Синергетичні аспекти хвильового горіння пилу

Анотація

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.

Ключові слова: самоорганізація процесів горіння, горіння металів, швидкість полум'я, структура фронту полум'я, перехідні режими.