CC BY
16
Д. О. ГЛУШКОВ, канд. физ.-мат. наук, ассистент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: [email protected]) А. В. ЗАХАРЕВИЧ, канд. физ.-мат. наук, доцент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: [email protected]) П. А. СТРИЖАК, д-р физ.-мат. наук, профессор, Национальный исследовательский Томский политехнический университет (Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30; e-mail: [email protected])
УДК 536.468
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗАЖИГАНИЯ ДИСПЕРГИРОВАННОГО КОНДЕНСИРОВАННОГО ВЕЩЕСТВА ПРИ ЛОКАЛЬНОМ НАГРЕВЕ
Представлены результаты исследований по определению кинетических параметров зажигания измельченной древесины (опилок) при взаимодействии с одиночной, нагретой до высоких температур стальной частицей. Проведен анализ экспериментальных и теоретических интегральных характеристик процесса (времен задержки зажигания) при варьировании начальной температуры локального источника энергии.
Ключевые слова: диспергированное вещество; локальный нагрев; кинетические параметры; зажигание.
Введение
Численный анализ условий и характеристик зажигания конденсированных веществ (КВ) возможен при известных кинетических параметрах этой экзотермической реакции. Определение их значений всегда представляет достаточно сложную задачу даже, например, при простейшей (аррениусовской) зависимости скорости реакции окисления от температуры [1], установленной по результатам экспериментальных исследований. Особые сложности возникают при экспериментах с диспергированными КВ. Условия теплообмена одиночной частицы измельченного материала с массивным источником нагрева (например, металлической плитой с постоянной температурой поверхности [1]) существенно отличаются от условий нагрева слоя диспергированного КВ локальным источником (например, одиночной, нагретой до высоких температур частицей металла [2, 3]).
Еще более сложной является схема нагрева лесных горючих материалов (ЛГМ) при их попадании на поверхность массивной "горячей" пластины. Одиночный фрагмент ЛГМ (хвоинка, лист или травинка) при выпадении на ровную горизонтальную поверхность, скорее всего, будет нагреваться локально в одной, двух или трех точках контакта с источником высоких температур. Соответственно, и условия теплоподвода и охлаждения в каждом отдельном эксперименте будут существенно нестабильны, что
© ГлушковД. О., Захаревич А. В., Стрижах П. А., 2013
повлечет за собой большие отклонения по временам задержки воспламенения КВ и значительные погрешности в определении кинетических параметров реакции зажигания. В связи с этим представляется целесообразным установить искомые параметры по результатам обработки экспериментальных данных, полученных в условиях, максимально приближенных к реальным условиям возгорания диспергированных КВ в случае локального нагрева (например, при выпадении одиночной "горячей" металлической частицы на поверхность слоя измельченной древесины).
Следует отметить, что использование хорошо известной методики [1] определения кинетических параметров реакции зажигания возможно при постоянстве температуры источника нагрева (массивной пластины, например), поэтому изменения во времени условий нагрева должны быть минимальными. Вышеизложенные ограничения существенно сокращают возможности экспериментального определения кинетических параметров реакций зажигания конденсированных веществ. В результате до настоящего времени отсутствуют сведения о таких характеристиках даже для достаточно типичных горючих КВ, представляющих очевидную пожарную опасность (угольная пыль, диспергированная древесина и др.).
Цель настоящей работы — определение по результатам экспериментальных исследований кине-
тических параметров (энергии активации и пред-экспоненты) реакции газофазного зажигания диспергированной древесины, а также сопоставление экспериментальных и теоретических интегральных характеристик процесса.
Методика экспериментальных исследований
Известны результаты экспериментальных исследований условий и характеристики зажигания жидких [4-7] и твердых [8-11] конденсированных веществ при локальном нагреве одиночной "горячей" частицей. Основываясь на результатах анализа и обобщая представленные в [4-11] экспериментальные данные по зависимостям времен задержки зажигания исследовавшихся КВ от начальной температуры источника нагрева — частицы в форме диска, можно сформулировать несколько положений, регламентирующих условия экспериментов по определению кинетических параметров.
