МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ В ИНЕРТНОМ ПОРИСТОМ СЛОЕ
|
Введение 4
2. Обзор литературы 17
3. Физическая постановка для однородного образца 20
4. Математическая постановка 29
5. Физическая постановка для неоднородного образца 39
6. Результаты 40
7. Выводы 45
8. Литература
2. Обзор литературы 17
3. Физическая постановка для однородного образца 20
4. Математическая постановка 29
5. Физическая постановка для неоднородного образца 39
6. Результаты 40
7. Выводы 45
8. Литература
В наше время значимыми вопросами, являются исследования фильтрационного горения газов в инертных пористых средах, основанные на созданиях эффективных радиационных горелках. Такой механизм на основе фильтрационного горения газов характеризуется хорошими показателями удельной мощности, возможностью регулировки мощности в большом диапазоне и низкими уровнями выбросов CO и ИОх. Характеристики достигаются за счет эффективной регенерации тепла, в результате которой продукты горения высокой температуры нагревают пористый твердый каркас, и тепло начинает распространяться от продуктов горения в область перед зоной химической реакций за счет радиационного переноса и теплопроводности. В итоге получаем, что несгоревшая смесь которая входит, нагревается теплом от продуктов горения, это позволяет ускорить скорость горения, расширить границы образования пламени, сжигать бедные смеси газов и обеспечить низкий уровень выбросов загрязняющих веществ.
В данной работе рассматриваются процессы горения в газовой горелке. Приводятся численные исследования тепломассопереноса, наблюдаются процессы горения в зависимости от изменения главных параметров задачи. Тема посвящена фильтрационному горению газа протекающая в инертной пористой среде, отличительной чертой которого является гетерогенная газовая реакция. Одна из главных особенностей фильтрационного горения газа - это большое число определяющих параметров, включая параметры пористой среды, которые могут быть использованы для управления процессами горения газов в определенных ресурсах и технологиях. Появились новые примеры практического использования процессов ФГ- самораспространяющийся высокотемпературный синтез неорганических материалов, каталитическое превращение в реакторах вытеснения с неподвижным слоем катализатора, фильтрационное сжигание газов.
Наблюдается возрастающий интерес к тем областям исследований, которые позволяют создавать энергосберегающие и экологически целесообразные технологии утилизации и переработки промышленных отходов. Это обусловлено тем, что основной задачей сегодняшнего развития становится рациональное использование ресурсов, так как природные запасы истощаются, а уровень техногенного загрязнения давно превысил все допустимые нормы.
Актуальность. Явление распространения фронта горения в пористых средах при фильтрации газа все более и более привлекает внимание научных деятелей. В наши дни, тема фильтрационного горения газа, является актуальным вопросом, так как на принципах фильтрационного горения основаны многие традиционные и новые промышленные процессы. Для эффективного управления процессами сжигания низкокалорийных топлив, получения химических продуктов, процессами, происходящими в пористых каркасах. Процесс распространения тепловых волн обусловлен многими факторами и прежде всего важными в практическом отношении задачами, например: осуществление реакции гетерогенного катализа в оптимальных искусственно создаваемых нестационарных условиях;
самораспространяющийся высокотемпературный синтез; внутрипластовое горение, создаваемое с целью увеличения добычи нефти; металлургические процессы, происходящие, например, в доменных печах, при обжиге и агломерации руд; гомогенное горение в дисперсных системах в условиях относительно высокой удельной поверхности пористой среды; выжигание продуктом конденсации, полимеризации или коксообразования в химических реакторах, в частности, каталитических. Указанные приоритеты задач ясно иллюстрируют объект исследования и его отличия от классического объекта- тепловой волны(фронта) в гомогенной системе: гетерогенность,
обусловленная наличием твердой фазы с существенно отличающейся от газовой тепловой емкостью; отсутствие подобия механизмов переноса тепла и вещества; низкая скорость движения тепловых волн относительно скорости фильтрации.
В естественных условиях фильтрационное горение происходит в форме подземных и лесных пожаров, горения торфяников и тд. Современные теплогенераторы, технологии, методы пожаро-взрывозащиты, основанные на привлечении закономерностей фильтрационного горения. К ФГ предъявляются повышенные требования, необходимые для сохранения экологической среды обитания, утилизации отходов, энергосбережения, максимального выхода целевых продуктов, увеличение уровня пожаро-взрывобезопасности промышленных объектов.
Практическая ценность. В современной технологии, имеющей тенденцию к увеличению процессов путем создания экстремальных условий их проведения, ФГ занимает достойное место. Объединяя на основе единых физических закономерностях разнородные по назначению и внешнему оформлению процессы, теории ФГ способствует взаимному обогащению их практической организации. Для волн фильтрационного горения газа с большими абсолютными значениями временно-пространственных масштабов теоретический анализ, по существу, является единственным способом научного подхода улучшению процессов вследствие практической невозможности их лабораторного моделирования.
Проведенная работа не охватывает всех граней теории фильтрационного горения. Вне границ рассмотрения остались такие вопросы, как инициирование волн реакции, объемное реагирование пористых систем, поверхностные режимы распространения фронта горения; по существу, не рассмотрены очень интересные в научном плане нестационарные явления при фильтрационном горении, так называемое конвективное горение взрывчатых веществ. Математическая модель процесса допускает значительное обобщение, направленное на описание всей совокупности процессов, сопровождающих распространению волн ФГ. Для начала тут следует обратиться к более точному решению внешней газодинамической задачи с учетом кинетики высокотемпературных структурных превращений в пористой среде. При численных расчетах необходимо учитывать реальную кинетику и виртуальную многостадийность химического взаимодействия компонентов. А также сложных характер межфазного тепломассообмена в высокотемпературных пористых системах. Можно выразить уверенность в том, что, несмотря на определенные трудности, теория фильтрационного горения будет непрерывно развиваться, ибо такова потребность практики, активно интересующейся горение пористых систем.
