Анализ процесса горения микрогетерогенных пылегазовоздушных смесей в горных выработках


Аннотация:

В процессе работы очистных и проходческих комбайнов, бурильных установок и другого шахтного оборудования неизбежно образование угольной пыли, которая, взаимодействуя с газовоздушной атмосферой очистных и подготовительных горных выработок, образует пылегазовоздушные смеси.
При наличии источников зажигания, возникающих от трения работающих частей механизмов горных машин и инструментов, такие пылегазовоздушные смеси способны к химическому реагированию c переходом в режим горения. Процессы воспламенения, горения и детонации газовзвесей горючих дисперсных систем достаточно подробно рассмотрены в отечественной и зарубежной литературе. Однако подавляющее большинство работ посвящено горению углей в энергетических установках в целях получения тепловой энергии и ее дальнейшего преобразования. Горные выработки, по сравнению с камерами сгорания и топками котельных агрегатов, являются одномерными областями различной конфигурации, процессы горения пылегазовоздушных смесей в которых происходят главным образом в направленном газовоздушном потоке, в отличие от горения в топках и камерах сгорания.
Цель данной работы заключается в выявлении и анализе числовых значений и функций, определяющих условия распространения зоны горения микрогетерогенных пылегазовоздушных смесей в горных выработках.
На базе уравнения теплопроводности рассмотрен стационарный процесс горения микрогетерогенных пылегазовоздушных смесей в горных выработках. Сформулирована задача Коши для одномерного нелинейного дифференциального уравнения, описывающая процесс горения микрогетерогенной пылегазовоздушной смеси, и построено ее приближенное решение методом Гира. Установлено, что решениями задачи Коши являются собственные функции, для каждой из которых существует собственное значение, обусловленное исходными данными задачи.
 Для исходных данных микрогетерогенной пылегазовоздушной смеси найдены собственные значения, среди которых обнаружены критические значения, ниже которых задача Коши не имеет решения, следовательно, процесс горения невозможен. Выявлено, что с увеличением собственных значений возрастают и значения искомых функций.
Получено уравнение, связывающее температуру пылегазовоздушной смеси в произвольном сечении выработки и его координату.

С.В. Черданцев, д-р техн. наук, вед. науч. сотрудник, svch01@yandex.ru Ли Хи Ун, д-р техн. наук, проф., зам. ген. директора Ю.М. Филатов, канд. техн. наук, ген. директор П.А. Шлапаков, зав. лабораторией АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной промышленности», Кемерово, Россия


Подпишитесь чтобы читать статьи полностью

Год за

16 848 р.

Подписаться
Подписка - это:
  • Возможность читать полные тексты статей за последние 3 года (недоступны без подписки)
  • Свежий номер до его печатного издания
  • Удобное чтение с любого типа устройств (Компьютеры, планшеты, смартфоны)
Список литературы:

1. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — М.: Наука, 1987. — 502 с.
2. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. — М.: Изд-во АН СССР, 1958. — 600 с.
3. Математическая теория горения и взрыва/ Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. — М.: Наука, 1980. — 478 с.
4. Бахман Н.И., Беляев А.Ф. Горение гетерогенных конденсированных систем. — М.: Наука, 1967. — 228 с.
5. Смирнов Н.Н., Зверев И.Н. Гетерогенное горение. — М.: Изд-во МГУ, 1992. — 446 с.
6. Крайнов А.Ю. О самовоспламенении двухкомпонентной газовзвеси// Физика горения и взрыва. — 1999. — № 5. — С. 6–13.
7. Федоров А.В. Воспламенение газовзвесей в режиме взаимодействующих континуумов// Физика горения и взрыва. — 1998. — № 4. — С. 57–64.
8. Математическое моделирование горения и взрыва высокоэнергетических систем/ под ред. И.М. Васенина. — Томск: Изд-во Томского ун-та, 2006. — 322 с.
9. Скрицкий В.А. Механизм возникновения очагов самовозгорания угля в шахтах и способы их предотвращения. — Новосибирск: Изд-во ФБОУ ВПО «НГАВТ», 2013. — 279 с.
10. Васильев А.А., Васильев В.А. Расчетные и экспериментальные параметры горения и детонации смесей на основе метана и угольной пыли// Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2016. — № 2. — С. 8–39.
11. Сполдинг Д.Б. Основы теории горения/ пер. с англ. — М.–Л.: Госэнергоиздат, 1959. — 321 с.
12. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах/ пер. с англ. — М.: Мир, 1967. — 592 с.
13. Форман А.В. Теория горения/ пер. с англ. — М.: Наука, 1971. — 616 с.
14. Лыков А.В. Тепломассообмен. — М.: Энергия, 1978. — 480 с.
15. Бермант А.Ф., Араманович И.Г. Краткий курс математического анализа: учебник для вузов. — 11-е изд., стер. — СПб: Лань, 2005. — 736 с.
16. Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения. — М.: Наука, 1974. — 331 с.
17. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. — М.: Наука, 1989. — 432 с.
18. Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах. — М.: Недра. — 1977. — 320 с.

Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, сформированный ВАК Минобрнауки России. Публикуются статьи по следующим отраслям и группам научных специальностей: 01.04.00 — физика; 05.26.00 — безопасность деятельности человека; 02.00.00 — химические науки.

Журнал включен в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ) и в международные базы данных: Scopus, Chemical Abstracts Service (CAS), EBSCO Publishing, Ulrich's Periodicals Directory.

подробнее

DOI: 10.24000/0409-2961-2017-11-10-15
Год: 2017
Номер журнала: Ноябрь
Ключевые слова : горные выработки микрогетерогенные пылегазовоздушные смеси уравнение теплопроводности молекулярная диффузия конвекция закон Аррениуса зона горения собственные значения собственные функции
Авторы:
  • Черданцев С.В.
    Черданцев С.В.
    д-р техн. наук, гл. науч. сотрудник, svch01@yandex.ru АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Кемерово, Россия
  •  Ли Хи Ун
  •  Филатов Ю.М.
  • Шлапаков П.А.
    Шлапаков П.А.
    канд. техн. наук, зав. лабораторией АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Кемерово, Россия

Купить журнал