Експериментальні дослідження та фізико-математичне моделювання впливу неоднорідності температурного поля по вуглецевій частинці на характеристики її займання, горіння і згасання

Робота присвячена експериментальним дослідженням та фізико-математичному моделюванню високотемпературного тепломасообміну та хімічного перетворення вуглецевих частинок з урахуванням внутрішньої теплопровідності. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення точності прогнозування характеристик займання, горіння та згасання твердих палив в теплотехнічних процесах. У більшості теоретичних підходів використовується ізотермічне наближення частинки, що може привести до похибок у визначенні періоду індукції і часу вигоряння, особливо для частинок субміліметрового та міліметрового діапазону. Запропонована неізотермічна модель, що включає внутрішню теплопровідність в частинці, реакції окиснення, теплообмін конвекцією і випромінюванням. Проведено чисельні розрахунки для інтервалу діаметрів 100-1000 мкм з аналізом температурних полів та градієнтів на стадіях займання і згасання. Показано, що зі зростанням діаметра частинки збільшується температурний перепад між поверхнею і центром, тоді як радіальний температурний градієнт зменшується внаслідок просторового розтягнення температурного поля та зростання нестаціонарного теплового часу. Експериментальні дослідження з міліметровими частинками показали значні температурні градієнти на стадії займання і ідентифікували момент займання максимальним значенням часової похідної поверхневої температури частинки. Порівняння розрахунків з використанням ізотермічної та неізотермічної моделей засвідчило систематичне підвищення часу займання і горіння частинки без врахування внутрішньої теплопровідності. Показано, що в області малих розмірів частинок неврахування внутрішньої теплопровідності призводить до відсутності займання. Отримані результати підтверджують необхідність неізотермічного опису для коректного прогнозування характеристик горіння вуглецевих частинок з розмірами більше 200 мкм.