Волны ФГГ обладают рядом ценных свойств. Благодаря этому и широкому использованию пористых сред в промышленности, ФГГ весьма перспективно при решении многих задач энергетики, химической и строительной технологий, экологии и т.д. Регулируемость скорости химической реакции дает возможность управлять временем и производительностью химических процессов, выходом полезных (или вредных) продуктов. Регулируемость равновесных температур горения открывает новые пути утилизации промышленных отходов, сжигание низкокалорийных газов, создания форсированных теплогенераторов. Возможность регулировки подвода химической энергии, к зоне реакции, помогает реализовать процессы ФГГ, в разных по материалу и структуре пористых сред, позволяет создать энергосберегающие технологии термической обработки материала. Основополагающим методом анализа стало математическое моделирование того или иного конкретного процесса, и эта ориентация, взятая в свое время зарубежными исследователями, доминирует и по сей день. Наибольшее количество работ по моделированию ФГ выполнено применительно к внутрипластовому горению нефтенасыщенных пород. ВГ относится к так называемым вторичным методам воздействия на пласты, направленным на извлечение остаточной нефти, не поддающейся обычными способами.
Основной эффект заключается в повышении температуры и уменьшении вязкости вытесняемой нефти. Существуют методы реализации этого процесса- например: прямоточное (спутное) горение. При прямоточном (спутном) горении зажигание осуществляется у нагнетательной скважины. После создания очага непрерывное нагнетание воздуха обеспечивает продвижение как фронта реакции, так и фронта вытеснения нефти по направлению от нагнетательной скважины к эксплуатационной.
При распространении фронта ВГ осуществляется ряд последовательных реакций, из которых сгорание является заключительной стадией в цепи термохимических превращений нефти. По мере нагрева частиц нефтепесчаной смеси происходит удаление влаги и начинается выход легких фракций нефти, а затем образование газов вследствие крекинга и пиролиза. После выхода летучих фракций на поверхности песчинок остается небольшое количество кокса, который и служит топливом для ВГ. При сухом горении продвижения нефти по слою происходит в основном под действием напора нагнетаемого воздуха, смешанного с газами горения. В экспериментальных условиях в зависимости от сорта нефти извлечь 50-80% ее исходного содержания.
Математический анализ ВГ представляет значительные трудности. Физическая модель ВГ должна присваивать три составляющие процесса:
1. Распространение волны, регенерируемой фронтом реакции,
2. Неизотермическое вытеснение нефти фильтрующимся агентом,
3. Образование в результате термохимических превращений нефти коксовых остатков, которые и служат топливом для очага горения.
Распространению зоны реакции в нефтяном пласте сопутствуют не менее сложные и взаимосвязанные с горением процессы вытеснения нефти и формирования остаточного топлива. Именно с этим осложняющим обстоятельством следует связывать тот факт, что большой материал, накопленный при моделировании внутрипластового горения, мало способствовал развитию физических представлений о самом процессе ФГ.
Значительно больший прогресс был достигнут в результате изучения агломерация руд, где процесс ФГ выступает в более чистом виде. Металлургическое производство использует природную руду в виде так называемых агломератов. Мелкие (часто пылевидные) частицы рудного концентрата и различных добавок, входящих в состав металлургической шихты, подвергают термической обработке с целью окусковывания для улучшения химического состава и структуры. Эта задача легко может решиться на агломерационных машинах ленточного типа, представляющих собой непрерывную цепь спекательных тележек с решетчатым дном. В тележку нагружается мелкая сырая шихта слоем 0,25-0,40 м, по объему которой равномерно распределено небольшое количество ( ~ 5%) топлива в виде измельченного кокса. В верхнем слое производят поджигание. Через спекаемый слой (сверху вниз) осуществляется непрерывная фильтрация воздуха (и ~ 1 мс) . Зона горения перемещается по слою сверху вниз со скоростью u ~5*10-4мс [1].
Продвижение высокотемпературной волны через слой обеспечивает последовательную термическую обработку дисперсного материала. Газы, отходящие от зоны горения, подсушивают и нагревают нижележащие слои шихты, из которой удаляются вода, углекислый газ, сера, мышьяк и другие вредные примеси. Во фронте горения при температурах 1200-1500°С шихта частично плавится. После прохождения волны горения образуется спек агломерата, который подвергают дроблению до идеальных размеров кусков шихты. Сосредоточение теплоты сгорания в узкой зоне, обеспечивает высокие экономические показатели процесса.
Продвижение волны горения в слое агломерируемой шихты в первом приближении может быть описано в рамках простейшей модели ФГ. Для определения параметров волны горения можно воспользоваться результатами теории ФГ. Физико-химические свойства агломерата рассчитываются по известному температурному режиму обработки материала из кинетических уравнений спекания и дегазации.
Значительная часть нефтехимического производства связана с переработкой сырья в реакторах с зернистым слоем катализатора. В процессе работы аппаратов, вследствие закоксованности зерен происходит постепенное «отравление». Процесс регенерации используют для восстановления активности, который представляет собой, выжигание углеродистых отложений при продуве воздухом. Самый важный этап гетерогенного- каталитического процесса-это окислительная регенерация. Основными параметрами регенерации, являются время процесса, которое определяется скоростью продвижения фронта реакции и допустимый прогрев в слое катализатора.
Для получения ценных неорганических соединений удивительного качества в волне горения используется так называемый самораспространяющийся высокотемпературный синтез или как СВС. Этот метод получил наиболее большое применение в области производства порошков тугоплавких соединений. При синтезе таких соединений, как например нитридов и гибридов тугоплавких металлов, используется принцип фильтрационного горения. Измельченные частички металла помещают в место соответствующего окислителя(водород, азот) и представляют процесс горения. Если существует разница в плотностях каких-то реагентов необходимо условие- сжигание порошка под действием непрерывного подвода окислителя в место реакции. Сжигание металлов в окислительной среде, так же может быть и без принудительного продува. В процессе ФГ происходит натуральным образом, вследствие образующегося перепада давления между зоной горения и внешней средой. Роль некого «насоса» выполняет фронт реакции, поглощающая окислитель, обеспечивающего подвод реагента газообразного. В зависимости от некоторых представленных условий, при естественной фильтрации могут происходить режимы встречного и спутного горения. В соответствии с выполнением роли СВС- процесса, а именно получение продукта реакции требуемого состава, основная цель исследования является установление связи между параметрами проведения процесса и глубиной превращения исходного вещества, которое достигается во фронте горения. При нормальной, встречной фильтрации так же, как и в случае продува, в зависимости от сочетания кинетических, фильтрационных и теплофизических характеристик среды могут иметь место режимы полного и неполного сгорания самого металла. Разбавление металла тепловым балластом, например продуктом реакции, является наиболее эффективным средством повышения полноты сгорания.