1. Для обеспечения минимальных погрешностей результатов измерений времен задержки зажигания КВ td целесообразно проводить эксперименты при максимально возможных начальных температурах Tp частиц — источников нагрева. Результаты [4-11] показывают, что с ростом Tp существенно снижаются случайные погрешности измерений td, достигая при Tp > 1200 К минимума (около 7 %). Кроме того, при высоких значениях Tp толщина hp частицы — источника нагрева не влияет на величину td. При малых же значениях Tp отклонения по временам задержки зажигания КВ частицами разной толщины достигают 300 % [4-11].
2. При высоких начальных температурах источника локального нагрева времена задержки зажигания (всех исследовавшихся КВ) принимают минимальные значения. Соответственно, при больших значениях Tp (и малых td) в течение индукционного периода отклонения температур источника нагрева от начальных значений будут минимальными. Выполненные авторами ранее оценки [12] показали, что за промежуток времени At < 0,2 с температура стальной частицы в типичных условиях охлаждения при контакте с твердым КВ снижается в среднем на 10-15 К. Керамические частицы, теплопроводность которых существенно (более чем в 10 раз) меньше теплопроводности стали, остывают медленнее. Поэтому снижение величины Tp за время задержки зажигания td < 0,2 с должно составлять единицы градусов. Соответственно, для определения кинетических параметров реакции зажигания КВ можно использовать модель [1], разработанную для определения характеристик зажигания порохов при их нагреве массивным источником с постоянной температурой. Возможные отклонения по темпера-
туре Тр не превышают 1 % при малых значениях td. Если учесть, что случайные погрешности определения времен задержки зажигания даже при высоких значениях Тр составляют до +7 % [4-11], можно считать максимально возможные отклонения по температуре источника вполне приемлемыми.
Результаты экспериментов и их обсуждение
Экспериментальные исследования проведены на установке и по методике [8]. Условная схема области взаимодействия частицы и КВ представлена на рис. 1. В качестве источника нагрева использовалась стальная частица в форме диска радиусом Яр = гр ¡1 = 3 и толщиной Нр = кр ¡1 = 3 (где I — характерный размер одиночного фрагмента измельченной древесины; I = 10-3 м). Нагрев частицы проводился до Тр > 1100 К для минимизации (как уже отмечалось выше) погрешности определения времени задержки зажигания диспергированного КВ — древесных опилок. Результаты экспериментов в виде зависимости безразмерного времени задержки зажигания КВ = td¡^ от безразмерной начальной температуры "горячей" частицы 0р = Тр ¡Т0 приведены на рис. 2. Здесь td — время задержки за-
0
Д,
1
R
Рис. 1. Схема области решения задачи при 0 < т < га: 1 — газовая смесь; 2 — стальная частица; 3 — КВ
Рис. 2. Времена задержки зажигания в системе стальная частица - диспергированное КВ - воздух в зависимости от начальной температуры источника нагрева: 1 — экспериментальная кривая; 2 — теоретическая кривая при Qok0 = const; 3 —теоретическая кривая при Qokj° = f (0р)
жигания, установленное в экспериментах; ^ — характерное время прогрева элементарного фрагмента измельченной древесины; ^ = 12/а; а — температуропроводность древесины; Т0 — характерная температура процесса (принята равной температуре стандартного пожара 1170 К [13]).
При вычислении значений кинетических параметров реакции зажигания использовалось выражение [1]:
^=1,18^ 1 - Т0 ]7ТГГТ0
где С — удельная теплоемкость, Дж/(кг-К);
Qо — тепловой эффект химической реакции окисления, Дж/кг;
к° — предэкспоненциальный множитель, с-1;
Е
энергия активации химической реакции
окисления, Дж/моль;
Я,
универсальная газовая постоянная,
Дж/(моль-К).
Для определения двух неизвестных Е1 и произведения Qo к]0 использовались две экспериментальные точки кривой 1 (см. рис. 2), связывающие значения ©р и хл. Как показали эксперименты [10], такой подход, несомненно, несколько упрощает кинетическую схему газофазного зажигания диспергированной древесины. В то же время такая формальная процедура привлекательна простотой ее реализации. Для определения кинетических параметров сложного термокинетического процесса достаточно решить систему двух трансцендентных уравнений с использованием экспериментальной зависимости, приведенной на рис. 2.
Для диапазона изменения начальной температуры "горячих" частиц от 0,925 до 1,025 вычислены значения кинетических параметров: Е1 = 84 103 Дж/моль, Qok10 = 5,516-Ю11 Дж/(кг-с).
