Параметри макрокінетики горіння вуглеводнів у чисельному розрахунку аварійних вибухів у гірничих виробках
/ 0
- Деталі
- Категорія: Екологічна безпека, охорона праці
- Останнє оновлення: 14 березня 2018
- Опубліковано: 14 березня 2018
- Перегляди: 3582
Authors:
В.В. Соболев, доктор технічних наук, професор, Державний вищий навчальний заклад „Національний гірничий університет“, професор кафедри будівництва, геотехніки і геомеханіки, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., orcid.org/0000-0003-1351-6674
Є.Б. Устіменко, доктор технічних наук, доцент, Державне підприємство „Науково-виробниче об’єднання „Павлоградський хімічний завод“, технічний директор, м. Павлоград, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
М.М. Налисько, кандидат технічних наук, доцент,Державний вищий навчальний заклад „Придніпровська державна академія будівництва та архітектури“, доцент кафедри безпеки життєдіяльності, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., orcid.org/0000-0003-4039-1571
І.Л. Коваленко, доктор технічних наук, доцент,Державний вищий навчальний заклад „Український державний хіміко-технологічний університет“, доцент кафедри неорганічної хімії, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Abstract:
Мета. Встановлення ефективних параметрів макрокінетики горіння вуглеводнів у режимі дефлаграції й детонації для схеми чисельного рахунку аварійних вибухів у гірських виробках.
Методика. Математичне моделювання, чисельний експеримент, аналіз кінетики реакції вибухового горіння, аналіз і узагальнення результатів.
Результати. У роботі аналізуються параметри кінетичного рівняння по відношенню до експериментальних даних. Отримання таких даних у фізичному експерименті для вибухових хімічних реакцій зустрічає серйозні труднощі. Це обумовлено розмірами зони реакції, які не перевищують часток міліметра, недостатньою можливістю за часом експериментальних методик та іншими факторами, що призводять до похибок у прямих вимірах і виникненню неєдиного рішення. Можливість отримання даних забезпечує спільне чисельне рішення рівнянь газодинаміки й хімічної кінетики. У проведеному чисельному експерименті встановлено прямий зв'язок макрокінетичних характеристик хімічної реакції з параметрами розривної течії газового потоку, у якій протікає хімічна реакція горіння: швидкістю, тиском у фронті й за фронтом детонаційної й дефлаграційної хвилі. На підставі цього отримані арреніусовські характеристики реакції – предекспонента та ефективна енергія активації для розглянутих вуглеводнів.
Наукова новизна. Встановлені макрокінетичні параметри для моделювання одностадійного запалювання та горіння найбільш імовірних вуглеводнів рудникової атмосфери в режимі дефлаграції й детонації. Проведено моделювання вибухового горіння попередньо перемішаних вуглеводнів у стехіометричних концентраціях. Показано, що значення ефективної енергії активації в реакціях вибухового горіння мають менше значення на відміну від реакцій стаціонарного горіння через вплив газодинамічних ефектів ударної хвилі на швидкість реакції. Виконано узгодження арреніусовських характеристик реакції – предекспоненти та ефективної енергії активації – за газодинамічними й кінетичним показниками протікання реакції вибухового горіння.
Практична значимість. Отримані параметри макрокінетики реакції вибухового горіння дозволяють застосовувати прості кінетичні механізми у практичних розрахунках процесів дефлаграційного й детонаційного горіння і прогнозувати з достатнім ступенем точності параметри аварійних вибухів в умовах гірничих виробок. Це також дозволяє вирішити задачу обліку наявності важких вуглеводнів у рудничній атмосфері як продуктів піролізу вугілля при підземних пожежах як факторів збільшення ризику аварійних вибухів.
References.
1. Vasenin, I. M., Shrager, E. R., Kraynov, A. Y. and Paleev, D. Y., 2011. The mathematical modelling of nonsteady ventilation processes of coal mine working net. Computer researches and modelling [pdf], 3(2), pp. 155‒163. Available at: <http://crm.ics.org.ru/uploads/crmissues/ crm_2011_2/11205.pdf> [Accessed 4 December 2016].