Естественная фильтрация или нормальная фильтрация наиболее ярко выражена при спутном горении. В ходе саморегулирования потребления газа во фронте реакции, могут исключаться эффекты инверсии температурного фронта и закалки полупродуктов, имеющие место в случае вынужденной фильтрации. Процесс регенерации тепла сохраняется и при естественной фильтрации, но самая максимальная температура в области горения может быть как выше, так и ниже адиабатической температуры сгорания металла. Если ниже, то имеет место быть, плохой проницаемости продуктов реакции.
Прохождение СВС-процессов в условиях естественной фильтрации окислителя, накладывает серьезные условия на чистоту газообразного реагента. Малейшее количество инертной примеси (порядка 1%) может привести к переходу в медленный макродиффузионный режим горения, что в условиях теплопотерь равно срыву горения газа. Подавление фильтрационного горения газофазным инертом, заключается в накоплении примеси в зоне реакции (куда она проходит вместе с окислителем) и выравнивании перепада давления между фронтом и внешней средой.
Фильтрационное сжигание СВС-систем можно проводить и с использованием схемы принудительного продува (которая сложнее в организации, однако обладает рядом выгодных преимуществ).
1. Отсутствие жесткого контроля за чистотой окислителя
2. Возможность оперативного управления процессом синтеза за счет изменения расхода и состава газа
3. Осуществление СВС-процессов в низкокалорийных и чрезмерно калорийных системах с использованием эффектов регенерации и инверсии
4. Рафинирование исходного порошка в инверсных волнах горения
5. Регулирование химического и фазового состава синтезируемого вещества газовым потоком
Гетерогенно-каталитическое превращение вещества, фильтрующегося через слой зернистого катализатора, при заданных условиях может протекать в режиме горения. Предположение к этому является способность реакции к сильному термическому ускорению и весомо большая протяженность реактора. Научный интерес к волновым режимам каталитических превращений значим в процессе поиска оптимальных схем переработки сырья в каталитических реакторах вытеснения, которые зачастую связаны с периодическим внешним воздействием на процесс, порождающим бегущие волны реакции.
Фильтрационное горение газов (ФГГ). Сжигание горючей газовой смеси в инертной пористой среде может оказаться перспективным методом решения многих прикладных задач в энергетике (создание нового типа форсированных топочных устройств), технологии (сушка, обжиг, спекание), пожаровзрывобезопасности ( разработка огнепреградителей). Наряду с практическим интересом ФГГ привлекает внимание исследователей и в связи с чисто научными аспектами этого физического явления.
При математическом описании процесса фильтрационного горения газа следует учитывать гомогенную реакцию и связанное с ней выделение энергии.
Под ФГГ будем понимать процессы распространение зоны газовой экзотермической реакции в инертной пористой среде при фильтрационном подводе газообразных реагентов к зоне химического превращения [1]. Эти процессы представляют новый малоизученный вид гетерогенного горения, имеющий научное и практическое значение. Они являются гетерогенными не по типу химической реакции, а вследствие активного участия двух фаз- твердой пористой среды и реагирующего газа, в механизме распространения волн горения. Наличие двух, а в ряде случаев и трех фаз предопределяет многопараметричность процессов, разнообразие межфазовых
взаимодействий, проявление фильтрационных и других эффектов гетерогенности. В результате в этих системах реализуется многочисленные стационарные и нестационарные тепловые режимы горения, разнообразные условия протекания химического превращения, волны горения с необычной структурой, свойствами и механизмами распространения. Богатая физика горения сочетается с относительно простой формой тепловыделения- гомогенной газовой реакцией, идущей в химически пассивном твердом каркасе. Яркие явления, специфические свойства, закономерности и особенности, присущие фильтрационному горению газов позволяют
классифицировать его как самостоятельный вид гетерогенного горения. Вместе с тем некоторые его особенности характерны для остальных видов горения-ФГ конденсированных сред, тепловых волн в слое катализатора, внутрипластового горения, в которых фильтрационные потоки веществ играют главную роль. Эти обстоятельства, главным образом, позволяют объединить предметные области в общую проблему-ФГ. А, именно благодаря специфике своей, фильтрационное горение открывает возможности установления комплексных связей между разными видами ФГ, рассматривая их как некоторые случаи более общих волновых процессов с параллельно-последовательными газофазными и гетерофазными
химическими реакциями.
Важную роль при ФГГ играют последовательные элементарные процессы: передача тепла от продуктов сгорания в твердый каркас, конвективная теплопередача по каркасу в зону подогрева и конвективная передача тела от каркаса к свежему газу. В связи с этим, чем выше значения коэффициентов внутреннего теплообмена и теплопроводности каркаса, тем более высокую концентрацию энергии следует ожидать в зоне химической реакции и, соответственно, более высокую скорость горения.
Принципиальная схема процесса ФГ представлена как, 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 непрореагировавшие слои вещества, инициируя в них собственное тепловыделение, в результате чего осуществляется самоподдерживающийся процесс распространения волны в реакции. 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 фильтрационный поток возникает естественным образом вследствие потребления либо выделения газа в зоне реакции. Как при естественной, так и при вынужденной фильтрации распространение волны реакции может происходить в направлении потока газа (спутное горение, прямоток) и навстречу ему (встречное горение, противоток).
Процесс фильтрационного горения газа возможно воспроизвести в пористых каркасах с разной внутренней структурой пор, пористостью и разными физическими объяснениями, например такими как, плотность теплопроводность, теплоемкость. Размер предметов структурных относящихся к пористой среде также возможно будет изменяться в широком диапазоне от миллиметров, как в высокотемпературной металлокерамике, до микрон, как в керамических тонковолокнистых пористых материалах. Все качества материалов предполагаются в видах фильтрационного горения газов в виде исследования структур зависимостей основных параметров, таких как пористость, параметр теплообмена, средняя теплопроводность пористого тела и др. 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.