Анализ достоверности полученных результатов проведен следующим образом. Сформулирована математическая модель процесса газофазного зажигания диспергированного конденсированного вещества при локальном нагреве его одиночной "горячей" частицей. При постановке задачи в качестве базовой использовалась модель газофазного зажигания жидких топлив источниками ограниченного теплосодержания, разработанная для относительно простых схем взаимодействия "горячей" частицы с жидким КВ [14-16] и экстраполированная в дальнейшем на широкий диапазон изменения внешних воздействий [17-19] и факторов [20-23], влияющих на условия и характеристики зажигания горючих жидкостей. Отличие математической модели процесса зажигания диспергированной древесины, которая приведена ниже, от модели зажигания жидких топлив [17-19] заключается в основном в описании протекающих в КВ процессов тепломассопереноса.
Интенсивность вдува газообразных продуктов термического разложения древесины в пристенную область локального источника энергии (см. рис. 1) много меньше массовой скорости поступления паров, образующихся при испарении жидких топлив в адекватных условиях нагрева [14-17]. Поэтому возможные процессы конвекции в области решения задачи не учитывались. Считалось, что основным механизмом транспортировки горючего в зону реакции является диффузия. Предполагалось также, что вследствие высокой пористости слоя диспергированной древесины газообразные продукты ее пиролиза свободно фильтруются внутри прогретого слоя под источником нагрева к границе КВ - воздух и поступают в среду окислителя. Дальнейший прогрев газообразного горючего происходит при движении вблизи вертикальных границ Я = Я1 (см. рис. 1) нагретой до высоких температур частицы.
Система дифференциальных уравнений с соответствующими граничными условиями, описывающая процесс зажигания диспергированного КВ при нагреве одиночной частицей металла в форме диска, приведена ниже:
• уравнение энергии для смеси окислителя (воздуха) с компонентами термического разложения КВ(Я1<Я< 1, 21<2<22; 0<Я<1, 22<2< 1):
1 д©1 Бо, дх
{д 2 ©1 дЯ 2
1 5©1 Я дЯ 12
д2 ©1 >
д2 2
(2)
^1Т0
уравнение энергии для КВ (0 <Х< 1, 0< У< 71):
1 д© 3 Бо3 дх
{д 2 © 3 дЯ 2
1 д©3 д2©3
Я дЯ
д22
11
(3)
%3Т0 '
уравнение теплопроводности для стальной частицы (0 < Я < Я1, 21 < 2 < 22):
1 д© 2 Бо, дх
Гд 2 © 2 дЯ 2
1 &©2 Я дЯ
д 2 © 2 ^ д2 2
(4)
д С}
уравнение диффузии компонентов термического разложения в среде окислителя (Я1 < Я < 1, 21< 2 < 22; 0 < Я < 1, 22< 2 < 1):
1 дС1
дх
=
^д 2С1 дЯ 2
Ч
Я дЯ
д 2С1 > д2 2
у
- ко-т; (5)
• уравнение баланса смеси окислителя с компонентами термического разложения древесины (Я1< Я < 1, 21< 2 < 22; 0< Я < 1, 22 < 2 < 1):
< 2 <. С) + СО = 1;
(6)
• теплофизические характеристики диспергированного КВ:
Xз = X3/ р} + X1,, <р3; Сз = С * р3 + СО р3;
р з =р 3 р 3 +р О р3;
(7)
• объемные доли компонентов газовой смеси (продуктов термической деструкции древесины и воздуха), определяемые из их массовых концентраций в смеси:
Р/
С // Р/
С//р/ +СI/ р
—; р1/ +рО = 1; (8)
• теплофизические характеристики смеси газов с окислителем в воздухе:
(9)
Х1 = X1/ р/ + X1, рО; С = С1, р/ + С1 рО;
р1 = Р/р1/ +РО РО ;
• безразмерные комплексы:
Бо = XT0/(рCl2); Ор = Dt0/12 .
