. Крайнов, А. И. Макаров. // Физика горения и взрыва. (1990). – т. 26. - №5. - С.20-24.
3 Крайнов, А. Ю. “Моделирование распространения пламени в смеси горючих газов и частиц” / А. Ю. Крайнов. // Физика горения и взрыва (2000). – т. 36. - №2. - С.3-9.