Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 1996 номер 6

Рассмотрены результаты применения тепловизионной методики исследования изменения поля яркостной температуры низовых лесных пожаров в лабораторных условиях. Анализируются динамика некоторых характеристик (скорости движения фронта горения, размеров пламени, полной энергии и др.) и изменения поля яркостной температуры, обсуждается методика установления соответствия между термодинамическими и яркостными температурами.

Рассматриваются явления потухания для различных дисперсных систем. В качестве объектов исследования берутся одиночные частицы и газовзвеси частиц бора. Из анализа на устойчивость стационарных тепловых режимов реагирующей гетерогенной системы для случая двух параллельных химических реакций на ее реакционной поверхности методом Франк-Каменецкого получены условия потухания в кислородсодержащих средах. Построены зависимости размера потухания частиц от температуры окружающей среды, концентрации окислителя, давления, а для газовзвесей – еще и от коэффициента избытка окислителя. Приближенные аналитические решения позволили показать, что наиболее активно процессом потухания можно управлять, варьируя температуру горения: ее уменьшение приводит к росту размера потухания частиц и снижению полноты сгорания горючего. Показано, что при низких температурах среды размер потухания частиц взвесей больше, чем для одиночных частиц. Причина эффекта – снижение концентрации окислителя при горении взвеси. При высоких температурах среды роль этого эффекта ослабевает.

Проведены исследования влияния геометрических размеров на горение газовых смесей в закрытых сосудах с препятствиями. Показана возможность раздельного учета эффектов ускорения горения за счет взаимодействия пламени с препятствиями и за счет автотурбулизации пламени. Обнаружено, что степень ускорения горения за счет автотурбулизации является универсальной функцией объема сосуда и физико-химических характеристик газовой смеси и контролируется числами Фруда и Льюиса. Показана возможность масштабного моделирования взаимодействия пламени с препятствиями.

На основе уравнения баланса совместной плотности распределения вероятности температуры, радиуса частицы бора и толщины оксидной пленки на ее поверхности разработана модель распространения турбулентного пламени в боровоздушной смеси с учетом кинетического и диффузионного механизмов реагирования компонентов, полидисперсного распределения частиц по размеру, а также кондуктивного и радиационного теплообменов между свежей аэровзвесъю и продуктами сгорания. Исследовано влияние начальных значений радиуса частиц, их массовой концентрации и коэффициента турбулентной диффузии на скорость распространения пламени, а также на пульсации температуры, радиуса частиц, толщины оксидной пленки, и показано изменение коэффициентов корреляции указанных параметров в процессе воспламенения и горения аэровзвеси. Расчетами установлено наличие качественных и количественных различий в распространении пламени в моно- и полидисперсных системах, касающихся скорости и макроструктуры фронта пламени, теплового и скоростного состояний аэровзвеси, а также ее пульсационных и корреляционных характеристик.

Предложена нестационарная математическая модель каталитического окисления сероводорода в неподвижном слое с образованием конденсированной серы. Получены аналитические решения модели. Показано существование стационарного фронта окисления сероводорода. Приведены оценки скорости движения фронта, времени его установления, влияния активности катализатора на формирование фронта. Проведено сравнение аналитических решений с экспериментальными данными.

Построена и исследована математическая модель каталитической реакции окисления СО на сферическом платиновом катализаторе с учетом влияния внешней диффузии, позволяющая объяснить происхождение эффектов бифуркации и осцилляции стационарной скорости реакции. Модель построена на основе четырехстадийного каталитического механизма Элей–Ридли. В противоположность случаю, когда внешнедиффузионным торможением пренебрегают и существует только один вид фазовой плоскости катализатора, в статье, благодаря учету влияния внешней диффузии, найдены два дополнительных режима работы катализатора. Именно они позволяют объяснить происхождение эффектов бифуркации и осцилляции стационарной скорости реакции, под которой авторы понимают скорость реакции при стационарном состоянии поверхности. В случае, когда поверхностные концентрации адсорбированных реагентов или свободных каталитических участков изменяются в процессе реакции, режим работы катализатора назван нестационарным. Определена скорость реакции во время процесса выхода катализатора в стационарное состояние для всех возможных режимов работы катализатора. На основе анализа полученных результатов сформулированы практические рекомендации для увеличения скорости реакции. Дано объяснение эффекту гистерезиса скорости реакции.