В уравнениях (2)-(9) приняты следующие обозначения:
0 — безразмерная температура, 0р = T¡T0\ т — безразмерное время, т = t¡t0; К, Z — безразмерные координаты цилиндрической системы, К = r¡l, Z = z¡l■,
массовая скорость химической реакции
окисления, кг¡(м3•с)■ Ж = рС^С/к! ехр (- ^/(ВД); Хг — коэффициент теплопроводности, В^(мК); рг — плотность, кг^м3; С1 — удельная теплоемкость, ДжДкг-К); Т1 — текущее значение температуры г-го компонента системы, К; Q3 — теплота газификации, ДжДг; Ж3 — скорость реакции термического разложения КВ, кгДм3-с);
Ж = рзр з к з0ехр(- Ез/(К,Тз));
р3—текущее значение объемной доли вещества, способной к химическому реагированию; кз — предэкспоненциальный множитель, с-1; Ез — энергия активации термического разложения, Дж^моль;
С/ — массовая концентрация компонентов термического разложения (0 < С/ < 1); С01 — массовая концентрация окислителя; рз, рО —объемная доля соответственно древесины и воздуха;
р/, рО —объемная доля соответственно продуктов термической деструкции КВ и воздуха; D — коэффициент диффузии компонентов термического разложения вещества в воздухе, м2Д;
индексы "1", "2", "з" соответствуют смеси воздуха с продуктами термического разложения вещества, стальной частице, КВ. Начальные условия при т = 0:
• 0< X < 1, 0< У < У1:
гт гт з з0 Тз = Т0, р/ = р/ ;
• 0< X < Х1, У1< У < У2:
Т2 = Тр;
• Х1<Х<1, У1< У< У2; 0 <Х<1, У2< У< 1:
Т1 = Те, С/ = 0.
Граничные условия при 0 < т < т^:
• К = 0, К = 1, 0<Z<
503/ 5К = 0;
• К = 0, Z1 < Z < Z2:
502/ 5К = 0;
• К = 0, Z2<Z< 1:
|50^ 5К = 0, [5 С/15К = 0;
• К = 1, ^ < Z < 1:
|50^ 5К = 0, [5 С/ / 5К = 0;
• Z =0, 0< К < 1:
503/5Z = 0;
• Z = 1, 0< К < 1:
|50^ 57 = 0, [5 С//52 = 0;
• К = К1, Z < Z2:
'(X2/Х1)(502/5К) = 50Х/5К , 02 = 01,
5С //5К = 0;
• Z = Z1, 0 < К < К1:
' (X3 / X2) (5 03 /5Z) = 5 02 / 5Z,
0 з =0 2, 5 С/ |5Z = 0;
• Z = Z1, К1 < К <1: "(X 3/ X1)( 503/ 5Z) = 50^ 5Z,
0з = 01 ,
(р 1 Dx^)(5СХ/5Z) = 1;
• Z = Z2, 0 < К < К1:
'(X 2/ Xl)( 50г1 ^) = 50^ 5Z, 0 2 =01, 5 С/15Z = 0,
2 = 21
где Ж = | Ф3Р3к3°
ехр
2 = 0
ЯТ3 у
ё2.
Скорость газификации КВ на участке поверхности, закрытом частицей, определялась соотношением
Я = Я1
2 = 21, 0< Я < Я1, = | ^(Я )ёЯ. (10)
я = 0
Суммарный газоприход распределялся в малой окрестности частицы согласно выражению
2 = 21, Я1 < Я < Я1 + 10ЯГ;
Ж? (Я)к = (Я )к + ((1,1 - 0,1к )/10 • , (11)
к = 1; 2; ...; 10,
где Ж^(Я)к — массовая скорость газификации КВ на к-м шаге вдоль оси Я без учета дополнительного газоприхода с участка поверхности, закрытого частицей;
(Я) к — суммарная скорость газификации КВ на к-м шаге вдоль оси Я в окрестности частицы. Решение задачи (2)-(11) проведено методом конечных разностей с использованием методики и алгоритма, представленных в [20-22].
Цель численного моделирования заключалась в описании исследуемого процесса с использованием определенных по результатам экспериментов кинетических параметров в диапазоне изменения начальных температур источника нагрева от 0,925 до 1,025.
Исследования выполнены при следующих значениях параметров: начальная температура КВ и воздуха ©0 = 0,256, стальной частицы ©р = 0,925+1,025; температура начала пиролиза вещества ©с = 0,512; тепловой эффект реакции термического разложения вещества Qз = 4106 Дж/кг; энергия активации реакции термического разложения Е3 = 190 1 03 Дж/моль; предэкспоненциальный множитель к3 = 6,7-108с-1; объемная доля вещества, способного к химическому реагированию, ф3 = 0,5.
