Особенности процессов тепло- и массообмена и кинетики химических реакций при горении полиметилметакрилата в условиях свободной конвекции в воздухе

Процессы тепло- и массообмена, а также скорость окисления топлива являются определяющими параметрами при горении предварительно не перемешанных газовых потоков топлива и окислителя, а также горения конденсированных топлив в газообразном окислителе. Корректное описание этих процессов представляет как научный, так и практический интерес. Методом численного моделирования изучено влияние кинетики химических реакций и диффузии молекул топлива на тепловую и химическую структуру пламени, формирующегося вокруг сферы из полиметилметакрилата (ПММА) в условиях естественной конвекции в воздушной среде. Расчет трехмерного течения газа вокруг твердого тела проводился на основе системы полных уравнений Навье–Стокса для многокомпонентной смеси с учетом диффузии и теплообмена между поверхностью и газом, конвекции, радиационного теплообмена. Кинетическая модель представляет собой сопряженные реакции как на поверхности конденсированного материала, так и в газовой фазе. На поверхности образование газообразного топлива метилметакрилата (ММА) описывается одностадийной эффективной реакцией пиролиза ПММА. Окисление ММА в газовой фазе описывается глобальной реакцией C$_5$H$_8$O$_2$ + 6O$_2$ $\to$ 5CO$_2$ + 4H$_2$O. Установлено, что профили температуры и концентрации компонентов пламени практически не зависят от константы скорости этой реакции при условии, что характерное время реакции гораздо меньше характерного времени диффузии MMA. Показано, что варьирование коэффициента диффузии ММА заметно влияет на тепловую и химическую структуру пламени. Повышение коэффициента диффузии ММА приводит к росту максимальной температуры пламени. Полученные результаты показали, что транспортные свойства соединений, необходимые для расчета их коэффициентов переноса, являются одними из важнейших параметров для точного CFD-моделирования.