Синергетические аспекты волнового горения пылей
Дата
2019
Науковий керівник
Укладач
Редактор
Назва журналу
Номер ISSN
Номер E-ISSN
Назва тому
Видавець
Одеський національний університет імені І. І. Мечникова
Анотація
Экспериментально изучены процессы самоорганизации горения микродисперсных
частиц металлов, взвешенных в кислородсодержащих средах. Наблюдались изменения
структуры фронта горения пылевого пламени при изменении управляющих характеристик процесса, задаваемых физико-химическими характеристиками газовзвеси и гидродинамическими условиями организации горения. Опыты проводились в полузакрытых трубах при зажигании газовзвесей частиц Al, Mg, Zr у открытого и закрытого
конца трубы, а также в условиях предварительно перемешанного пламени горючего и
окислителя на пылевых горелках. Показано, что самоорганизация волнового горения
газовзвеси в трубах приводит к появлению каскада переходных режимов горения, зависящих от места поджога и характеристик пыли. При поджоге газовзвеси у открытого конца трубы наблюдались переходы от ламинарного пламени, к двум типам вибрационного пламени, имеющих разную физическую природу, и к развитому турбулентному горению. Еще более сложный каскад структурных изменений пламени наблюдался в
случае зажигания взвеси с закрытого конца трубы. В этом случае в газовзвесях магния, алюминия и алюмомагниевого сплава различной дисперсности и концентрации наблюдался каскад переходов от ламинарного пламени к турбулентному, затем к пульсирующему пламени, переходящему в быстрое «языковое» горение. Каскадная смена режимов горения пыли в этих условиях сопровождалась увеличением скорости пламени
от 2 до 300 м/с. Установлено, что наличие этих стадий и скорости пламени определяется физико-химическими параметрами смеси. Приведены результаты качественных
исследований структуры ламинарного пламени частиц Al, Zr, Ti, Fe на пылевой горелке. Впервые наблюдалось существование при определенных условиях обращенного самоподдерживающегося пламени в пыли мелкодисперсного железа. Предположительно,
такая необычная структура фронта горения пылевого пламени обусловлена кинетическим режимом горения частиц железа, для которого характерна экстремальная (с
максимумом) зависимость скорости пламени от концентрации горючего.
Експериментально вивчено процеси самоорганізації горіння мікродісперсний частинок металів, зважених в кисневмісних середовищах. Спостерігалися зміни структури фронту горіння пилового полум'я при зміні керуючих параметрів процесу, що задаються фізико-хімічними характеристиками газосуспензії і гідродинамічними умовами організації горіння. Досліди проводилися в напівзакритих трубах при запалюванні пилу частинок Al, Mg, Zr у відкритого і закритого кінця труби, а також в умовах попередньо перемішаного полум'я пального і окиснювача на пилових пальниках. Показано, що самоорганізація хвильового горіння газозавису в трубах призводить до появи каскаду перехідних режимів горіння, що залежать від місця підпалу і характеристик пилу. При підпалі газозавису біля відкритого кінця труби спостерігалися переходи від ламінарного полум'я, до двох типів вібраційного полум'я, що мають різну фізичну природу, і до розвиненого турбулентного горіння. Ще більш складний каскад структурних змін полум'я спостерігався в разі запалювання суспензії з закритого кінця труби. В цьому випадку в газозависах магнію, алюмінію і алюмомагніевого сплаву різної дисперсності та концентрації спостерігався каскад переходів від ламінарного полум'я до турбулентного, потім до пульсуючому полум'я, яке переходить в швидке «язикове» горіння. Каскадна зміна режимів горіння пилу в цих умовах супроводжувалася збільшенням швидкості полум'я від 2 до 300 м/с. Встановлено, що наявність цих стадій і швидкості полум'я визначається фізико-хімічними параметрами газозавису. Наведено результати якісних досліджень структури ламінарного полум'я частинок Al, Zr, Ti, Fe на пиловому пальнику. Вперше спостерігалося існування за певних умов оберненого самопідтримуючогося полум'я в пилу дрібнодисперсного заліза. Імовірно, така незвичайна структура фронту горіння пилового полум'я зумовлена кінетичним режимом горіння частинок заліза, для якого характерна екстремальна (з максимумом) залежність швидкості полум'я від концентрації пального.