Теплофизические характеристики взаимодействующих веществ следующие [13, 24, 25]: Х1О = 0,026 Вт/(м-К); рО =1,161 кг/м3; СО =1190 Дж/(кг К);
= 49 Вт/(м-К); р2 = 7831 кг/м3; С2 = 470 Дж/(кг-К); Х1/ = 0,072 Вт/(м-К); р^ = 2,378 кг/м3;
С^ = 3876 Дж/(кг-К);
Х3Г =0,18 Вт/(м-К); р 3 =520 кг/м3;
С^ = 2700 Дж/(кг-К).
Установлено (см. рис. 2, кривая 2), что экспериментальные и вычисленные по итогам решения задачи (2)-(11) значения хл (для идентичных температур) при относительно низких значениях ©р отличаются почти на 30 %. Полученные результаты позволяют
сделать вывод, что зависимость от температуры более сложная, чем в выражении (1). Причины этого, возможно, обусловлены как особенностями механизмов газофазного зажигания КВ при локальном нагреве [20-22], так и спецификой тепломассоперено-са в прогретом слое диспергированного (пористого) КВ.
В целях формального описания процесса зажигания диспергированной древесины при локальном нагреве проведен анализ полученных экспериментальных данных с учетом возможной зависимости предэкспоненциального множителя от температуры. Получено следующее аппроксимационное выражение:
Qok1° =(2,194-106-2,917-106©р + 1,351 106© р )Дж/(ктс), при ©р = 0,925+1,025. (12)
На рис. 2 приведена теоретическая зависимость хл = Х©р) (кривая 3), полученная в результате численного исследования с использованием характеристик (9). Из данной зависимости можно сделать вывод о достаточно хорошем соответствии экспериментальных и расчетных значений хл.
Полученные формальные кинетические параметры можно рассматривать как характеристики некоторой эффективной реакции взаимодействия в рассматриваемых условиях продуктов пиролиза диспергированной древесины с окислителем — воздухом. Возможны и более сложные схемы термокинетического взаимодействия газов пиролиза древесины с окислителем с выделением нескольких реагирующих компонентов горючего и стадий каждой реакции. Но такой подход сопряжен не только с необходимостью определения большого числа термокинетических постоянных, но и с существенным усложнением процедуры анализа условий и характеристик зажигания конкретных диспергированных конденсированных веществ.
Заключение
Полученные по результатам экспериментальных и теоретических исследований кинетические параметры зажигания диспергированной древесины являются не только формальными характеристиками сложного комплекса процессов тепломассоперено-са, протекающего при локальном нагреве до высоких температур измельченной древесины. Эти параметры также наглядно иллюстрируют как возможность описания с использованием предложенного подхода рассматриваемого комплекса процессов, так и необходимость проведения для получения кинетических параметров совместных экспериментальных
и теоретических исследований.
***
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (№ 12-08-33002).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Vilyunov V.N., Zarko V.E. Ignition of Solids. —Amsterdam: Elsevier Science Publishers, 1989. —442 p.
2. Кузнецов Г. В., Мамонтов Г. Я., ТаратушкинаГ. В. Зажигание конденсированного вещества "горячей" частицей // Химическая физика. — 2004. — Т. 23, № 3. — С. 67-72.
3. Кузнецов Г. В., Мамонтов Г. Я., Таратушкина Г. В. Численное моделирование зажигания конденсированного вещества нагретой до высоких температур частицей // Физика горения и взрыва.
— 2004. — Т. 40, № 1. — С. 78-85.
4. ЗахаревичА. В., Кузнецов Г. В., Максимов В. И. Зажигание дизельного топлива одиночной "горячей" металлической частицей //Пожаровзрывобезопасность. — 2008.—Т. 17,№ 4.—С. 28-30.
5. Захаревич А. В., Максимов В. И. Зажигание пленки керосина одиночной нагретой до высоких температур частицей // Пожарная безопасность. — 2012. — № 3. — C. 87-90.
6. ЗахаревичА. В., Кузнецов Г. В., Максимов В. И. Механизм зажигания бензина одиночной нагретой до высоких температур частицей // Пожаровзрывобезопасность.—2008.—Т. 17,№ 5. — С. 39-42.
