Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2001 номер 3

Построен укороченный кинетический механизм с учетом различных граничных условий и значительного разброса данных по константам скоростей элементарных стадий. Выделены кинетические схемы, с различной степенью точности описывающие химическую структуру пламен. Максимально усеченный механизм состоит из 83 стадий и 29 компонентов. Тепловые потоки, а также профили температуры и основных (по массе) компонентов, рассчитанные по полному и укороченному (редуцированному) механизмам, хорошо согласуются между собой.

Рассматривается вопрос о двумерной устойчивости точного решения уравнения Сивашинского, описывающего эволюцию искривленной поверхности пламени в гидродинамическом приближении. Показано, что одномерное полюсное решение этого уравнения, описывающее локальный минимум поверхности, устойчиво относительно малых двумерных возмущений. Задача рассматривалась в предположении о малости возмущений вдали от локального минимума поверхности. Устойчивые одномерные полюсные решения могут быть использованы в качестве тестовых примеров при численном моделировании поверхности гидродинамически неустойчивого пламени, а также могут применяться для построения аналитических двумерных решений уравнения Сивашинского.

Математическая модель искрового зажигания газовзвеси строится на основе двухтемпературной теплодиффузионной модели горения газовзвесей, лучистый теплоперенос моделируется в диффузионном приближении. Путем численного решения задачи получены зависимости минимальной энергии зажигания от параметров, характеризующих дисперсную фазу; определена область параметров дисперсной фазы, где лучистый теплоперенос существенно влияет на минимальную энергию искрового зажигания. Полученная аналитическая формула для определения критической энергии искрового зажигания газовзвеси, учитывающая лучистый теплоперенос в газовзвеси, дает значения, отличающиеся от результатов численного решения не более чем на 30% в широком диапазоне определяющих параметров задачи. Теоретически полученные значения минимальной энергии искрового зажигания газовзвеси угольной пыли удовлетворительно согласуются с данными экспериментов.

Разработана математическая модель процессов воспламенения и горения в двигательной установке порошков алюминия и перхлората аммония, учитывающая их полидисперсное распределение, отличие скоростей, температур газовой и дисперсной фаз. Исследовано влияние давления, соотношения компонентов и дисперсности частиц алюминия на структуру газодисперсного пламени, основные характеристики горения газовзвеси и полноту сгорания топлива.

Развиты представления о локальных искривлениях фронта горения — “шероховатостях”, вызванных проникновением расплава в зону прогрева. На основании оценок характерных времен и масштабов отдельных стадий выявлены различные режимы горения и их взаимосвязь со структурными параметрами исходной смеси.

На основе анализа экспериментальных данных, полученных в следе за телом из алюминия с магнием, показано, что изменение концентрации электронов вдоль оси следа за моделью из сплава АМГ-6 при скоростях 2 6 км/с определяется сложной системой реакций с участием возбужденных состояний атомов, двойной и тройной рекомбинацией электронов и перезарядкой ионов. Сформулирована основная система реакций. Показано, что доминирующим процессом, определяющим распределение электронной концентрации, является диссоциативная рекомбинация O₂⁺ + e O + O. Из решения обратной задачи двумя численными методами найдено значение константы скорости этой реакции, удовлетворительно согласующееся с данными других авторов.

Показано, что цилиндрические образцы железа и углеродистой стали диаметром 1,5 и 3 мм воспламеняются в кислороде в момент потери оксидной пленкой защитных свойств, предположительно в результате плавления ее основного компонента – оксида железа FeO – при температуре 1644 K. Значение температуры воспламенения не зависит от давления кислорода (в диапазоне 0,2 20 МПа). Воспламенению предшествует значительный ( 100 K) саморазогрев образца за счет тепла реакции окисления металла. Воспламенение фольги из углеродистой стали в кислороде (0,14 0,6 МПа) происходит по механизму Семенова – Франк-Каменецкого при начальной температуре поверхности не меньше 1233 K.

Экспериментально исследовано распространение фронта фильтрационно-диффузионного горения в глубь засыпки порошка титана в среде азота. Определена зависимость глубины распространения горения от высоты засыпки порошка титана и давления газообразного азота, выявлено влияние дегазирующих примесей на предел и некоторые особенности горения. Предложена модель процесса, на основе которой получена формула для оценки глубины выгорания засыпки.