The processes of self-organization of combustion of microdispersed metal particles suspended in oxygen-containing media were experimentally studied. Changes in the structure of the combustion front of the dust flame were observed with a change in the control characteristics of the process specified by the physicochemical characteristics of the gas suspension and the hydrodynamic conditions of the organization of combustion. The experiments were carried out in half-closed tubes when igniting the dust of Al, Mg, Zr particles at the open and closed end of the tube, as well as in the conditions of a pre-mixed fuel flame and oxidizer on dust burners. It is shown that the self-organization of wave combustion of dust in tubes leads to the appearance of a cascade of transient combustion modes, depending on the place of ignition and the characteristics of the dust. When burning a gas suspension at the open end of the tube, transitions from a laminar flame to two types of vibrational flame of different physical nature and to developed turbulent combustion were observed. An even more complex cascade of structural flame changes was observed in the case of ignition of a suspension from the closed end of the tube. In this case, in dusts of magnesium, aluminum, and an aluminummagnesium alloy of various dispersion and concentration, a cascade of transitions from a laminar flame to a turbulent one, then to a pulsating flame, which turns into fast “tongue” burning, was observed. A cascade change in the dust combustion conditions under these conditions was accompanied by an increase in the flame velocity from 2 to 300 m/s. It was established that the presence of these stages and the flame velocity is determined by the physicochemical parameters of the mixture. The results of qualitative studies of the structure of the laminar flame of particles of Al, Zr, Ti, Fe on a dust burner are presented. For the first time, the existence of a reversed self-sustaining flame in fine dust was observed under certain conditions. Presumably, such an unusual structure of the combustion front of the dust flame is due to the kinetic regime of combustion of iron particles, which is characterized by an extreme (with maximum) dependence of the flame velocity on the concentration of fuel.
Експериментально вивчено процеси самоорганізації горіння мікродісперсний частинок металів, зважених в кисневмісних середовищах. Спостерігалися зміни структури фронту горіння пилового полум'я при зміні керуючих параметрів процесу, що задаються фізико-хімічними характеристиками газосуспензії і гідродинамічними умовами організації горіння. Досліди проводилися в напівзакритих трубах при запалюванні пилу частинок Al, Mg, Zr у відкритого і закритого кінця труби, а також в умовах попередньо перемішаного полум'я пального і окиснювача на пилових пальниках. Показано, що самоорганізація хвильового горіння газозавису в трубах призводить до появи каскаду перехідних режимів горіння, що залежать від місця підпалу і характеристик пилу. При підпалі газозавису біля відкритого кінця труби спостерігалися переходи від ламінарного полум'я, до двох типів вібраційного полум'я, що мають різну фізичну природу, і до розвиненого турбулентного горіння. Ще більш складний каскад структурних змін полум'я спостерігався в разі запалювання суспензії з закритого кінця труби. В цьому випадку в газозависах магнію, алюмінію і алюмомагніевого сплаву різної дисперсності та концентрації спостерігався каскад переходів від ламінарного полум'я до турбулентного, потім до пульсуючому полум'я, яке переходить в швидке «язикове» горіння. Каскадна зміна режимів горіння пилу в цих умовах супроводжувалася збільшенням швидкості полум'я від 2 до 300 м/с. Встановлено, що наявність цих стадій і швидкості полум'я визначається фізико-хімічними параметрами газозавису. Наведено результати якісних досліджень структури ламінарного полум'я частинок Al, Zr, Ti, Fe на пиловому пальнику. Вперше спостерігалося існування за певних умов оберненого самопідтримуючогося полум'я в пилу дрібнодисперсного заліза. Імовірно, така незвичайна структура фронту горіння пилового полум'я зумовлена кінетичним режимом горіння частинок заліза, для якого характерна екстремальна (з максимумом) залежність швидкості полум'я від концентрації пального.
The processes of self-organization of combustion of microdispersed metal particles suspended in oxygen-containing media were experimentally studied. Changes in the structure of the combustion front of the dust flame were observed with a change in the control characteristics of the process specified by the physicochemical characteristics of the gas suspension and the hydrodynamic conditions of the organization of combustion. The experiments were carried out in half-closed tubes when igniting the dust of Al, Mg, Zr particles at the open and closed end of the tube, as well as in the conditions of a pre-mixed fuel flame and oxidizer on dust burners. It is shown that the self-organization of wave combustion of dust in tubes leads to the appearance of a cascade of transient combustion modes, depending on the place of ignition and the characteristics of the dust. When burning a gas suspension at the open end of the tube, transitions from a laminar flame to two types of vibrational flame of different physical nature and to developed turbulent combustion were observed. An even more complex cascade of structural flame changes was observed in the case of ignition of a suspension from the closed end of the tube. In this case, in dusts of magnesium, aluminum, and an aluminummagnesium alloy of various dispersion and concentration, a cascade of transitions from a laminar flame to a turbulent one, then to a pulsating flame, which turns into fast “tongue” burning, was observed. A cascade change in the dust combustion conditions under these conditions was accompanied by an increase in the flame velocity from 2 to 300 m/s. It was established that the presence of these stages and the flame velocity is determined by the physicochemical parameters of the mixture. The results of qualitative studies of the structure of the laminar flame of particles of Al, Zr, Ti, Fe on a dust burner are presented. For the first time, the existence of a reversed self-sustaining flame in fine dust was observed under certain conditions. Presumably, such an unusual structure of the combustion front of the dust flame is due to the kinetic regime of combustion of iron particles, which is characterized by an extreme (with maximum) dependence of the flame velocity on the concentration of fuel.
Опис
Ключові слова
самоорганизация процессов горения, горение металлов, скорость пламени, структура фронта пламени, переходные режимы, самоорганізація процесів горіння, горіння металів, швидкість полум'я, структура фронту полум'я, перехідні режими, self-organization of combustion processes, metal combustion, flame velocity, flame front structure, transient conditions
Бібліографічний опис
Фізика аеродисперсних систем = Physics of aerodisperse systems