Основные закономерности фильтрационного горения

Под фильтрационным горением понимается распространение волн экзотермического превращения в пористой среде при фильтрации газа. Механизм распространения зоны реакции в таких системах обычно включает прогрев исходных веществ перед фронтом и локальное химическое взаимодействие реагентов с выделением достаточно большого количества тепла. Специфическим элементом, определяющим особенность этого класса систем, является фильтрация газа, выступающего в роли не только участника химической реакции, но и теплоносителя, формирующего тепловую структуру волны горения.

Пористая среда перед зоной реакции в общем случае представляет собой смесь конденсированного топлива с инертным балластом (инертом). За фронтом горения остается пористый «скелет», содержащий балласт и конденсированные продукты. Выделяющееся в реакции тепло отводится в холодные, не прореагировавшие слои вещества, инициируя в них собственное тепловыделение, в результате чего осуществляется самоподдерживающийся процесс распространения волны реакции.

В зависимости от условий подвода окислителя в зону реакции следует различать горение при вынужденной и естественной фильтрации.

В первом случае происходит принудительный продув газа через фронт горения в результате действия какого-либо внешнего устройства, обеспечивающего в простейших случаях постоянный поток или постоянное давление на входе.

Во втором варианте (вариант применения ПСФГ) фильтрационный поток возникает естественным образом вследствие потребления либо выделения газа в зоне реакции. Фильтрация окислителя в данном случае происходит за счет возникшей разности давлений в результате потребления окислителя во фронте горения. Фронт горения, таким образом, действует как своеобразный насос, засасывающий газ в поры между частицами ПСФГ.

Фильтрационное горение может протекать не только в открытых, но и в замкнутых по газообмену системах. В этом случае горение осуществляется за счет газа, изначально содержащегося в пористой среде, что сразу же предопределяет состав и температуру продуктов сгорания. В открытых системах окислитель поступает из внешней среды, поэтому параметры за фронтом горения не соответствуют термодинамически равновесным, как в замкнутых системах, а зависят от всей совокупности физико-химических характеристик процесса.

Процессы со схемой горения в спутном потоке очень широко используются. Основное преимущество этого процесса заключается в регенерации тепла, которое извлекается из продуктов горения фильтрующимся газом и возвращается в зону реакции. Эффект регенерации может существенно повысить температуру горения, компенсируя недостаточную калорийность топлива.

Аккумуляция газовым потоком выделяемой при горении энергии в зоне реакции является очень эффективным способом достижения высоких и сверхвысоких температур в волне горения. Важно подчеркнуть чисто теплофизическую природу явления и его независимость от химизма реакции.

Дата добавления: 2014-11-20