Федоренко А. В. Теплофізичні механізми безполум'яного горіння домішок горючих газів на дисперсному каталізаторі

Дисертація присвячена дослідження механізмів впливу термодифузії горючого газу, поруватості та розміру каталізатора, кінетики хімічних реакцій на критичні умови каталітичного самозаймання та запалювання малих вмістів горючих газів у повітрі; аналізу явища самоприскорення реакцій окиснення при визначенні умов гістерезису тепломасообміну та безполуменевого горіння газоповітряних сумішей; дослідженню гістерезисних режимів тепломасообміну та безполуменевого горіння газоповітряних сумішей з домішками горючих компонентів. В дисертаційному дослідженні пропонується аналітично в параметричному вигляді описувати гістерезисні області тепломасообміну частинок (ниток) каталізатора при протіканні каталітичної реакції окислення та врахуванні термодифузії водню в повітрі. Визначено нижню межу по концентрації домішки горючого газу в холодній газоповітряній суміші, при якій можлива реалізаціясамопідримуючого стійкого каталітичного горіння газових сумішей кімнатної температури. Такий режим можливий в результаті каталітичного вимушеного займання шляхом імпульсного попереднього розігріву нитки (частинки) вище температури запалювання. Запропоновано залежність для визначення температури запалювання в залежності від розміру каталізатора. Знання цієї температури дозволяє аналітично оцінити час каталітичного самозаймання газоповітряної суміші кімнатної температури. Проведено аналіз впливу діаметру каталізатора на кінетику гетерогенного безполум'яного горіння малих домішок горючого газу та характеристики гістерезисної області тепломасообміну каталізатора в тому числі і умови її виродження. Аналітично отримано залежності стаціонарного опору платинової нитки каталізатора від температури газоповітряної суміші і концентрації домішки водню, що проявляють гістерезисний характер. Пропонується використання запропонованого методу для дослідження термокінетичних характеристик каталітичного окислення монооксиду вуглецю, вуглеводнів (метану, бензолу, пропану, бутану), синтезу аміаку з азоту і водню. Проведено аналіз ролі кожної з паралельних реакцій каталітичного окислення аміаку (до утворення азоту і окису азоту) на платиновому дисперсному каталізаторі в теплофізичних механізмах, які забезпечують здійснення стійких стаціонарних режимів; при критичних процесах каталітичного самозаймання і погасання (критичні діаметри каталізатора, температури суміші і концентрації домішки горючого газу). Залежності критичних температур самозаймання і погасання газової суміші, критичних концентрацій домішки горючого газу від приведеного діаметру мають мінімум. Досліджено вплив поруватості частинки на залежності концентрацій самозаймання і погасання від приведеного діаметру частинки. Отримано вираз, що дозволяє проаналізувати вплив поруватості на мінімальної концентрації горючого газу, вище якої спостерігається самозаймання газів на поверхні частинки каталізатора.