Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 1997 номер 5

В работе применена теория фракталов для описания структуры гетерогенных конденсированных систем (ГКС) и проведено исследование особенностей протекания процессов энерговыделения в зависимости от параметров исходной структуры. Изучена микроструктура ГКС и динамика ее изменения как функция соотношения и свойств компонентов. Показано, что частицы компонентов образуют фрактальные структуры, характеризующиеся нецелой размерностью. Получены изображения микроструктуры, отражающие наличие геометрического фазового перехода фрактальный кластер – перколяционный кластер. Определены закономерности распространения фронта реакции. Получено, что концентрационные пределы энерговыделения и горения связаны с эволюцией фрактальных структур и формированием (разрушением) непрерывной поверхности реакции. Измерена электропроводность исходных композиций как индикатор образования фрактальных структур той или иной конфигурации. Проанализирован комплекс электро- и теплофизических свойств образцов, а также параметры процессов энерговыделения (горения). Системы в различных процессах обнаруживают подобное поведение. Вблизи критической точки зависимость изучаемых параметров от концентрации носит степенной характер. Величина показателя степени близка к определяемой теорией перколяции. Разработан и реализован алгоритм расчета поверхности контакта компонентов. Результаты расчетов позволяют выделить «базовый блок», влияющий на скорость горения, а также определить критические концентрации компонентов. Изучение ГКС с позиций нового направления в геометрии неупорядоченных систем – теории фракталов – является перспективным для «свертки» накопленного литературного экспериментального материала и для прогнозирования параметров энерговыделения ГКС при изменении параметров структуры.

Изучены закономерности и механизм горения системы NiO—А1 под давлением газа. Показано, что давление подавляет разброс исходной смеси и позволяет получать конечные продукты горения в литом виде. Определены химический состав, пределы горения и область получения литых интерметаллидов по соотношению реагентов.

Инертная добавка, газифицируясъ в волне самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, образует вместе с жидкими компонентами (реагентами или продуктами реакции) пену. Изучена структура такой волны. Рассмотрена газификация в зоне реакции и в зоне прогрева. В последнем случае волна подвержена своеобразной неустойчивости.

Предлагается двумерная математическая модель фильтрационного горения слоя шихты в СВС-реакторе, в которой учитывается изменение температуры и давления газа в реакторе в ходе синтеза. Для кинетического режима горения построено приближенное аналитическое решение, которое удовлетворительно согласуется с результатами численного расчета. Показано, что прогрев газа в объеме реактора может приводить к ускорению распространения фронта реакции, а момент достижения максимального давления в реакторе (по которому на практике судят об окончании синтеза) может не совпадать с окончанием горения.

Про веден термодинамический расчет адиабатических температур горения и равновесного состава продуктов в системе BCl₃ mdash; TiCl₄ — Na при атмосферном давлении и значениях температуры 300 ÷ 3000 К. Максимальная температура горения равна 1872 К. Определены условия получения целевых тугоплавких продуктов Ti, TiB, TiB₂ и В. Полученные результаты позволяют выбирать условия синтеза улътрадисперсных порошков тугоплавких соединений и покрытий на их основе с использованием процессов горения.

Обнаружено, что начальная температура самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе титан —никель понижается после обработки в высокоэнергетических аппаратах смешения, например аттриторах. Снижение начальной температуры обусловлено образованием конгломератов из порошков титана и никеля, прочно связанных по межфазной поверхности, и наклепа порошков. Оптимизирована технология получения сплавов на основе никелида титана для медицины и техники.

Проведен качественный и численный анализ простейшей модели медленных тепловых волн, распространяющихся в неподвижном слое катализатора при протекании обратимой реакции первого порядка. Показано, что существует однопараметрическое семейство автоволновых решений, удовлетворяющих граничным условиям задачи. Из континуума решений может быть выбрано единственное физически разумное, представляющее собой медленную тепловую волну. Исследованы условия существования медленных тепловых волн, изучено влияние параметров модели на скорость их распространения.

