Химические взаимодействия в самолетах с окисляющимся компонентом и химически реагирующим агентом могут или произвести слабую реакцию, вызывающую медленное окисление в реактивном компоненте, или развиваться быстро и спровоцировать теплового беглеца, который приводит к быстрому повышению температуры, которое спонтанно вызывает сгорание. Самовоспламенение следует, когда это самовоспламенение приводит к видимому пламени.
В работе, опубликованной ранее на этой неделе в СИАМСКОМ Журнале на Прикладной Математике, Питер В. Гордон, Удей Г. Хегд и Майкл К. Хикс представляют математическую модель для самовоспламенения в бесплатных круглых бурных самолетах.Математика самовоспламенения в реактивных материалах относится ко времени 1920-х и 30-х, особенно к ранней работе Николая Семенова, Дэвида Фрэнка-Каменетския и Якова Борисовича Зельдовича.
Их исследование установило математическую теорию сгорания, названную теорией теплового взрыва, и последующие исследования, как правило, были основаны на своих результатах. Одна общая правда характерно объединяет все тепловые исследования взрыва: до самовоспламенения движущие силы реактивных систем довольно прямые.
В результате ученые могут упростить систему уравнений, управляющих эволюцией реактивных систем, чтобы создать и исследовать модели самовоспламенения в мельчайших подробностях.Гордон и др. использует недавние экспериментальные достижения в исследовании гидротермального огня, чтобы проанализировать самовоспламенение в бесплатных самолетах. Сначала наблюдаемый приблизительно 30 лет назад, гидротермальный огонь возникает в водной (водной) окружающей среде при условиях выше термодинамической критической точки воды. Они – ключевой компонент появляющейся «зеленой» технологии очистки воды, названной сверхкритическим водным окислением (SCWO), и происходят спонтанно во время SCWO через самовоспламенение. «Основное преимущество этой технологии состоит в том, что она позволяет почти прекрасные обменные курсы органически загрязненных потоков отходов, не производя вредные промежуточные разновидности», сказал Хикс. «Присутствие гидротермального огня в устройствах SCWO часто желательно, так как оно позволяет в течение существенно уменьшенного времени реакции – с секунд к миллисекундам – таким образом, существенно усиление темпов разложения».
Экспериментальные исследования гидротермального огня, как правило, связали закрытое судно сгорания с входным отверстием инъекции. Авторы получают элементарную модель самовоспламенения для полностью разработанного, круглого бурного реактивного самолета.
Самолет сформирован через инъекцию топлива и окислителя в судно, которое содержит чистую воду в сверхкритическом государстве в покое. Введенный поток создает круглый самолет, который является любой пластинчатым (гладкий с параллельным потоком) или бурный (неправильный). Когда условия правильные, самолет автозагорается в осевом направлении ниже пункта инъекции.
Чтобы эффективно иллюстрировать самовоспламенение, Гордон и др. делает определенные предположения о форме самолета и полных условиях. «Ключевые экспериментальные те, что мы используем в нашей теории, – то, что форма самолета, а также скорость и области концентрации разновидностей в самолете до самовоспламенения, может быть рассмотрена как априорная предписанный», сказал Гордон. «Определенно, в первом приближении, главная область самолета принимает форму конического frustum (конус с резкой отрезанной вершиной). Кроме того, скорость в главной части самолета – в перпендикуляре направления к самолету – незначительна по сравнению с одним в направлении инъекции.
Последний радиально симметричен и обратно пропорционален расстоянию от пункта инъекции, и то же самое относится к областям концентрации реактивных и окисляющихся компонентов в самолете».Используя экспериментальные наблюдения и вышеупомянутые предположения, авторы отделяют гидродинамические и реактивные компоненты модели.
Это решительно упрощает самовоспламенение, уменьшая его до одного отличительного уравнения. «Проблема уменьшает до анализа единственного уравнения, которое описывает эволюцию температурной области в самолете, который мы можем проанализировать использование общих рамок теории Фрэнка-Каменетския теплового взрыва», сказал Гордон. «Это приводит к острой характеристике события самовоспламенения с точки зрения основных физико-химических и геометрических параметров».Гордон и др. модель – копия их предыдущей модели самовоспламенения для пластинчатых самолетов co-потока и показывает некоторые ценные истины о самовоспламенении. «Результаты анализа модели позволяют нам коррелировать определенные ценности основных физико-химических и геометрических параметров проблемы со случаем самовоспламенения или отсутствие этого», сказал Хегд. «Это, в свою очередь, позволяет определять параметрические режимы, где самовоспламенение происходит, и поэтому может использоваться в руководстве экспериментальных исследований гидротермального огня».Заключения авторов будут служить экспериментальным исследованиям ученых, исследующих отношение между гидротермальным огнем и самовоспламенением. «Эта работа применима в дизайне реакторов SCWO следующего поколения, которые будут полагаться на непосредственное воспламенение и последующий контроль гидротермального огня, чтобы поддержать температуры и кинетику реакции процессов SCWO в приложениях реального мира, как ненужное исправление и водное восстановление», сказал Хикс.
Такое исследование выясняется в Научно-исследовательском центре Гленна НАСА, в Кливленде, Огайо.«Мы в настоящее время проводим лабораторные эксперименты с гидротермальным огнем в органически загрязненной окружающей среде, чтобы проверить образцовые предсказания», сказал Хегд. «Качественно, мы уже видели хорошее соглашение с предсказанными тенденциями модели.
Количественные сравнения более сложны из-за технических трудностей делания точных измерений на месте в окружающей среде SCWO и являются предметом продолжающейся и будущей работы».