Abstract: Параметры детонации и волн горения в смесях метан/воздух и метан/уголь/воздух близки между собой, массовая доля сгоревшего угля не превышает 20% от стехиометрии – основное энерговыделение в зоне реакции волн происходит за счёт горения метана. Данные о нижнем концентрационном пределе распространения (НКПР) пламени метана в воздухе отличаются у разных авторов (a* = 5÷5.95% (об.)). Для смесей CH4/воздух при рас-пространении пламени вверх, горизонтально и вниз в закрытых трубках a* = 5.35, 5.40 и 5.95% (об.) соответственно [1]. Распространение пламени вниз (поджигание сверху) наиболее затруд-нено из-за всплывающих кверху более лёгких продуктов горения. Может ли возникнуть или усилиться неустойчивость пламени и понизиться метановый НКПР пламени в бедной метановоздушной смеси с добавками угольной взвеси? Для ответа на этот вопрос исследованы смеси с концентрацией метана a меньше 5% (об.). Опыты выполнены при атмосферном давлении в закрытой вертикальной ударной трубе длиной L 6.75 м, диаметром d 70 мм (L/d = 96). Трубу заполняли смесями газов и взвесью угля (размер частиц 0÷200 мкм, концентрация пыли k0 = 50-900 г/м3). Горение возбуждали искрой или раскалённой спиралью, в опытах регистрировали профили свечения с фотоумножителей и сигналы с пьезодатчиков. Волны горения снимали видеокамерой FASTCAM SA5 с частотой 60÷1000 кадр/с. Установлено, что пламя не распространяется сверху вниз в вертикальном закрытом кана-ле в газовых и газоугольных смесях с содержанием метана   5-5.5% (об.), и распространяется при a 6% (об.). В двухтопливной гетерогенной смеси (6%CH4+94%воздух)/уголь по сравне-нию с волной горения в газовой смеси 6%CH4+94%воздух существенно возрастает яркость пламени. В смесях (6%CH4+94%воздух)/уголь обнаружены два режима распространения пла-мени – с короткой и длинной областью свечения. Пламя с коротким свечением в виде кругово-го диска движется равномерно. Во втором режиме, при большей концентрации угольной взве-си, возникает неустойчивость пламени в виде сильных продольных колебаний со знакопере-менной скоростью, пламя распространяется быстрее короткого пламени. При 9.5 > a > 6 % (об.) колебания пламени сохраняются, добавление угольной взвеси в газовую смесь не увели-чивает скорость волны горения, влияние K0 на скорость пламени не обнаружено. В открытой с одного конца прозрачной трубке d 40 мм, L 60 см исследованы возмож-ность существования и характер распространения пламён в газообразных смесях CH4/воздух с содержанием метана 9.5÷5.5% (об.) и в тех же газовых смесях с взвешенной угольной пылью. Установлено, что пламя распространяется в горизонтальной трубке в газовых смесях с a > 6% и в газоугольных смесях с a > 5.5%. Т.е. присутствие в газовой смеси угольной взвеси увели-чило метановый НКПР пламени. В гетерогенной смеси aCH4/воздух/уголь по сравнению с вол-ной горения в газовой смеси aCH4/воздух возрастает яркость пламени. Усреднённые скорости пламени в смесях возрастают с увеличением доли метана. Наличие угольной взвеси практиче-ски не влияет на скорость пламени, способствует усилению продольных колебаний скорости фронта пламени и уменьшает НКПР пламени.

Cite: Пинаев А.В. , Пинаев П.А.
Влияние угольной взвеси на устойчивость и нижний концентрационный предел распространения пламени в метановоздушных смесях
XII Всероссийская конференция с международным участием «Горение топлива: теория, эксперимент, приложения». 11-14 нояб. 2024