Параметры макрокинетики горения углеводородов в численном расчете аварийных взрывов в горных выработках

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

В.В. Соболев, доктор технических наук, профессор, Государственное высшее учебное заведение „Национальный горный университет“, профессор кафедры строительства, геотехники и геомеханики“, г. Днепр, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., orcid.org/0000-0003-1351-6674

Е.Б. Устименко, доктор технических наук, доцент, Государственное предприятие „Научно-производственное объединение „Павлоградский химический завод“, технический директор, г. Павлоград, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Н.Н. Налисько, кандидат технических наук, доцент,Государственное высшее учебное заведение „Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры“,доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, г. Днепр, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., orcid.org/0000-0003-4039-1571

И.Л. Коваленко, доктор технических наук, доцент, Государственное высшее учебное заведение „Украинский государственный химико-технологический университет“, доцент кафедры неорганической химии, г. Днепр,Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Abstract:

Цель.Установление эффективных параметров макрокинетики горения углеводородов в режиме дефлаграции и детонации для схемы численного счета аварийных взрывов в горных выработках.

Методика. Математическое моделирование, численный эксперимент, анализ кинетики реакции взрывного горения, анализ и обобщение результатов.

Результаты.В работе анализируются параметры кинетического уравнения по отношению к экспериментальным данным. Получение таких данных в физическом эксперименте для взрывных химических реакций встречает серьезные трудности. Это обусловлено размерами зоны реакции, не превышающими долей миллиметра, недостаточностью разрешения по времени экспериментальных методик и другими факторами, приводящими к погрешностям в прямых измерениях и возникновению неединственности решений. Возможность получения данных обеспечивает совместное численное решение уравнений газодинамики и химической кинетики. В проведенном численном эксперименте установлены прямая связь макрокинетических характеристик химической реакции с параметрами разрывного течения реагирующего газового потока: скоростью, давлением во фронте и за фронтом детонационной и дефлаграционной волны. На основании этого получены аррениусовские характеристики реакции – предэкспонент и эффективная энергия активации для рассматриваемых углеводородов.

Научная новизна.Установлены макрокинетические параметры для моделирования одностадийного зажигания и горения наиболее вероятных углеводородов рудничной атмосферы в режиме дефлаграции и детонации. Проведено моделирование взрывного горения предварительно перемешанных углеводородов в стехиометрических концентрациях. Показано, что значения эффективной энергии активации в реакциях взрывного горения имеют меньшее значение в отличие от реакций стационарного горения из-за влияния газодинамических эффектов ударной волны на скорость реакции. Выполнено согласование аррениусовских характеристик реакции – предэкспонент и эффективной энергии активации – по газодинамическим и кинетическим показателям протекания реакции взрывного горения.

Практическая значимость.Полученные параметры макрокинетики реакции взрывного горения позволяют применять простые кинетические механизмы в практических расчетах процессов дефлаграционного и детонационного горения и прогнозировать с достаточной степенью точности параметры аварийных взрывов в условиях горных выработок. Это также позволяет решить задачу учета наличия тяжелых углеводородов в рудничной атмосфере как продуктов пиролиза угля при подземных пожарах как факторов увеличения риска аварийных взрывов.

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.

 повний текст / full article

Посетители

3371139
Сегодня
За месяц
Всего
9
7791
3371139

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная Архив журнала по выпускам 2018 Содержание №1 2018 Экологическая безопасность, охрана труда Параметры макрокинетики горения углеводородов в численном расчете аварийных взрывов в горных выработках