В простейшем, но достаточно общей постановке, охватывающей большее число реальных процессов, математическая модель ФГ учитывает гетерогенное взаимодействие конденсированного горючего с активным компонентом газового потока (окислителем).
Теория стационарного распространения волн ФГ применительно к процессам выгорания горючего компонента в пористой среде при продуве газа, содержащего окислитель. Подобные объекты ФГ не только широко распространены на практике, но и наиболее интересны в научном отношении, так как концентрируют все особенности, присуще ФГ.
Волновое горение один из распространенных режимов химических реакций в среде с избытком энтальпии. Волна ФГ может распространяться навстречу фильтрующемуся потоку газа ( встречное горение) либо вслед ему ( спутное горение). Встречное горение осуществляется при поджигании пористого слоя на выходе фильтрационного потока. В ФГ может наблюдаться устойчивость стационарных волн и нестационарные эффекты. Стационарное распространение волн горения осуществляется лишь в том случае, если фронт реакции устойчив относительно малых возмущений. Важное место в процессах волнового горения принадлежит режимам с накоплением тепловой энергии типичным примером которых может служить горение слоя твердого кускового топлива при фильтрации газообразного окислителя, когда направление движения фронта горения совпадает с направлением газового потока. В системе координат, связанной с фронтом горения (зоной экзотермического превращения), данный процесс можно рассматривать как взаимодействие встречных потоков газовой и конденсированной фаз, проходящих через зону химических реакций и преобразующихся в этой зоне с изменением состава и физико-химических свойств. Наличие области высокой температуры с интенсивными процессами межфазного тепло) и массообмена при противотоке фаз может приводить к формированию зонной структуры. В каждой зоне протекают физико¬химические процессы, соответствующие условиям (температура, свойства среды, концентрации реагентов и пр.). Пространственное разделение зон обеспечивает локализацию тех или иных веществ в определенных зонах с учетом их физико-химических свойств.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В настоящее время достаточно хорошо изучены стационарные волны фильтрационного горения газа. Установлены стационарные режимы горения, изучены механизмы распространения волн горения в разных режимах. Установлены параметрические зависимости скорости горения, температуры газовой и конденсированной фаз, рассмотрена природа пределов горения, разработаны математические модели волн фильтрационного горения. В статье [4] рассмотрено нестационарное фильтрационное горение газа в инертном пористом слое с учетом распределения давления газа в порах. В ходе работы было экспериментально доказано и теоретически исследовано фильтрационное горение газа в инертном пористом слое конечного размера в зависимости от расхода, межфазного теплообмена и толщины пористого слоя. Определены условия стабилизации фронта горения в слое и его характеристики. Обнаружен автоколебательный режим горения газа, вызванный снижением градиента температуры в конденсированной фазе с уменьшением расхода. Задача решалась численно с использованием неявной схемы с конечными разностями против потока на разнесенной разностной сетке. Аппроксимационная сходимость проверялась в ходе расчетов на последовательности сгущающихся сеток. В работе [3,10] о двухтемпературной модели горения газа в модельном горелочном устройстве цилиндрической формы, предложена и численно проанализирована двухтемпературная модель горения газа в пористом теле цилиндрического теплогенератора. Подробно исследовано влияние параметров модели на характеристики стационарных режимов горения газа при варьировании условий теплообмена пористой горелки с теплообменником. На основе сформулированной модели выявлены закономерности, качественно согласующиеся с известными представлениями, что увеличение внешнего радиуса горелки и скорости подачи газа приводит к смещению зоны реакции к внешней поверхности горелки и падению скорости горения для любого набора теплофизических параметров. Задача решалась с помощью численного метода прогонки.
Подробное описание процесса горения в некоторых отдельных порах необходимо использование дискретных моделей, такие модели основываются на геометрической структуре некоторого пористого предмета. Моделировать эти явления оказывается невероятно трудной постановкой, основанной на сложной пространственной структуре пористого тела, области потока и огромного размещения в характерном времени процесса. Для это следует использовать некоторые подходы, для которых трудный пространственный состав пористого тела приближается структурами с постоянными порами или структурами, которые состоят из некоторых элементов. Для примера можно привести работу [11] где пористая среда моделировалась цилиндрическими элементами, случайно находящимися между двумя теплопроводящими пластинками, в работе [12] пористый каркас аппроксимировался системой прямоугольных каналов.
Фильтрационное горение имеет довольно большое распространенние явлений и процессов, в настоящее время этот процесс, находится на пути активного развития. Изучение тонкостей и особенностей процесса ФГ газа происходит за счет построения сложных математических моделей и потом экспериментальная проверка их на практике. Начиная с 80 -х годов
20 века, были созданы модели математические фильтрационного горения газа. Большинство ученых отдают свое предпочтение описанию ФГ в режиме низких скоростей. В таком режиме есть возможность получения высоких температур сверхадиабатических. Волна фильтрационного горения газа, обращена в сторону потока газовой смеси. В начале двадцатого века по горению газовых смесей проводились опыты ФГГ на поверхностях различных твердых тел, называемого «поверхностного» горения. Были созданы различные нагревательные устройства, но физическая понятность в этом процессе отсутствовала, поэтому исследование по поверхностному горению свелись к изучению каталитического горения и каталитических свойств поверхностей различных веществ. Гомогенно-каталитическое превращение вещества [6,9], фильтрующего через слой зернистого катализатора, при определенных условиях может протекать в режиме горения. Предпосылкой к этому является способность реакции к сильному термическому автоускорению и достаточно большая (значительно превосходящая масштаб теплового фронта волны) протяженность реактора. Практический интерес к волновым режимам каталитических превращений обусловлен поиском оптимальных схем переработки сырья в каталитических реакторах вытеснения, которые зачастую связаны с периодическим внешним воздействием на процесс, порождающим бегущие волны реакции. В работе по построению математической модели, исследовано влияние параметров математической модели на характеристики стационарных режимов горения газа, при этом изменялись условия теплообмена горелки с теплообменником. Результаты показали, что в результате увеличения внешнего радиуса и скорости подачи газа зона реакции смещается к внешней поверхности горелки и падает скорость горения для любого набора теплофизических параметров. Увеличение скорости подачи газа приводит к уменьшению температуры каркаса и теплового потока, при постоянстве коэффициентов внутреннего и внешнего теплообмена.