7. ЗахаревичА. В., Кузнецов Г. В., Максимов В. И., Панин В. Ф., РавдинД. С. Оценка пожарной опасности мазута в условиях перегрузки, хранения и транспорта на тепловых электрических станциях // Известия Томского политехнического университета. — 2008.—Т. 313, № 4. — С. 25-28.
8. Захаревич А. В., Кузнецов В. Т., Кузнецов Г. В., Максимов В. И. Зажигание модельных смесевых топливных композиций одиночной нагретой до высоких температур частицей // Физика горения и взрыва. — 2008. — Т. 44, № 5. — С. 54-57.
9. ЗахаревичА. В., Барановский Н. В., Максимов В. И. Зажигание лесных горючих материалов одиночными, нагретыми до высоких температур частицами // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 4. — C. 13-16.
10. Кузнецов Г. В., Захаревич А. В., Максимов В. И., МошковА. Г. Условия зажигания отходов деревообработки // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 5. — C. 21-23.
11. Захаревич А. В., Барановский Н. В., Максимов В. И. Зажигание типичных лесных горючих материалов опада лиственных пород локальным источником энергии // Пожаровзрывобезопасность.
— 2012. — Т. 21, № 6. — C. 23-28.
12. Глушков Д. О., СтрижакП. А. Особенности постановки задач при численном исследовании зажигания металлизированного конденсированного вещества локальным источником энергии // Бутлеровские сообщения. — 2013. — Т. 33, № 1. — С. 126-132.
13. Корольченко А. Я., Корольченко Д. А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочник. — М. : Пожнаука, 2004. — Ч. 1. — 713 с.
14. Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Нагретые до высоких температур частицы металла как источники локальных возгораний жидких веществ // Пожарная безопасность. — 2008. — №4. — С. 72-76.
15. КузнецовГ.В., Стрижак П. А. Особенности зажигания парогазовой смеси нагретой до высоких температур металлической частицей //Пожаровзрывобезопасность.—2008.—Т. 17,№ 3. — С. 25-33.
16. Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Воспламенение пожароопасной жидкости одиночной "горячей" частицей // Пожаровзрывобезопасность. — 2007. — Т. 16, № 6. — С. 13-20.
17. Кузнецов Г. В., Стрижак П. А. Моделирование воспламенения жидкого вещества горячей частицей // Химическая физика. — 2009. — Т. 28, № 5. — С. 90-97.
18. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. Heat and mass transfer at the ignition of a liquid substance by a single "hot" particle // Journal of Engineering Thermophysics. — 2008. — Vol. 17, No. 3. — P. 244-252.
19. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. 3D Problemofheatandmasstransferattheignitionofacombustibleliquid by a heated metal particle // Journal of Engineering Thermophysics. — 2009. — Vol. 17, No. 1. — P. 72-79.
20. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. Transient heat and mass transfer at the ignition of vapor and gas mixture by a moving hot particle // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2010. — Vol. 53, No. 5-6.—P. 923-930.
21. Кузнецов Г. В., СтрижакП. А. Численное решение задачи воспламенения жидкого пожароопасного вещества одиночной "горячей" частицей // Физика горения и взрыва. — 2009. — Т. 45, № 5. — С. 42-50.
22. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. The influence of heat transfer conditions at the hot particle - liquid fuel interface on the ignition characteristics // Journal of Engineering Thermophysics. — 2009. — Vol. 18, No. 2.—P. 162-167.
23. Kuznetsov G. V., StrizhakP. A. The Influence of Radiation Heat Exchange on Characteristics of Liquid Fuel Ignition by a Heated Metal Particle // Journal of Engineering Thermophysics. —2010. —Vol. 19, No. 1.—P. 1-8.
24. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — М. : ООО "Старс", 2006. — 720 с.
25. Теплотехнический справочник ¡ Под ред. В. Н. Юренева, П. Д. Лебедева. — М.: Энергия, 1975. — Т. 1. —743 с.; Т. 2. —896 с.
Материал поступил в редакцию 12 марта 2013 г.