Рассмотрена задача, описывающая процесс распространения плоской волны полимеризации в бесконечном массиве, в предположении, что зависимость скорости реакции от температуры задается функцией типа ехр Θ– 1. Определены условия возможности существования установившегося режима. Обнаружено специфическое явление: при непрерывном законе тепловыделения выражение для минимально возможной скорости распространения волны дается двумя различными аналитическими зависимостями, переходящими друг в друга непрерывным образом при некотором критическом значении безразмерной адиабатической температуры. Получено приближенное аналитическое выражение для температурного профиля волны.

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование характеристик нестационарного тепло- и массообмена углепластика на основе фенольного связующего в потоке инертного газа. Изучено влияние плотности коксового остатка, темпа нагрева и способов учета изменения теплофизических характеристик материала на температурные поля и величины термохимического разрушения. Показано, что при возрастании конвективных тепловых потоков и температуры торможения газа необходимо учитывать зависимость теплофизических характеристик материала от темпа нагрева. Предложен способ этого учета.

С единой точки зрения рассмотрен комплекс вопросов по возбуждению с помощью быстр о летящего тела (БЛТ) режимов детонационного горения газовой смеси. Базой рассмотрения служит энергетический критерий инициирования детонации с помощью БЛТ. Изложены результаты экспериментальных исследований, подтвердившие применимость критерия в широком диапазоне диаметров (5÷250 мм) и скоростей БЛТ (800÷3500 м/с), а также составов взрывчатых смесей (от активных топливно-кислородных до труднодетонируемых топливно-воздушных). Классифицированы режимы взаимодействия БЛТ и взрывчатой смеси. Для БЛТ с плоским носиком обнаружен неизвестный ранее эффект струйного формирования детонационной волны из баллистической (при скоростях движения, меньших детонационных).

Экспериментально определены кинетика и скорость разложения гексогена в твердой фазе под действием вибрации как функции параметров вибровоздействия и начальной температуры вещества. Проведено исследование изменений макро- и микроструктуры кристаллов с использованием рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа и микроскопии. С помощью ИК-спектроскопии изучено изменение химического состава после вибрации. Сделаны выводы о существенных отличиях механизма и кинетики распада гексогена при вибрации от термораспада, что обусловлено механохимической активацией потенциальных активных центров в местах образования и размножения дислокационных дефектов, усталостным механизмом образования трещин при циклических нагрузках и появлением очагов разогрева при разрушении частиц.

На основе анализа взаимосвязи типа кристаллической структуры ионных соединений с электронным строением ионов дана качественная интерпретация инициирующего эффекта полиморфного превращения, протекающего в этом классе веществ в условиях изотермического сжатия.

Приведены результаты экспериментального изучения скорости детонации в переходной зоне пассивного взрывчатого вещества цилиндрического заряда, состоящего из двух различных взрывчатых веществ. Получена эмпирическая зависимость длины переходной зоны от соотношения стационарных скоростей детонации активного и пассивного взрывчатых веществ в составном заряде.

Проведено ударно-волновое нагружение гексагонального нитрида бора динамическим давлением 10,84-16 ГПа в диапазоне начальных температур 20÷500° в плоских ампулах сохранения, позволяющих выдерживать остаточные давления ∼1 ГПа. Для создания плоской ударной волны использовалась газовая пушка. Приложение остаточного давления при воздействии ударной волны интенсивностью 16 ГПа привело к увеличению в 4–5 раз выхода вюрцитного нитрида бора, что объясняется на основании предположения об образовании вюрцита из аморфной фазы в высокотемпературных зонах адиабатического сдвига в остаточном режиме.

В рамках модели пористой упругопластической среды, матрица которой при деформировании испытывает полиморфные фазовые превращения, численно исследовано влияние полиморфного фазового превращения на структуру волн напряжений и на разрушение стальных шаров при обжатии их сферически сходящимися ударными волнами. Проведено сравнение результатов расчета с имеющимися в литературе экспериментальными данными.

Приведены результаты изучения процесса возбуждения взрыва самовоспламеняющихся жидких взрывчатых смесей окислителя с горючим, а также условия, в которых он возникает, и границы составов, в которых реализуется процесс. Найдено, что жидкие взрывчатые смеси взрываются при контакте с щелочными металлами и их сплавами. Определены границы взрывчатости составов, инициируемых щелочными металлами, минимальная порция инициатора и эффективность возбуждения взрывного процесса при новом методе инициирования.