Цель работы: Исследование стационарных режимов фильтрационного горения в инертном пористом образце в зависимости параметров пористой структуры и фильтрационного течения газовой смеси.
В данной работе рассматриваются процессы горения в газовой горелке. Приводятся численные исследования тепломассопереноса, наблюдаются процессы горения в зависимости от изменения главных параметров задачи. Тема посвящена фильтрационному горению газа протекающая в инертной пористой среде, отличительной чертой которого является гетерогенная газовая реакция. Одна из главных особенностей фильтрационного горения газа - это большое число определяющих параметров, включая параметры пористой среды, которые могут быть использованы для управления процессами горения газов в определенных ресурсах и технологиях. Появились новые примеры практического использования процессов ФГ- самораспространяющийся высокотемпературный синтез неорганических материалов, каталитическое превращение в реакторах вытеснения с неподвижным слоем катализатора, фильтрационное сжигание газов.
Наблюдается возрастающий интерес к тем областям исследований, которые позволяют создавать энергосберегающие и экологически целесообразные технологии утилизации и переработки промышленных отходов. Это обусловлено тем, что основной задачей сегодняшнего развития становится рациональное использование ресурсов, так как природные запасы истощаются, а уровень техногенного загрязнения давно превысил все допустимые нормы.
Актуальность. Явление распространения фронта горения в пористых средах при фильтрации газа все более и более привлекает внимание научных деятелей. В наши дни, тема фильтрационного горения газа, является актуальным вопросом, так как на принципах фильтрационного горения основаны многие традиционные и новые промышленные процессы. Для эффективного управления процессами сжигания низкокалорийных топлив, получения химических продуктов, процессами, происходящими в пористых каркасах. Процесс распространения тепловых волн обусловлен многими факторами и прежде всего важными в практическом отношении задачами, например: осуществление реакции гетерогенного катализа в оптимальных искусственно создаваемых нестационарных условиях;
самораспространяющийся высокотемпературный синтез; внутрипластовое горение, создаваемое с целью увеличения добычи нефти; металлургические процессы, происходящие, например, в доменных печах, при обжиге и агломерации руд; гомогенное горение в дисперсных системах в условиях относительно высокой удельной поверхности пористой среды; выжигание продуктом конденсации, полимеризации или коксообразования в химических реакторах, в частности, каталитических. Указанные приоритеты задач ясно иллюстрируют объект исследования и его отличия от классического объекта- тепловой волны(фронта) в гомогенной системе: гетерогенность,
обусловленная наличием твердой фазы с существенно отличающейся от газовой тепловой емкостью; отсутствие подобия механизмов переноса тепла и вещества; низкая скорость движения тепловых волн относительно скорости фильтрации.
В естественных условиях фильтрационное горение происходит в форме подземных и лесных пожаров, горения торфяников и тд. Современные теплогенераторы, технологии, методы пожаро-взрывозащиты, основанные на привлечении закономерностей фильтрационного горения. К ФГ предъявляются повышенные требования, необходимые для сохранения экологической среды обитания, утилизации отходов, энергосбережения, максимального выхода целевых продуктов, увеличение уровня пожаро-взрывобезопасности промышленных объектов.
Практическая ценность. В современной технологии, имеющей тенденцию к увеличению процессов путем создания экстремальных условий их проведения, ФГ занимает достойное место. Объединяя на основе единых физических закономерностях разнородные по назначению и внешнему оформлению процессы, теории ФГ способствует взаимному обогащению их практической организации. Для волн фильтрационного горения газа с большими абсолютными значениями временно-пространственных масштабов теоретический анализ, по существу, является единственным способом научного подхода улучшению процессов вследствие практической невозможности их лабораторного моделирования.
Проведенная работа не охватывает всех граней теории фильтрационного горения. Вне границ рассмотрения остались такие вопросы, как инициирование волн реакции, объемное реагирование пористых систем, поверхностные режимы распространения фронта горения; по существу, не рассмотрены очень интересные в научном плане нестационарные явления при фильтрационном горении, так называемое конвективное горение взрывчатых веществ. Математическая модель процесса допускает значительное обобщение, направленное на описание всей совокупности процессов, сопровождающих распространению волн ФГ. Для начала тут следует обратиться к более точному решению внешней газодинамической задачи с учетом кинетики высокотемпературных структурных превращений в пористой среде. При численных расчетах необходимо учитывать реальную кинетику и виртуальную многостадийность химического взаимодействия компонентов. А также сложных характер межфазного тепломассообмена в высокотемпературных пористых системах. Можно выразить уверенность в том, что, несмотря на определенные трудности, теория фильтрационного горения будет непрерывно развиваться, ибо такова потребность практики, активно интересующейся горение пористых систем.
Волны ФГГ обладают рядом ценных свойств. Благодаря этому и широкому использованию пористых сред в промышленности, ФГГ весьма перспективно при решении многих задач энергетики, химической и строительной технологий, экологии и т.д. Регулируемость скорости химической реакции дает возможность управлять временем и производительностью химических процессов, выходом полезных (или вредных) продуктов. Регулируемость равновесных температур горения открывает новые пути утилизации промышленных отходов, сжигание низкокалорийных газов, создания форсированных теплогенераторов. Возможность регулировки подвода химической энергии, к зоне реакции, помогает реализовать процессы ФГГ, в разных по материалу и структуре пористых сред, позволяет создать энергосберегающие технологии термической обработки материала. Основополагающим методом анализа стало математическое моделирование того или иного конкретного процесса, и эта ориентация, взятая в свое время зарубежными исследователями, доминирует и по сей день. Наибольшее количество работ по моделированию ФГ выполнено применительно к внутрипластовому горению нефтенасыщенных пород. ВГ относится к так называемым вторичным методам воздействия на пласты, направленным на извлечение остаточной нефти, не поддающейся обычными способами.
