ЧЕЛЯБИНСКИЙ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

Совершенствование средств пожаротушения и методов измерения их эффективности является важной задачей в области пожарной безопасности. В работе представлены результаты экспериментальных измерений минимальной огнетушащей концентрации порошковых смесей, которые могут быть применены в качестве эффективных взрыволокализующих заслонов. Измерения минимальной огнетушащей концентрации исследуемых порошков проводились с помощью лабораторного метода с импульсной их подачей в микроочаг пожара класса B с помощью сжатого воздуха. С целью обоснования и оценки возможных ошибок указанного лабораторного метода измерения огнетушащей эффективности порошков выполнено численное 3D-моделирование взаимодействия многофазного потока с модельным очагом горения. Анализ результатов численного моделирования показал, что для применённого лабораторного метода практически вся порция исследуемого порошка поступает в зону горения. Также результаты численных расчётов показали, что в указанных экспериментальных условиях отсутствует заметное влияние размера частиц порошка на их потери в окружающее пламя пространство. Таким образом, эти результаты позволили обосновать применение указанного лабораторного метода для сравнительной оценки огнетушащих порошков с широким диапазоном дисперсности. Использование указанного лабораторного метода оценки эффективности огнетушащего порошка позволило разработать для взрыволокализующего заслона оптимальный порошковый состав, включающий в качестве основного компонента инертные минеральные частицы и добавку химически активного калийсодержащего ингибитора горения.

Представлены результаты численного исследования горения струй водорода, инжектируемых в высокоскоростной воздушный поток перед внезапным расширением канала. Показано, что при постоянных входных условиях в канале реализуется режим пульсирующего горения, который сохраняется при повышении температуры стенки от 300 до 900 К. Рост температурного фактора приводит к снижению частоты осцилляций и уменьшению их амплитуды.

Представлены результаты теоретического исследования максимальной температуры газа, пористой среды и скорости стационарной волны фильтрационного горения водородо-воздушной смеси при теплопотерях. Исследование вышеупомянутых параметров проводилось как на основе численного метода решения системы дифференциальных уравнений, описывающих стационарный режим распространения волны, так и с помощью аналитических зависимостей, выведенных посредством рассмотрения эквивалентной математической модели ФГГ при наличии теплопотерь. Идентичность значений скорости стационарной волны, рассчитанных по формуле и по численному методу Рунге Кутта для различных составов и скорости вдува смеси, даёт основание говорить о достоверности результатов исследования. Результаты анализа численного расчёта распределения температур в волне горения показывают, что при относительно небольших диаметрах частиц пористой среды, меньше 1 мм, и скорости вдува до 5 м/с профили температур пористой среды и смеси газов не отличаются, т. е. имеет место однотемпературная структура волны. Вне этих пределов температуры фаз в зоне горения существенно отличаются, т. е. наблюдается различие максимумов температур твёрдой и газовой фаз.

Представлены формулы расчёта скорости стационарной волны и температуры воспламенения при фильтрационном горении водородо-воздушной смеси в инертной пористой среде. В соответствии с полученной формулой температура воспламенения плавно возрастает с увеличением скорости вдува смеси и понижается с увеличением диаметра частиц пористой среды. Расчётные скорости волны возрастают с увеличением скорости вдува смеси и переходят в другие режимы скоростей.

Проведено численное исследование влияния температуры стенки и учёта теплового излучения на процессы самовоспламенения и горения водородно-воздушной смеси в плоском канале. Моделирование выполнено в программном комплексе Ansys Fluent 2020 R1. Анализ результатов расчётов с различными температурами стенок показал, что при температурах выше 550 К реализуется самовоспламенение смеси и распространение волны горения, переходящее в детонацию. Движение детонационной волны вверх по потоку и её выход в узкую часть канала свидетельствуют о режиме запирания канала. Показано, что учёт теплового излучения способствует более позднему воспламенению смеси, но не влияет на характер течения и скорости образования продуктов сгорания.

Исследовано влияние добавок-модификаторов TiB2, AlMgB14, (NH4)2TiF6, NH4BF4, Ca3(PO4)2 на параметры горения смесевого топлива на основе порошкообразного алюминия в качестве горючего (около 20 %), перхлората аммония в качестве окислителя (около 60 % по массе) и активного связующего (МПВТ около 20 %). В результате исследования было выявлено влияние добавок на скорость горения топлива, безразмерную массу и размер агломератов.