Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2001 номер 5

Представлена одномерная нестационарная модель распространения двух фронтов пламени предварительно перемешанной смеси газов в узких плоских каналах с учетом теплового взаимодействия пламен через разделяющую стенку. Рассмотрен случай, когда потоки газа в каналах противоположно направлены и равны по величине. Показано, что обмен теплом через теплопроводящую стенку, разделяющую плоские каналы, ведет к появлению ряда характерных особенностей. Рассматриваемая схема фильтрационного горения газов может быть названа схемой горения со встречной фильтрацией и является новой разновидностью систем с избытком энтальпии. Показано, что даже при наличии теплопотерь через внешние стенки системы температура на фронте волн горения может превышать адиабатическую температуру свободного плоского пламени с тем же составом горючей смеси. Из решения задачи получены зависимости скорости волн горения от расстояния между ними, и исследовано динамическое поведение волн горения. Найдена область параметров задачи, при которых возможна автостабилизация волн горения.

Представлены результаты экспериментального изучения критических условий цепно-теплового взрыва водородовоздушных и метановоздушных смесей. На основе учета особенностей химических механизмов окисления водорода и метана с единых позиций нелинейной теории неизотермических цепных процессов объяснены наблюдаемые закономерности и, в том числе, различия критических условий воспламенения и взрыва этих горючих веществ. Приведены примеры закономерностей процессов горения в области атмосферного давления, принципиально не описываемых без учета определяющей роли конкуренции разветвления и обрыва реакционных цепей. Показано, что пренебрежение изменениями тепловых эффектов реакций в зависимости от температуры при решении уравнений, используемых для описания процессов горения, может приводить к большим погрешностям.

Определены концентрационные пределы взрываемости смесей и условия флегматизации смесей гелием и перфторпропаном. Для большинства смесей измерены максимальное давление взрыва и максимальная скорость роста давления при взрыве. Добавление серного ангидрида к тетрафторэтилену заметно снижает минимальную энергию зажигания по сравнению с чистым тетрафторэтиленом, но слабо влияет на максимальное давление взрыва и скорость роста давления при взрыве. Установлено, что взрывоопасны чистые пары тетрафторэтансультона, но наиболее опасны его смеси с серным ангидридом.

Исследован процесс стабилизации пламени порошкообразного металлического горючего в камере сгорания с внезапным расширением. Получены экспериментальные данные о влиянии основных факторов на границы устойчивого горения в турбулентном потоке алюминиево-воздушной смеси.

Для базовой модели теории теплового взрыва – модели Зельдовича – Семенова, описывающей динамику экзотермической реакции с произвольной кинетикой в проточном реакторе идеального смешения, реализована процедура параметрического анализа. Специально выделены случаи реакции первого порядка, n-го порядка, окисления и реакции с произвольной кинетикой. Построены параметрические зависимости стационарных состояний от безразмерных параметров, кривые кратности и нейтральности стационарных состояний, параметрические и фазовые портреты системы. Выделены области множественности стационарных состояний и автоколебаний, а также область технологически безопасных режимов.

В диапазоне давлений 104105 Па на основе оптико-спектральных измерений и численного моделирования исследован механизм теплообмена субмикронных частиц MgO в зоне горения в процессе их роста. Показано, что на ранней стадии роста частиц теплообмен обусловлен исключительно столкновениями с молекулами газа с коэффициентом аккомодации энергии 0,01 0,02. В процессе роста частиц и с понижением давления роль излучения возрастает, и в конечном итоге излучение становится ведущим механизмом теплообмена.

Для конвективного режима фильтрационного горения энергетических материалов в спутном потоке собственных продуктов рассмотрена модель с предельно упрощенными представлениями о кинетике и теплопередаче, показавшая неустойчивость процесса. Показано, что более точная “двухтемпературная” модель описывает стационарный режим. В этом режиме температура газа на ”горячей” границе зоны прогрева существенно меньше температуры горения, а температура твердой фазы существенно ниже предложенной в последних исследованиях на эту тему. Отмечена фактическая необоснованность “двухтемпературного” подхода и необходимость учета внутригранульной неизотермичности для конвективных режимов. Показано, что учитывающая этот эффект “трехтемпературная” модель не дает устойчивого стационарного решения.

Решается задача о выгорании конструктивных форм, обеспечивающих высокую прогрессивность газоприхода. Рассмотрены цилиндрические, грибообразные и торообразные конфигурации. Решения получены или в виде квадратур, или в элементарных функциях. Показано, что во всех рассмотренных случаях не только первая производная от поверхности горения как функции величины сгоревшего свода, но и вторая положительны. Рост поверхности горения в зависимости от величины сгоревшего свода во всех случаях нелинейный и может быть более интенсивным, чем квадратичная парабола (спиралеобразные цилиндрические и грибообразные).