Основной эффект заключается в повышении температуры и уменьшении вязкости вытесняемой нефти. Существуют методы реализации этого процесса- например: прямоточное (спутное) горение. При прямоточном (спутном) горении зажигание осуществляется у нагнетательной скважины. После создания очага непрерывное нагнетание воздуха обеспечивает продвижение как фронта реакции, так и фронта вытеснения нефти по направлению от нагнетательной скважины к эксплуатационной.
При распространении фронта ВГ осуществляется ряд последовательных реакций, из которых сгорание является заключительной стадией в цепи термохимических превращений нефти. По мере нагрева частиц нефтепесчаной смеси происходит удаление влаги и начинается выход легких фракций нефти, а затем образование газов вследствие крекинга и пиролиза. После выхода летучих фракций на поверхности песчинок остается небольшое количество кокса, который и служит топливом для ВГ. При сухом горении продвижения нефти по слою происходит в основном под действием напора нагнетаемого воздуха, смешанного с газами горения. В экспериментальных условиях в зависимости от сорта нефти извлечь 50-80% ее исходного содержания.
Математический анализ ВГ представляет значительные трудности. Физическая модель ВГ должна присваивать три составляющие процесса:
1. Распространение волны, регенерируемой фронтом реакции,
2. Неизотермическое вытеснение нефти фильтрующимся агентом,
3. Образование в результате термохимических превращений нефти коксовых остатков, которые и служат топливом для очага горения.
Распространению зоны реакции в нефтяном пласте сопутствуют не менее сложные и взаимосвязанные с горением процессы вытеснения нефти и формирования остаточного топлива. Именно с этим осложняющим обстоятельством следует связывать тот факт, что большой материал, накопленный при моделировании внутрипластового горения, мало способствовал развитию физических представлений о самом процессе ФГ.
Значительно больший прогресс был достигнут в результате изучения агломерация руд, где процесс ФГ выступает в более чистом виде. Металлургическое производство использует природную руду в виде так называемых агломератов. Мелкие (часто пылевидные) частицы рудного концентрата и различных добавок, входящих в состав металлургической шихты, подвергают термической обработке с целью окусковывания для улучшения химического состава и структуры. Эта задача легко может решиться на агломерационных машинах ленточного типа, представляющих собой непрерывную цепь спекательных тележек с решетчатым дном. В тележку нагружается мелкая сырая шихта слоем 0,25-0,40 м, по объему которой равномерно распределено небольшое количество ( ~ 5%) топлива в виде измельченного кокса. В верхнем слое производят поджигание. Через спекаемый слой (сверху вниз) осуществляется непрерывная фильтрация воздуха (и ~ 1 мс) . Зона горения перемещается по слою сверху вниз со скоростью u ~5*10-4мс [1].
Продвижение высокотемпературной волны через слой обеспечивает последовательную термическую обработку дисперсного материала. Газы, отходящие от зоны горения, подсушивают и нагревают нижележащие слои шихты, из которой удаляются вода, углекислый газ, сера, мышьяк и другие вредные примеси. Во фронте горения при температурах 1200-1500°С шихта частично плавится. После прохождения волны горения образуется спек агломерата, который подвергают дроблению до идеальных размеров кусков шихты. Сосредоточение теплоты сгорания в узкой зоне, обеспечивает высокие экономические показатели процесса.
Продвижение волны горения в слое агломерируемой шихты в первом приближении может быть описано в рамках простейшей модели ФГ. Для определения параметров волны горения можно воспользоваться результатами теории ФГ. Физико-химические свойства агломерата рассчитываются по известному температурному режиму обработки материала из кинетических уравнений спекания и дегазации.
Значительная часть нефтехимического производства связана с переработкой сырья в реакторах с зернистым слоем катализатора. В процессе работы аппаратов, вследствие закоксованности зерен происходит постепенное «отравление». Процесс регенерации используют для восстановления активности, который представляет собой, выжигание углеродистых отложений при продуве воздухом. Самый важный этап гетерогенного- каталитического процесса-это окислительная регенерация. Основными параметрами регенерации, являются время процесса, которое определяется скоростью продвижения фронта реакции и допустимый прогрев в слое катализатора.
Для получения ценных неорганических соединений удивительного качества в волне горения используется так называемый самораспространяющийся высокотемпературный синтез или как СВС. Этот метод получил наиболее большое применение в области производства порошков тугоплавких соединений. При синтезе таких соединений, как например нитридов и гибридов тугоплавких металлов, используется принцип фильтрационного горения. Измельченные частички металла помещают в место соответствующего окислителя(водород, азот) и представляют процесс горения. Если существует разница в плотностях каких-то реагентов необходимо условие- сжигание порошка под действием непрерывного подвода окислителя в место реакции. Сжигание металлов в окислительной среде, так же может быть и без принудительного продува. В процессе ФГ происходит натуральным образом, вследствие образующегося перепада давления между зоной горения и внешней средой. Роль некого «насоса» выполняет фронт реакции, поглощающая окислитель, обеспечивающего подвод реагента газообразного. В зависимости от некоторых представленных условий, при естественной фильтрации могут происходить режимы встречного и спутного горения. В соответствии с выполнением роли СВС- процесса, а именно получение продукта реакции требуемого состава, основная цель исследования является установление связи между параметрами проведения процесса и глубиной превращения исходного вещества, которое достигается во фронте горения. При нормальной, встречной фильтрации так же, как и в случае продува, в зависимости от сочетания кинетических, фильтрационных и теплофизических характеристик среды могут иметь место режимы полного и неполного сгорания самого металла. Разбавление металла тепловым балластом, например продуктом реакции, является наиболее эффективным средством повышения полноты сгорания.
Естественная фильтрация или нормальная фильтрация наиболее ярко выражена при спутном горении. В ходе саморегулирования потребления газа во фронте реакции, могут исключаться эффекты инверсии температурного фронта и закалки полупродуктов, имеющие место в случае вынужденной фильтрации. Процесс регенерации тепла сохраняется и при естественной фильтрации, но самая максимальная температура в области горения может быть как выше, так и ниже адиабатической температуры сгорания металла. Если ниже, то имеет место быть, плохой проницаемости продуктов реакции.
