Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 4

Схема экспериментальной установки приведена нарисунке 2.3. В момент воспламенения смеси панель, разделяющая камеру на двечасти, вынималась. В дальнейшем опыт при использовании камеры Vк1 будемназывать эксперимент IV, а при использовании камеры Vк2 будем называтьэксперимент V.24Процесс распространения пламени фиксировался на скоростную камеру(240 кадров/с).Рисунок 2.3 – Схема экспериментальной камеры, использовавшейся при 2-й серииэкспериментовЗатемпроизводиласьраскадровкавидео,послечегоспомощьюматематического аппарата строились зависимости: изменение координаты фронтапламени в зависимости от времени, изменение скорости распространенияпламениотвремени,изменениескоростираспространенияпламенивзависимости от координаты.Рассмотрим результаты эксперимента I, когда воспламенение смесипроисходило в центре газовоздушного облака (точка Т1, см. рисунок 2.2).На рисунке 2.4 приведены фотографии процесса распространения фронтапламени,зафиксированногоприпроведенииэкспериментаI.Используяприведенные фотографии, были определены координаты фронта пламени Х длякаждого момента времени.

Численное значение Х соответствует расстоянию отместа воспламенения смеси – Т1 до левого видимого фронта пламени по осикамеры. Точность измерения координаты Х в значительной степени определяетсясубъективной оценкой границы фронта человеком, проводящим обработкуэксперимента. Однако, применительно к данной проблеме это единственныйспособ экспериментальной оценки динамических параметров фронта пламени привзрыве. Определенные нарекания могут возникнуть и в связи с одномерноймоделью, используемой в опытах.

Но проводившиеся до настоящего времени унас и за рубежом модельные исследования дефлаграционных взрывов в открытом25пространстве не дали необходимых для практики ответов на ряд вопросов,связанных с динамикой фронта пламени при аварийных взрывах.8,4 мс21,0 мс29,3 мс41,8 мс54,3 мс66,9 мс75,2 мс87,8 мсРисунок 2.4 – Фотографии процесса распространения пламени вэксперименте I.Зажигание смеси в центре облака - точке Т1.1 – через 8,4 мс после воспламенения смеси; 2 – через 21,0 мс; 3 – через 29,3мс;4 – через 41,8 мс; 5 – через 54,3 мс; 6 – через 66,9 мс; 7 – через 75,2 мс; 8 –через 87,8 мс.26На рисунке 2.5 приведены экспериментальные координаты положенияфронта пламени для различных моментов времени, которые были получены сфотографий процесса взрыва (см.

рисунок 2.4). Из приведенного материаласледует, что на начальном этапе взрыва происходит его ускорение, а потомначинается его замедление вплоть до полной остановки (окончание процессагорения).АБРисунок 2.5 – Экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционные зависимости положения фронтапламени от времени. Эксперимент I.А – интерполяция полиномом 6-ой степени всего процесса.Б – интерполяция полиномами 3-ей степени начального момента взрыва(кривая 1) и конечного момента взрыва (кривая 2).Для определения скоростных характеристик фронта пламени необходимопродифференцировать полученные зависимости.

Прямое дифференцированиеэкспериментальных точек приводит к значительным погрешностям. Поэтомупредварительно следует провести интерполяцию полученных экспериментальныхзначений.Нарисунке2.5Априведенаинтерполяционнаязависимость,представляющая собой полином 6-ой степени, наиболее точно соответствующийэкспериментальным значениям.На рисунке2.5Бприведеныраздельные27интерполяции начальной фазы и конечной фазы взрыва. Интерполяциивыполнены полиномами 3-ей степени.Для нахождения скоростных характеристик видимой скорости пламенинеобходимо продифференцировать полученные интерполяционные зависимости[74].На рисунке 2.6 приведены скорости фронта пламени, полученные путемдифференцирования интерполяционной зависимости, приведенной на рисунке2.5А.Рисунок 2.6 –Динамические параметры фронта пламени.1 – экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционная зависимость положения фронтапламени от времени (рисунок 2.5А);2 – зависимость скорости пламени от времени;3 – зависимость скорости пламени от координаты.Эксперимент I.28На рисунке 2.7 приведены скорости фронта пламени, полученные путемдифференцирования интерполяционной зависимости, приведенной на рисунке2.5Б.Рисунок 2.7 –Динамические параметры фронта пламени.1 – экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционные зависимости положения фронтапламени от времени (рисунок 2.5Б);2 – зависимость скорости пламени от времени;3 – зависимость скорости пламени от координаты.Эксперимент I.На рисунке 2.7 точками указаны значения скорости фронта пламени,полученные путем дифференцирования экспериментальных данных о положениифронта пламени [28].

Как указывалось выше, точность полученных таким образомзначений скорости достаточно мала.Сравнениеколичественныерисунковпараметрыдостаточно близки2.6и2.7скоростныхпоказывает,чтохарактеристиккачественныефронтаипламении мало зависят от метода интерполяции. Поэтому в29дальнейшем будем использовать полиномы высокой степени (степени 6-8) дляинтерполяции всего процесса взрыва, не разделяя интерполируемое время наначальную и на заключительную фазы развития взрывного горения.По результатам проведенного и обработанного эксперимента I можносделатьследующиевыводы.Учитывая,чтопроизводилсявзрывпропановоздушной смеси стехиометрического состава, можно считать, что приполном ее сгорании начальный объем смеси должен увеличиться примерно в 8.0раз.