= English
DETERMINATION OF IGNITION KINETIC PARAMETERS
FOR DISPERSED CONDENSED SUBSTANCE AT LOCAL HEATING
GLUSHKOV D. O., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant, National Research Tomsk Polytechnic University (Lenin Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
ZAKHAREVICH A. V., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, National Research Tomsk Polytechnic University (Lenin Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
STRIZHAK P. A., Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, National Research Tomsk Polytechnic University (Lenin Avenue, 30, Tomsk, 634050, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
ABSTRACT
The technique and results of pilot studies on determination of kinetic parameters of crushed wood (sawdust) ignition at interaction with the single steel particle heated to high temperatures in the form of a disk are presented in work. The analysis of calculated characteristics reliability is carried out with use of the formulated mathematical model of gas-phase ignition process for the dispersed condensed substance at local heating by a single "hot" particle.
It is established that the experimental and calculated results of the ignition delay time rather low values of initial temperature of limited heat source content differ almost for 30 %. It is offered to consider possible dependence of a preexponential factor on temperature for increasing accuracy of numerical research results of dispersed wood ignition process by a local heating source. At the analysis of experimental and theoretical process integrated characteristics at variation of initial temperature local power source rather good compliance of ignition delay time is obtained.
Keywords: dispersed substance; local heating; kinetic parameters; ignition.
REFERENCES
1. Vilyunov V. N., Zarko V. E. Ignition of Solids. Amsterdam, Elsevier Science Publishers, 1989.442 p.
2. Kuznetsov G. V., Mamontov G. Ya., TaratushkinaG. V. Zazhiganiye kondensirovannogo veshchestva "goryachey" chastitsey [Ignition of the condensed substance by a "hot" particle]. Khimicheskaya fizika — Russian Journal of Physical Chemistry B, 2004, vol. 23, no. 3, pp. 67-72.
3. KuznetsovG. V., Mamontov G. Ya., TaratushkinaG. V. Chislennoyemodelirovaniye zazhiganiyakondensirovannogo veshchestva nagretoy do vysokikh temperatur chastitsey [Numerical modeling of condensed substance ignition by the particle heated to high temperatures]. Fizika goreniya i vzryva — Physics of Combustion and Explosion, 2004, vol. 40, no. 1, pp. 78-85.
4. Zakharevich A. V., Kuznetsov G. V., Maksimov V. I. Zazhiganiye dizelnogo topliva odinochnoy "goryachey" metallicheskoy chastitsey [Ignition of diesel fuel by a single "hot" metal particle]. Pozharo-vzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2008, vol. 17, no. 4, pp. 28-30.
5. Zakharevich A. V., Maksimov V. I. Zazhiganiye plenki kerosina odinochnoy nagretoy do vysokikh temperatur chastitsey [Ignition of kerosene film by the single particle heated to high temperatures]. Po-zharnaiya bezopasnost — Fire Safety, 2012, no. 3, pp. 87-90.
6. Zakharevich A. V., Kuznetsov G. V., Maksimov V. I. Mekhanizm zazhiganiya benzina odinochnoy nagretoy do vysokikh temperatur chastitsey [The mechanism of gasoline ignition by the single particle heated to high temperatures]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2008, vol. 17, no. 5, pp. 39-42.
7. Zakharevich A. V., Kuznetsov G. V., Maksimov V. I., Panin V. F., Ravdin D. S. Otsenka pozharnoy opasnosti mazuta v usloviyakh peregruzki, khraneniya i transporta na teplovykh elektricheskikh stan-
tsiyakh [Assessment of fuel oil fire danger in overload conditions, storage and transport at thermal power plants]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta — Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2008, vol. 313, no. 4, pp. 25-28.
8. ZakharevichA. V., Kuznetsov V. T., KuznetsovG. V., Maksimov V. I. Zazhiganiye modelnykh smese-vykh toplivnykh kompozitsiy odinochnoy nagretoy do vysokikh temperatur chastitsey [Ignition of composite propellant by a single particle heated to high temperatures]. Fizika goreniya i vzryva — Physics of Combustion and Explosion, 2008, vol. 44, no. 5, pp. 54-57.
9. Zakharevich A. V., Baranovskiy N. V., Maksimov V. I. Zazhiganiye lesnykh goryuchikh materialov odinochnymi nagretymi do vysokikh temperatur chastitsami [Ignition of forest fuel materials by the single particles heated up to high temperatures]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 4, pp. 13-16.