Прохождение СВС-процессов в условиях естественной фильтрации окислителя, накладывает серьезные условия на чистоту газообразного реагента. Малейшее количество инертной примеси (порядка 1%) может привести к переходу в медленный макродиффузионный режим горения, что в условиях теплопотерь равно срыву горения газа. Подавление фильтрационного горения газофазным инертом, заключается в накоплении примеси в зоне реакции (куда она проходит вместе с окислителем) и выравнивании перепада давления между фронтом и внешней средой.
Фильтрационное сжигание СВС-систем можно проводить и с использованием схемы принудительного продува (которая сложнее в организации, однако обладает рядом выгодных преимуществ).
1. Отсутствие жесткого контроля за чистотой окислителя
2. Возможность оперативного управления процессом синтеза за счет изменения расхода и состава газа
3. Осуществление СВС-процессов в низкокалорийных и чрезмерно калорийных системах с использованием эффектов регенерации и инверсии
4. Рафинирование исходного порошка в инверсных волнах горения
5. Регулирование химического и фазового состава синтезируемого вещества газовым потоком
Гетерогенно-каталитическое превращение вещества, фильтрующегося через слой зернистого катализатора, при заданных условиях может протекать в режиме горения. Предположение к этому является способность реакции к сильному термическому ускорению и весомо большая протяженность реактора. Научный интерес к волновым режимам каталитических превращений значим в процессе поиска оптимальных схем переработки сырья в каталитических реакторах вытеснения, которые зачастую связаны с периодическим внешним воздействием на процесс, порождающим бегущие волны реакции.
Фильтрационное горение газов (ФГГ). Сжигание горючей газовой смеси в инертной пористой среде может оказаться перспективным методом решения многих прикладных задач в энергетике (создание нового типа форсированных топочных устройств), технологии (сушка, обжиг, спекание), пожаровзрывобезопасности ( разработка огнепреградителей). Наряду с практическим интересом ФГГ привлекает внимание исследователей и в связи с чисто научными аспектами этого физического явления.
При математическом описании процесса фильтрационного горения газа следует учитывать гомогенную реакцию и связанное с ней выделение энергии.
Под ФГГ будем понимать процессы распространение зоны газовой экзотермической реакции в инертной пористой среде при фильтрационном подводе газообразных реагентов к зоне химического превращения [1]. Эти процессы представляют новый малоизученный вид гетерогенного горения, имеющий научное и практическое значение. Они являются гетерогенными не по типу химической реакции, а вследствие активного участия двух фаз- твердой пористой среды и реагирующего газа, в механизме распространения волн горения. Наличие двух, а в ряде случаев и трех фаз предопределяет многопараметричность процессов, разнообразие межфазовых
взаимодействий, проявление фильтрационных и других эффектов гетерогенности. В результате в этих системах реализуется многочисленные стационарные и нестационарные тепловые режимы горения, разнообразные условия протекания химического превращения, волны горения с необычной структурой, свойствами и механизмами распространения. Богатая физика горения сочетается с относительно простой формой тепловыделения- гомогенной газовой реакцией, идущей в химически пассивном твердом каркасе. Яркие явления, специфические свойства, закономерности и особенности, присущие фильтрационному горению газов позволяют
классифицировать его как самостоятельный вид гетерогенного горения. Вместе с тем некоторые его особенности характерны для остальных видов горения-ФГ конденсированных сред, тепловых волн в слое катализатора, внутрипластового горения, в которых фильтрационные потоки веществ играют главную роль. Эти обстоятельства, главным образом, позволяют объединить предметные области в общую проблему-ФГ. А, именно благодаря специфике своей, фильтрационное горение открывает возможности установления комплексных связей между разными видами ФГ, рассматривая их как некоторые случаи более общих волновых процессов с параллельно-последовательными газофазными и гетерофазными
химическими реакциями.
Важную роль при ФГГ играют последовательные элементарные процессы: передача тепла от продуктов сгорания в твердый каркас, конвективная теплопередача по каркасу в зону подогрева и конвективная передача тела от каркаса к свежему газу. В связи с этим, чем выше значения коэффициентов внутреннего теплообмена и теплопроводности каркаса, тем более высокую концентрацию энергии следует ожидать в зоне химической реакции и, соответственно, более высокую скорость горения.
Принципиальная схема процесса ФГ представлена как, 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 непрореагировавшие слои вещества, инициируя в них собственное тепловыделение, в результате чего осуществляется самоподдерживающийся процесс распространения волны в реакции. 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 фильтрационный поток возникает естественным образом вследствие потребления либо выделения газа в зоне реакции. Как при естественной, так и при вынужденной фильтрации распространение волны реакции может происходить в направлении потока газа (спутное горение, прямоток) и навстречу ему (встречное горение, противоток).
Процесс фильтрационного горения газа возможно воспроизвести в пористых каркасах с разной внутренней структурой пор, пористостью и разными физическими объяснениями, например такими как, плотность теплопроводность, теплоемкость. Размер предметов структурных относящихся к пористой среде также возможно будет изменяться в широком диапазоне от миллиметров, как в высокотемпературной металлокерамике, до микрон, как в керамических тонковолокнистых пористых материалах. Все качества материалов предполагаются в видах фильтрационного горения газов в виде исследования структур зависимостей основных параметров, таких как пористость, параметр теплообмена, средняя теплопроводность пористого тела и др. 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.
В простейшем, но достаточно общей постановке, охватывающей большее число реальных процессов, математическая модель ФГ учитывает гетерогенное взаимодействие конденсированного горючего с активным компонентом газового потока (окислителем).
Теория стационарного распространения волн ФГ применительно к процессам выгорания горючего компонента в пористой среде при продуве газа, содержащего окислитель. Подобные объекты ФГ не только широко распространены на практике, но и наиболее интересны в научном отношении, так как концентрируют все особенности, присуще ФГ.