Изучены процессы горения смесей порошков металлов Ti и Zr в азоте (10–70 атм) с последующим сжиганием полученных α-сплавов в водороде и горения порошков Ti–Zr в смеси N₂ и H₂. Выявлены оптимальные условия получения однофазных азотсодержащих сплавов и однофазных гидридонитридов с высокой концентрацией водорода. Исследовано влияние второго металла (Zr) на закономерности процессов горения, на повышение растворимости водорода в α-сплавах и термостабильностъ полученных гидридонитридов. Выявлена гомогенизирующая роль водорода в процессах горения.

Новый экспериментальный метод исследования процесса распространения волны безгазового горения с использованием высокоскоростной микровидеозаписи, компьютерной регистрации и обработки видеоизображений позволил определить условия существования микрогетерогенного режима горения. Распространение волны горения по образцам пористостью более 45–50 % протекает хаотическими скачками. В течение периода задержки между этими скачками происходит прогрев следующего слоя (или элементарной ячейки). При этом размер зоны прогрева соизмерим с размером частиц 100 мкм). При увеличении плотности образцов процесс описывается классическими зависимостями распространения гомогенной волны горения. В этом случае размеры зоны прогрева и зоны реакции много больше размера частиц.

В рамках математической модели изучается процесс структурообразования в конденсированных продуктах высокотемпературного синтеза. Анализируется механизм образования анизотропных свойств продуктов, определяемых направлением распространения фронта. Исследования проведены для стационарного и динамических режимов распространения фронта.

Экспериментально исследована граница устойчивого горения пороховых зарядов различной длины в модельной камере сгорания ракетного двигателя. Определено значение критической аппаратурной константы, при которой наблюдается погасание пороха. Для длинных зарядов обнаружены режимы горения, при которых давление в камере может быть существенно ниже уровня, соответствующего стационарному режиму горения. Обсуждены причины возникновения подобных режимов горения.

Проведено расчетно-теоретпическое описание результатов эксперимента по переходу горения во взрыв для прессованного тэна низкой пористости. Приведена методика численных расчетов. На основе результатов расчетов и их сравнения с результатами эксперимента предложена двустадийная схема развития процесса, предполагающая возможность выхода на детонацию при сохранении линейной зависимости скорости горения от давления, присущей большинству взрывчатых веществ. Сделан ряд выводов относительно каждой стадии. Получено качественное согласие результатов одномерных расчетов с результатами эксперимента.

Проведены расчетные и экспериментальные исследования состава продуктов сгорания взрывчатых веществ и их смесей. Показано, что при сгорании взрывчатых смесей образуются токсичные вещества, содержание которых на порядок и более превышает предельно допустимые концентрации в рабочих зонах.

На основании выполненных измерений электрической проводимости продуктов детонации смесей гексогена с алюминием сделано заключение, что горение металла начинается сразу за фронтом детонационной волны и продолжается более 10 мкс. Для алюминизир о ванных взрывчатых веществ зона повышенной проводимости соответствует области высоких температур, обусловленных реакцией металла с продуктами детонации взрывчатых веществ.

Дан анализ электромагнитных процессов в сжимаемом ударной волной проводнике, помещенном во внешнее магнитное поле. Движение ударной волны приводит к возникновению двух противоположно направленных токов, протекающих соответственно перед фронтом ударной волны в области несжатого вещества и вблизи задней границы проводника. Диффузия и конвективный перенос токов в проводящем веществе создают наблюдаемую электромагнитную картину. При вхождении ударной волны в проводник абсолютная величина токов растет, стремясь в случае большой толщины образца к константе, определяемой условием «вмораживания» магнитного поля в вещество. В этом случае электромагнитная картина характеризуется двумя пространственно разделенными токовыми волнами: стационарной, движущейся по несжатому веществу с фазовой скоростью, и нестационарной волной диффузии, стартующей с задней границы проводника. Запись напряжения с одной из поверхностей образца может быть использована для нахождения параметров вещества в сжатом состоянии.

В рамках дискретной модели пены с учетом пульсаций пузырей исследуется задача взаимодействия воли давления с неоднородным газожидкостным экраном пенной структуры, расположенным вблизи твердой стенки. Результаты расчетов сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными.

Рассматривается влияние отдачи канала на динамику метания массивного пробойника нестационарным двухфазным (порошок – газ) потоком. Представлены результаты математического моделирования и экспериментальные данные, позволяющие оценить влияние отдачи канала на скорость метаемого пробойника у его среза в зависимости от начального давления порового газа и геометрических параметров пробойника.