2. Ageev, V. G., Grekov, S. P., Zinchenko, I. N. and Salahutdinov, T. G., 2013. Computer simulation development, spread and localization of explosions of methane-air mixtures in mines. The Journal of V.N.Karazin Kharkiv National University, 1058, pp. 5‒12.
3. Pivnyak, G., Dychkovskyi, R., Smirnov, A. and Cherednichenko, Y., 2013. Some aspects on the software simulation implementation in thin coal seams mining. Energy Efficiency Improvement of Geotechnical Systems, pp. 1‒10. DOI: 10.1201/b16355-2.
4. Skob, Yu. A., 2013. Numerical modeling of detonation in gas mixtures. The Journal of V.N.Karazin Kharkiv National University, 1058, pp. 149‒157.
5. Polandov, Yu. H. and Babankov, V. A., 2014. The effect of the location of the source of ignition in the premises for the development of gas explosion. Fire and Explosion Safety, 3, pp. 68‒74.
6. Chernay, A. V., Nalisko, N. N. and Derevyanko, A. S., 2016. The kinetics of the methane acidification by the oxygen and its role in the blast air wave formation in mine workings. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1(151), pp. 63‒69.
7. Ershov, A. P., 2010. About macrokinetics fast reactions. Combustion, Explosion, and Shock Waves [pdf], 6, pp. 49‒59. Available at:<http://www.sibran.ru/upload/ iblock/b60/b60f9c38124f28b067e2740d85498643.pdf> [Accessed 23 March 2017].
8. Agafonov, G. L. and Tereza, A. M., 2015. Propane ignition in shock waves. Russian Journal of Physical Chemistry B, 34(2), pp. 49‒60.
9. Basevich, V. Ya. and Frolov, S. M., 2006. Global kinetic mechanisms developed to simulate multi-stage autoignition of hydrocarbons in reactive flows. Russian Journal of Physical Chemistry B, 6, pp. 54‒62. Available at: <http:// frolovs.ru/pdf/2006-6-rus.pdf> [Accessed 15 July 2017].
10. Vasilev, A. A., 2009. Detonation properties of saturated hydrocarbons. Combustion, Explosion, and Shock Waves [pdf], 6, pp. 82‒90. Available at: <http://www.sibran.ru/upload/iblock/2e7/2e7aa1bbaa0bce0fb02d8bf63723f2c6.pdf> [Accessed 4 December 2016].
11. Azatyan, V. V., 2015. The role of the chemical mechanism in the temperature dependence of the rate of combustion reactions of gases. Kinetics and Catalysis, 56(1), pp. 3‒14.
12. Azatyan, V. V., 2013. Features of the temperature dependence for the rates of gas-phase reactions of combustion. Russian Journal of Physical Chemistry A: Focus on Chemistry, 87(8), pp. 1295‒1299.
13. Vasilev, A. A. and Vasilev, V. A., 2016. Calculated and experimental parameters of combustion and detonation of mixtures based on methane and coal dust. Vestnik Nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugolnoy promyishlennosti, 2, pp. 8‒39.
14. Kovalenko, I. L., 2015. Influence of nitrogen dioxide on the thermal decomposition of ammonium nitrate. Odes’kyi Politechnichnyi Universytet. Pratsi, 2(46), pp. 160–164. DOI: 10.15276/opu.2.46.2015.28.
15. Vasilev, A. A., Pinaev, A. V., Fomin, P. A., Trotsiuk, A. V., Vasilev, V. A., Trubitsyn, A. A. and Trubitsyna, D. A., 2016. Estimates of the conditions for excitation and quenching of blast waves during mine explosions. Vestnik Nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugolnoy promyishlennosti, 2, pp. 91‒105.
Архів журналу