Волновое горение один из распространенных режимов химических реакций в среде с избытком энтальпии. Волна ФГ может распространяться навстречу фильтрующемуся потоку газа ( встречное горение) либо вслед ему ( спутное горение). Встречное горение осуществляется при поджигании пористого слоя на выходе фильтрационного потока. В ФГ может наблюдаться устойчивость стационарных волн и нестационарные эффекты. Стационарное распространение волн горения осуществляется лишь в том случае, если фронт реакции устойчив относительно малых возмущений. Важное место в процессах волнового горения принадлежит режимам с накоплением тепловой энергии типичным примером которых может служить горение слоя твердого кускового топлива при фильтрации газообразного окислителя, когда направление движения фронта горения совпадает с направлением газового потока. В системе координат, связанной с фронтом горения (зоной экзотермического превращения), данный процесс можно рассматривать как взаимодействие встречных потоков газовой и конденсированной фаз, проходящих через зону химических реакций и преобразующихся в этой зоне с изменением состава и физико-химических свойств. Наличие области высокой температуры с интенсивными процессами межфазного тепло) и массообмена при противотоке фаз может приводить к формированию зонной структуры. В каждой зоне протекают физико¬химические процессы, соответствующие условиям (температура, свойства среды, концентрации реагентов и пр.). Пространственное разделение зон обеспечивает локализацию тех или иных веществ в определенных зонах с учетом их физико-химических свойств.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В настоящее время достаточно хорошо изучены стационарные волны фильтрационного горения газа. Установлены стационарные режимы горения, изучены механизмы распространения волн горения в разных режимах. Установлены параметрические зависимости скорости горения, температуры газовой и конденсированной фаз, рассмотрена природа пределов горения, разработаны математические модели волн фильтрационного горения. В статье [4] рассмотрено нестационарное фильтрационное горение газа в инертном пористом слое с учетом распределения давления газа в порах. В ходе работы было экспериментально доказано и теоретически исследовано фильтрационное горение газа в инертном пористом слое конечного размера в зависимости от расхода, межфазного теплообмена и толщины пористого слоя. Определены условия стабилизации фронта горения в слое и его характеристики. Обнаружен автоколебательный режим горения газа, вызванный снижением градиента температуры в конденсированной фазе с уменьшением расхода. Задача решалась численно с использованием неявной схемы с конечными разностями против потока на разнесенной разностной сетке. Аппроксимационная сходимость проверялась в ходе расчетов на последовательности сгущающихся сеток. В работе [3,10] о двухтемпературной модели горения газа в модельном горелочном устройстве цилиндрической формы, предложена и численно проанализирована двухтемпературная модель горения газа в пористом теле цилиндрического теплогенератора. Подробно исследовано влияние параметров модели на характеристики стационарных режимов горения газа при варьировании условий теплообмена пористой горелки с теплообменником. На основе сформулированной модели выявлены закономерности, качественно согласующиеся с известными представлениями, что увеличение внешнего радиуса горелки и скорости подачи газа приводит к смещению зоны реакции к внешней поверхности горелки и падению скорости горения для любого набора теплофизических параметров. Задача решалась с помощью численного метода прогонки.
Подробное описание процесса горения в некоторых отдельных порах необходимо использование дискретных моделей, такие модели основываются на геометрической структуре некоторого пористого предмета. Моделировать эти явления оказывается невероятно трудной постановкой, основанной на сложной пространственной структуре пористого тела, области потока и огромного размещения в характерном времени процесса. Для это следует использовать некоторые подходы, для которых трудный пространственный состав пористого тела приближается структурами с постоянными порами или структурами, которые состоят из некоторых элементов. Для примера можно привести работу [11] где пористая среда моделировалась цилиндрическими элементами, случайно находящимися между двумя теплопроводящими пластинками, в работе [12] пористый каркас аппроксимировался системой прямоугольных каналов.
Фильтрационное горение имеет довольно большое распространенние явлений и процессов, в настоящее время этот процесс, находится на пути активного развития. Изучение тонкостей и особенностей процесса ФГ газа происходит за счет построения сложных математических моделей и потом экспериментальная проверка их на практике. Начиная с 80 -х годов
20 века, были созданы модели математические фильтрационного горения газа. Большинство ученых отдают свое предпочтение описанию ФГ в режиме низких скоростей. В таком режиме есть возможность получения высоких температур сверхадиабатических. Волна фильтрационного горения газа, обращена в сторону потока газовой смеси. В начале двадцатого века по горению газовых смесей проводились опыты ФГГ на поверхностях различных твердых тел, называемого «поверхностного» горения. Были созданы различные нагревательные устройства, но физическая понятность в этом процессе отсутствовала, поэтому исследование по поверхностному горению свелись к изучению каталитического горения и каталитических свойств поверхностей различных веществ. Гомогенно-каталитическое превращение вещества [6,9], фильтрующего через слой зернистого катализатора, при определенных условиях может протекать в режиме горения. Предпосылкой к этому является способность реакции к сильному термическому автоускорению и достаточно большая (значительно превосходящая масштаб теплового фронта волны) протяженность реактора. Практический интерес к волновым режимам каталитических превращений обусловлен поиском оптимальных схем переработки сырья в каталитических реакторах вытеснения, которые зачастую связаны с периодическим внешним воздействием на процесс, порождающим бегущие волны реакции. В работе по построению математической модели, исследовано влияние параметров математической модели на характеристики стационарных режимов горения газа, при этом изменялись условия теплообмена горелки с теплообменником. Результаты показали, что в результате увеличения внешнего радиуса и скорости подачи газа зона реакции смещается к внешней поверхности горелки и падает скорость горения для любого набора теплофизических параметров. Увеличение скорости подачи газа приводит к уменьшению температуры каркаса и теплового потока, при постоянстве коэффициентов внутреннего и внешнего теплообмена.
Цель работы: Исследование стационарных режимов фильтрационного горения в инертном пористом образце в зависимости параметров пористой структуры и фильтрационного течения газовой смеси.
Выполнено математическое моделирование фильтрационного горения двухкомпонентной газовой смеси в инертном однородном и неоднородном пористом слое при зажигании газа на выходе из пористого слоя. Рассчитаны стационарные режимы горения в зависимости от параметров задачи: числа Пекле, пористости, коэффициента избытка окислителя. Стационарный режим горения характеризуется установлением распределений всех расчетных величин с течением времени. С увеличением скорости подачи газа фронт горения смещается навстречу газовому потоку. Рассчитаны значения максимальной температуры (температуры горения) в зависимости от пористости и коэффициента окислителя. Показано, что фильтрационное горения газа в неоднородном пористом слое происходит в центральной части образца в широком диапазоне изменения значений расхода газа.