Математическое моделирование горения одиночной алюминиевой частицы (обзор)

Представлена двумерная нестационарная численная модель горения алюминиевой частицы, учитывающая процессы диффузии, испарения и кинетики химических реакций. Модель основана на решении уравнений сохранения с учетом образования и расходования компонентов. Кинетический механизм включает 15 реакций. Две основные особенности процесса горения частицы алюминия, отличающие его от процесса горения углеводородной капли: образование конденсированного оксида алюминия и последующее частичное осаждение его на частице – рассматриваются в соответствующих субмоделях. В модели учитываются искажения полей концентраций и температур вокруг частицы, обусловленные наличием оксидного колпачка. Проведено сравнение результатов расчетов по модели, в том числе двумерных профилей температуры и концентрации компонентов, с экспериментальными данными. Для рассматриваемых окислителей (O$_2$, CO$_2$ и H$_2$O) и условий процесс горения приближенно соответствует диффузионно контролируемому.
Показано, что толщина и местоположение зоны пламени меняются в зависимости от природы окислителя. По модельным расчетам величина показателя степени при диаметре в выражении для времени горения не постоянна и меняется от $\approx$1.2 для малых диаметров частиц до $\approx$1.9 для больших диаметров. Скорость частицы колеблется вследствие осаждения оксида алюминия на поверхности частицы. Для некоторых окислителей проанализировано влияние давления.