10. Kuznetsov G. V., Zakharevich A. V., Maksimov V. I., Moshkov A. G. Usloviya zazhiganiya otkhodov derevoobrabotki [Conditions of ignition terms the wood waste]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 5, pp. 21-23.
11. Zakharevich A. V., Baranovskiy N. V., Maksimov V. I. Zazhiganiye tipichnykh lesnykh goryuchikh materialov opada listvennykh porod lokalnym istochnikom energii [Ignition of typical forest fuel leaves of deciduous breeds by a local energy source]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 6, pp. 23-28.
12. Glushkov D. O., Strizhak P. A. Osobennosti postanovki zadach pri chislennom issledovanii zazhiganiya metallizirovannogo kondensirovannogo veshchestva lokalnym istochnikom energii [Features of statement of tasks at numerical research of metallized condensed substance ignition by a local power source]. Butlerovskiye soobshcheniya — Butlerov Communications, 2013, vol. 33, no. 1, pp. 126-132.
13. Korolchenko A. Ya., Korolchenko D. A. Pozharovzryvoopasnost veshchestv i materialov i sredstva ikh tusheniya: spravochnik [Fire and explosion hazard of substances and materials and their means of fighting: reference]. Moscow, Pozhnauka Publ., 2004. Part 1, 713 p.
14. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Nagretyye do vysokikh temperatur chastitsy metalla kak istochniki lo-kalnykh vozgoraniy zhidkikh veshchestv [Metal particles heated to high temperatures as sources of liquid substances local ignitions]. Pozharnaiya bezopasnost — Fire Safety, 2008, no. 4, pp. 72-76.
15. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Osobennosti zazhiganiya parogazovoy smesi nagretoy do vysokikh temperatur metallicheskoy chastitsey [Features of steam-gas mix ignition by the metal particle heated to high temperatures]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2008, vol. 17, no. 3, pp. 25-33.
16. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Vosplameneniye pozharoopasnoy zhidkosti odinochnoy "goryachey" chastitsey [Ignition of flammable liquid by single "hot" particle]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2007, vol. 16, no. 6, pp. 13-20.
17. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Modelirovaniye vosplameneniya zhidkogo veshchestva "goryachey" chastitsey [Modeling of liquid substance ignition by a hot particle]. Khimicheskaya fizika — Russian Journal of Physical Chemistry B, 2009, vol. 28, no. 5, pp. 90-97.
18. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Heat and mass transfer at the ignition of a liquid substance by a single "hot" particle. Journal of Engineering Thermophysics, 2008, vol. 17, no. 3, pp. 244-252.
19. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. 3D Problem of heat and mass transfer at the ignition of a combustible liquidbyaheatedmetalparticle. Journal ofEngineering Thermophysics, 2009, vol. 17,no. 1,pp. 72-79.
20. KuznetsovG. V., Strizhak P. A. Transient heat and mass transfer at the ignition of vapor and gas mixture by a moving hot particle. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2010, vol. 53, no. 5-6, pp. 923-930.
21. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Chislennoye resheniye zadachi vosplameneniya zhidkogo pozharo-opasnogo veshchestva odinochnoy "goryachey" chastitsey [Numerical solution to the ignition of liquid fire hazardous substances single "hot" particle]. Fizika goreniya i vzryva—Physics of Combustion and Explosion, 2009, vol. 45, no. 5, pp. 42-50.
22. KuznetsovG. V., Strizhak P. A. The influence of heat transfer conditions at the hot particle-liquid fuel interface on the ignition characteristics. Journal of Engineering Thermophysics, 2009, vol. 18, no. 2, pp. 162-167.
23. Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. The Influence of Radiation Heat Exchange on Characteristics of Liquid Fuel Ignition by a Heated Metal Particle. Journal ofEngineering Thermophysics, 2010, vol. 19,no. 1,pp. 1-8.
24. Vargaftik N. B. Spravochnikpo teplofizicheskim svoystvam gazov i zhidkostey [Reference for thermo-physical properties of gases and liquids]. Moscow, Stars Publ., 2006. 720 p.
25. Yurenev V. N., Lebedev P. D. Teplotekhnicheskiy spravochnik [Thermophysical reference]. Moscow, Energiya Publ., 1975, vol. 1, 743 p.; vol. 2, 896 p.
