Исследование горения пропановоздушной смеси в трубе с кольцевыми перегородками

Внедрение: 2018 г.

В Бийском технологическом институте ведется разработка автоматической системы взрывоподавления на базе оптико-электронных датчиков, способной оценивать скорость фронта пламени и оперативно принимать решение по способу локализации горения до перехода его в детонацию [1]. Основной областью применения подобных систем является горнодобывающая промышленность.

В результате выполнения работ проведено экспериментальное исследование процесса нестационарного горения стехиометрической пропановоздушной смеси. Разработана конструкция установки для проведения экспериментальных взрывов и предложена методика проведения исследования. В результате исследования выполнена проверка адекватности разработанной ранее компьютерной модели на полученных экспериментальных данных.

Для проведения исследования разработана экспериментальная установка, позволяющая измерять скорость распространения фронта горения пропановоздушной смеси. Функциональная схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема установки для проведения экспериментальных исследований: 1 – персональный компьютер; 2 – удаленный пульт управления; 3 – модуль АЦП LTR11; 4 – система воспламенения; 5 – реакционный сосуд установки; 6‑21 – измерительные датчики; 22 – расходомер.

Рисунок 2. Конструкция реакционного сосуда.

Экспериментальная установка содержит реакционный сосуд, заполняемый требуемым объемом горючего газа пропана. Для равномерного заполнения используется 8 патрубков для подвода газа, распределённых по длине реакционного сосуда. Поджиг газа осуществляется дистанционно системой воспламенения. По длине экспериментальной установки расположены 16 точек регистрации мгновенной скорости фронта пламени (фотодиодных датчиков). Сигналы с фотодиодных датчиков регистрируются с помощью автоматизированной измерительной системы, состоящей из предварительных усилителей, модуля АЦП и персонального компьютера.

Фотодиодные датчики с помощью пробки 1 устанавливаются в патрубки 2 реакционного сосуда (рисунок 3). Фотодиодный датчик представляет собой пару фотодиодов, расположенных по направлению распространения фронта пламени (вдоль трубы) на расстоянии 15 мм друг от друга. Фотодиоды 4 с помощью гильзы 3 вынесены на расстояние 100 мм от края сосуда для уменьшения углового поля с целью более точного определения момента прохождения фронта пламени.

Рисунок 3. Схема размещения фотодиодных датчиков: 1 – пробка; 2 – патрубок; 3 – гильзы для фотодиодов; 4 – фотодиоды; 5 – реакционный сосуд.

В качестве альтернативных вариантов АЦП использовались модули LTR11 в составе Установки измерительной LTR, а также PCI‑модуль АЦП L‑783 внутри ПК.

На рисунке 4 представлена фотография установки, подготовленной к проведению испытания, и кадр видеосъемки при горении газа.

Рисунок 4. Фотографии экспериментальной установки: экспериментальная установка в сборе (слева); экспериментальная установка в момент взрыва (справа).

Экспериментальное исследование проводилось на базе испытательной площадки предприятия АО «ФНПЦ «Алтай» по договору НИР № 2129/17. При выполнении экспериментального исследования проведено 10 опытов с нестационарным горением пропановоздушной смеси. Для проверки адекватности результаты компьютерного моделирования были сопоставлены с экспериментальными данными о зависимости скорости распространения фронта пламени от длины установки (рисунок 5).

Рисунок 5. Распределение скорости фронта пламени по длине установки.

Авторы сообщают, что экспериментальные данные о скорости фронта пламени и результаты расчетов на базе компьютерного моделирования хорошо согласуются друг с другом. Относительная погрешность расчета скорости не превышает 18 %. Расхождения могут быть обусловлены неучтенными в модели потерями энергии, а также объемными эффектами в реальной трехмерной трубе, не учитываемыми при двумерном моделировании.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках гранта № 17‑08‑00844.

Источник:
Лисаков С.А., Сидоренко А.И., Сыпин Е.В., Галенко Ю.А., Павлов А.Н. Экспериментальное исследование нестационарного горения пропановоздушной смеси в трубе с кольцевыми перегородками // Ползуновский вестник. – 2018. – № 2. – С. 136‑134.   

Разработчик: Лисаков С.А., Сидоренко А.И., Сыпин Е.В., Галенко Ю.А., Павлов А.Н. (БТИ - филиал ФГБОУ ВПО «АлтГТУ им. Ползунова», г. Бийск)