На примере решения задачи о воспламенении газовзвеси частиц бора в смеси кислорода и водяного пара иллюстрируется возможность смягчения условий воспламенения твердого горючего, имеющего на поверхности труднопроницаемое для окислителя оксидное покрытие. Снижение температуры воспламенения такого горючего достигается за счет активного газообразного реагента, способного вступить в химическую реакцию с оксидной пленкой и преобразовать ее в продукты, не обладающие блокирующими свойствами. Расчет показал, что если удаление пленки B₂O₃, мешающей воспламенению частиц, происходит только в результате ее испарения, то температуры воспламенения частиц высоки. Газификация оксида водяным паром существенно ускоряет удаление пленки, что приводит к снижению температур воспламенения по сравнению с сухой средой. Эксперимент подтвердил справедливость расчета. Эффект проявляется тем сильнее, чем выше реакционная поверхность реагирующей системы. Из анализа стационарных решений системы уравнений на устойчивость к малым возмущениям получено критическое условие воспламенения газовзвеси частиц. Показано, что существует оптимальное соотношение окисляющих компонентов, при котором реализуется минимальная температура воспламенения взвеси.

На основе экспериментальных исследований определены кинетические параметры высокотемпературного пиролиза сланца. Рассмотрена простая математическая модель, позволяющая рассчитать динамику процесса термической деструкции твердого топлива и найти характерное время процесса. Приведен пример конструктивного выполнения реактора-пиролизера барабанного типа.

Предложена математическая модель и проведено численное исследование горения осесимметричных гранул топлива в условиях обдува. Исследовано влияние параметров набегающего потока (скорости, давления и температуры), а также размеров и геометрии поверхности на скорость горения гранул. Представлены физические картины течения около горящих гранул топлива.

Рассмотрена неакустическая (низкочастотная) неустойчивость горения твердого топлива в реактивном двигателе. Предложена модель нестационарного горения в двигателях с канальными зарядами. Модель учитывает изменение распределения температуры в продуктах горения при изменении давления газа (Махе-эффект). Нестационарная скорость газовыделения и температура продуктов горения определяются на основе феноменологического подхода Зельдовича с учетом изменения температуры поверхности топлива (модель Новожилова) и температуры пламени (модель Гостинцева и Суханова). Определена зависимость границы области устойчивости РДТТ от длины канала заряда и предсоплового объема камеры двигателя. Показано, что Махе-эффект приводит к значительному (1,5 2 раза) сужению области параметров устойчивого горения в РДТТ. Установлено, что РДТТ с канальным зарядом имеет более узкую область устойчивости по параметру Зельдовича k, чем РДТТ с торцевым зарядом, при одинаковых объемах камер сгорания. Для канальных зарядов положение границы устойчивости зависит, главным образом, от объема предсопловой части камеры сгорания.

C целью изучения характера взаимовлияния реакции в твердой фазе и механических процессов при зажигании кристаллов взрывчатых веществ в работе предложена физико-математическая модель процесса зажигания, основанная на модели анизотропной среды с повреждениями. В случае гексагонального кристалла модель сводится к связной одномерной модели зажигания с более широкой областью изменения параметров, чем это было в модели зажигания изотропного вещества. Например, коэффициент связности полей деформации и температуры теперь может принимать отрицательные значения. Приведены примеры численного решения задачи о зажигании в различных частных случаях.

В рамках теории критического диаметра детонации Дремина – Трофимова исследованы кинетика и механизм химических реакций в детонационной волне растворов нитрогликоля, этиленгликольдинитрата и уксусного ангидрида в азотной кислоте. Расчет параметров состояния вещества в ударной и детонационной волнах проводился с помощью пакета программ SGKR. Показано, что разложение смесей органических веществ с азотной кислотой в детонационной волне является сложной реакцией, включающей несколько стадий. Рассмотрены различные кинетические модели, рассчитаны эффективные значения кинетических параметров для каждой стадии и всего процесса в целом.

Определена работоспособность смесей аммонита 6ЖВ с различными добавками и смесей аммиачной селитры с алюминием различного состава. С использованием полученных результатов и известных литературных данных получена формула для расчета относительной работоспособности промышленных взрывчатых веществ, содержащая два параметра – теплоту взрыва и объем продуктов взрыва. Установлено, что работоспособность смесей селитры с алюминием (при мощном инициировании, вызывающем в смесях пересжатый режим детонации) превышает работоспособность эталонного взрывчатого вещества (аммонита 6ЖВ) при содержании алюминия 10 40%, при этом максимум работоспособности наблюдается для смеси, содержащей 30% алюминия. Результаты эксперимента и расчета по предложенной формуле удовлетворительно согласуются между собой.

Исследована структура кумулятивной струи, образующейся при высокоскоростном косом соударении плоских металлических пластин. Показано, что в условиях проведенных экспериментов при симметричном косом соударении (обе пластины метаются под углом навстречу друг другу) образуется компактная кумулятивная струя; при несимметричном косом соударении (метаемая пластина под углом соударяется с неподвижной) образуется диспергированная кумулятивная струя. Исключение составляют металлы, обладающие высокой динамической прочностью (уран, тантал). В режиме нагружения, когда скорость перемещения точки контакта меньше скорости звука,