Поэтому линейный размер облака продуктов взрыва должен составлять0,8*8,0 = 6.4 м, а максимальное значение координаты Х должно составлять 3,2 м.Эксперименты показали, что максимальное значение видимой скорости пламениреализуется при Х = 1,0…1,2 м (см. рисунок 2.6), что в три раза меньше.Максимальная скорость пламени при этом достигла значений 25-30 м/с.Рассмотрим результаты эксперимента II, когда воспламенение смесипроисходило на правом краю газовоздушного облака (точка Т2, см. рисунок 2.2).На рисунке 2.8 приведены фотографии процесса распространения фронтапламени при эксперименте II.На рисунках 2.9 и 2.10 приведены экспериментальные координатыположения фронта пламени для различных моментов времени, которые былиполучены с фотографий процесса взрыва (см.

рисунок 2.8), и скоростныехарактеристикифронтапламени,полученныеизинтерполяционныхсоотношений, описывающих положение фронта пламени в зависимости отвремени.Нарисунке2.9приведенаинтерполяционнаязависимость,представляющая собой полином 6-ой степени, наиболее точно соответствующийвсем экспериментальным значениям. На рисунке 2.10 приведены раздельныеинтерполяции начальной фазы и конечной фазы взрыва.

Интерполяциивыполнены полиномами 4-ой степени.304,2 мс33,4 мс58,5 мс104,5 мс146,3 мс171,4 мс200,6 мс238,3 мсРисунок 2.8 – Фотографии процесса распространения пламени вэксперименте II.Зажигание смеси с правого края облака - точка Т2.На рисунках 2.9 и 2.10 приведены скорости фронта пламени, полученныепутем дифференцирования интерполяционных зависимостей.31Кроме этого, на рисунке 2.10 точками указаны значения скорости фронтапламени, полученные путем прямого дифференцирования экспериментальныхданных о положении фронта пламени.Рисунок 2.9 –Динамические параметры фронта пламени.1 – экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционная зависимость положения фронтапламени от времени;2 – зависимость скорости пламени от времени;3 – зависимость скорости пламени от координаты.Эксперимент II.Проанализируем данные, приведенные на рисунках 2.9 и 2.10.

Во-первых,рисунки 2.9 и 2.10 подтверждают мысль о том, что качественные иколичественные параметры скоростных характеристик фронта пламени малозависят от метода интерполяции.32Рисунок 2.10 –Динамические параметры фронта пламени.1 – экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционные зависимости положения фронтапламени от времени;2 – зависимость скорости пламени от времени;3 – зависимость скорости пламени от координаты.Эксперимент II.Во-вторых, из приведенных данных следует, что при воспламенении смесис краю облака видимая скорость пламени минимум в два раза меньше, чем при еецентральномвоспламенении.Впредыдущемэкспериментемаксимальнаяскорость пламени достигла значений 25-30 м/с, а в данном экспериментемаксимальная скорость пламени составила не более 12-14 м/сТаким образом, можно утверждать, что при воспламенении смеси с краюоблака видимая скорость пламени минимум в два раза меньше, чем при еецентральном воспламенении.Рассмотрим результаты эксперимента III, когда источник зажиганиянаходился вне начального положения взрывоопасного облака (точка Т3, см.рисунок 2.2).

В данном эксперименте воспламенение смеси происходило через33некоторое время после удаления перегородок, разделяющих камеру на три отсека.Источник зажигания, находившийся в Т3, постоянно искрил, а после удаленияперегородок смесь за счет диффузии перемещалась к искрящему источнику. Вопределенный момент (взрывоопасная смесь достигала Т3) происходил взрыв.Данный эксперимент в определенной степени моделирует процесс дрейфавзрывоопасного облака и его подрыв постоянно действующим источникомвоспламенения. Применительно к аварийным ситуациям это достаточнотипичный сценарий развития взрывной аварии [45, 51].

Основное отличиеначальных условий эксперимента III от начальных условия эксперимента IIзаключается в том, что в эксперименте II происходит взрыв стехиометрическойсмеси, а в эксперименте III происходит начальное воспламенение бедной смеси,сформированной в процессе диффузионного перемещения облака в сторону Т3.На рисунке 2.11 приведены фотографии процесса распространения фронтапламени при проведении эксперимента III.кадр 2826кадр 2835кадр 2845кадр 2854кадр 2864кадр 287334кадр 2883кадр 2892Рисунок 2.11 – Фотографии процесса распространения пламени в экспериментеIII.Зажигание смеси осуществляется постоянно искрящим источником,находящимся в точке Т3, которая расположена вне облака.Рисунок 2.12 –Динамические параметры фронта пламени.1 – экспериментальные положения фронта пламени для различныхмоментов времени и интерполяционная зависимость положения фронтапламени от времени;2 – зависимость скорости пламени от времени;3 – зависимость скорости пламени от координаты.Эксперимент III.На рисунке 2.12 приведены экспериментальные координаты положенияфронта пламени для различных моментов времени, которые были получены с35фотографий процесса взрыва (см.

рисунок 2.11), и скоростные характеристикифронта пламени, полученные из интерполяционного соотношения, описывающегоположение фронта пламени в зависимости от времени. На рисунке 2.12 (1)приведена интерполяционная зависимость, представляющая собой полином 8-ойстепени, наиболее точно соответствующий всем экспериментальным значениямположения фронта пламени в зависимости от времени.Из приведенных данных следует, что в данном эксперименте максимальнаяскорость пламени составила не более 5 м/с.Таким образом, можно утверждать,что при дрейфе взрывоопасного облака или при его распространении в результатедиффузии воспламенение смеси на краю облака постоянно действующимиисточниками воспламенения приводит к реализации дефлаграционного взрыва свидимой скоростью пламени, которая по мере развития взрыва практически неускоряется и составляет 5-10 м/с.