Черненко О. С. Закономірності теплофізичних і хімічних процесів гістерезисного типу в аеродисперсних системах

Побудовано аналітичні моделі гістерезису тепломасообміну і кінетики горіння домішок горючих газів при наявності тільки однієї односторонньої та двох паралель-них реакцій першого порядку. Аналітичне описання гістерезисних областей теплома-сообміну частинок (дротиків) каталізатора немає аналогів і основане на запропонова-ному і розвиненому методі використання частинних похідних та параметричних за-лежностей для пошуку критичних умов. Всередині гістерезисних областей спостері-гається каталітичне запалювання, а ззовні – стаціонарні стани окислення та каталіти-чного горіння малих домішок горючого газу в повітрі. Знайдено параметри граничного каталітичного самозаймання і погасання горю-чих газів, а також умови виродження критичних умов з урахуванням термодифузії та тепловтрат на випромінювання. Тепловтрати випромінюванням приводять до появи додаткової гістерезисної петлі в області великих діаметрів і її виродження при змен-шенні концентрації горючого газу і збільшенні температури газової суміші. Значення дифузійно-кінетичне відношення при виродженні гістерезисної петлі наближається до одиниці. Описано залежність критичного значення концентрації водню і температури ка-талітичного запалювання, вище за які відбувається самопідтримуюче каталітичне го-ріння холодної газоповітряної суміші, від діаметру платинового дротику при вимкне-ному джерелі постійного струму. На температурній залежності швидкості реакційного тепловиділення при пара-лельному каталітичному горінні домішки аміаку на платиновому дроті спостерігаєть-ся максимум, що пояснюється конкуренцією швидкості тепловиділення реакції до N2 і реакцій до NO при врахуванні масопереносу. Використання запропонованого методу до вугільних частинок дозволило визна-чити області діаметрів частинок вуглецю, які при концентрації кисню вище за деяке граничне значення, запалюються і стійко горять в азотно-кисневих сумішах кімнатної температури. Істотну роль при визначенні області запалювання вуглецевих частинок грають тепловтрати на випромінювання, концентрація окислювача в газі і поруватість частинки. Вперше експериментально досліджено і аналітично обґрунтовано характе-ристики запалювання (вимушеного займання) великих поруватих частинок вугілля в холодних азотно-кисневих сумішах. В результаті аналізу численних, аналітичних та експериментальних даних по горінню коксів різного вугілля показано, що в процесі горіння поруватої вуглецевої частинки темп зміні з часом добутку густини і квадрату діаметру частинки є лінійним і не залежить від початкового діаметру. Введена модифікована константа горіння по-руватої частинки в дифузійній області, що враховує реагування всередині пор. Аналіз горіння частинок при знижених концентраціях кисню в суміші, коли реагування в по-рах є суттєвим, дозволяє проводити оцінку ефективних характеристик поруватості матеріалу вугілля. Запропоновано метод аналітичного пошуку періоду індукції каталітичного запа-лювання – часу досягнення стійкої температури горіння. Метод оснований на попере-дньому знаходженні критичної температури запалювання. Запропонований новий метод аналітичного визначення тривалості періоду інду-кції, який заснований на введенні безрозмірної температури відносно температури за-ймання. Він дозволяє врахувати протікання паралельних хімічних реакцій і масопере-нос (в перехідній і дифузійній областях горіння). Розглянуто горіння пиловугільного факелу в фурмовому вогнищі доменної печі та при факельному торктеруванні футеровки кисневого конвертера.