Установлено, что при обдуве элементов ЛГМ инертным потоком со скоростью, превышающей некоторые значения, происходит срыв пламени. Теоретически это объясняется охлаждением газа в зоне горения. Показано, что расчетные значения температуры горения согласуются с экспериментальными данными. Впервые рассмотрен вопрос о влиянии колебаний элементов ЛГМ на прекращение газофазного горения.

Определены детонационные и физико-химические характеристики некоторых марок артиллерийских порохов. Получены зависимости критического диаметра и скорости детонации семиканальных пироксилиновых порохов от диаметра порохового элемента. Исследован механизм распространения детонации по заряду при различном расположении пороховых элементов относительно друг друга и фронта детонационной волны.

В известной постановке опыта: активный заряд – преграда – заряд исследуемого ВВ – определены критические давления ударных волн, инициирующих детонацию зарядов баллиститных порохов. В качестве активных ВВ использовались заряды тротила разной плотности, в качестве преграды – медные пластины толщиной 5 мм. Построена зависимость давления ударной волны, воздействующей на порох, от плотности тротила, по которой легко определяли значение критического давления, зная только плотность активного заряда. Установлено, что по чувствительности к ударной волне баллиститные пороха близки к жидким ВВ; для них критическое давление составляет 6,0 9,0 ГПа при диаметре заряда 40 мм и уменьшается с увеличением диаметра. На примере пороха НДТ-2 показано, что использование пороховых изделий в заводской упаковке в линейных зарядах может приводить к отказу в передаче детонации от одного заряда пороха к другому.

Приведены результаты экспериментов по инициированию и развитию детонации в цилиндрических зарядах пористого взрывчатого вещества продуктами пересжатой детонации газовой смеси (C₂H₂ + 2,5O₂). Исследовались заряды взрывчатого вещества с насыпной плотностью около 1 г/см³ в непрочных оболочках. Для зарядов тэна и гексогена определено критическое начальное давление газовой смеси, при котором еще происходит инициирование детонации, приведены также давления, непосредственно воздействующие на заряд. Для тэна впервые проведены измерения критического начального давления и задержки инициирования для зарядов с частицами различного диаметра. Полученная зависимость характеризует аномальное свойство пористых зарядов: существует оптимальный размер частиц, при котором наблюдается максимум чувствительности взрывчатого вещества. Приведены фоторазвертки самосвечения при характерных режимах инициирования. С использованием электромагнитной методики получены профили массовой скорости в волне инициирования на разной глубине заряда.

Приведены результаты рентгенографических исследований процесса образования газовой высокоскоростной струи в плоских П-образных зарядах небольшого удлинения. Показано, что в воздушной полости в результате столкновения потоков продуктов взрыва формируется ударно-сжатая область. После окончания детонации заряда из этой области вытекает струя со скоростью, превышающей скорость детонации. Струя обладает кумулятивным эффектом, максимум которого наблюдается в случае квадратной формы воздушной полости.

В работе предложен и реализован новый метод дистанционного исследования детонационных и ударно-волновых процессов с помощью синхротронного излучения. Приведено описание установки, на которой выполнены первые эксперименты по измерению плотности и малоуглового рентгеновского рассеяния при детонации конденсированных взрывчатых веществ. Высокое временное и пространственное разрешение предлагаемых методик позволяет определять характер и механизм деструкции конденсированной фазы, а также динамику роста новых, в том числе и кристаллических, образований в детонационных течениях. Описываются возможности новой методики.

Исследован процесс взрывного синтеза ультрадисперсного оксида алюминия в кислородсодержащей среде. Определены условия синтеза, наиболее оптимальные для получения вещества в ультрадисперсном состоянии. Предложена физическая модель процесса. Показано, что за счет затухания амплитуды ударной волны происходит разделение ударно-сжатого материала на жидкий и твердые слои. Рассмотрены возможные механизмы горения алюминия при его последующем разлете в кислородсодержащую среду взрывной камеры. Показано, что образование ультрадисперсного порошка оксида алюминия происходит преимущественно из материала, составляющего второй слой ударно-сжатого вещества. На основании предложенной модели объяснены экспериментальные зависимости выхода дисперсной части от условий синтеза.

Численно исследовано влияние пористости и концентрации плоских микротрещин на скорость упругих волн в поликристаллических керамических материалах на основе SiC, Al₂O₃, B₄C, ZrO₂. Механическое поведение керамики описано с использованием модели повреждаемой среды. Проведен анализ применимости различных зависимостей, описывающих связь эффективных модулей упругости материала среды с относительным объемом повреждений, для прогнозирования волновой динамики. Показано, что при пористости до 20% удовлетворительный прогноз изменения скорости продольных волн в керамике обеспечивается применением экспоненциальной и линейной зависимостей. В этом диапазоне пористости скорость упругих волн линейно снижается с ростом относительного объема повреждений. Проведен анализ влияния амплитуды импульсов на скорость упругих волн. Показано, что скорость упругих волн в конструкционной керамике увеличивается пропорционально давлению до 5% в диапазоне амплитуд импульсов, не превышающих предела упругости Гюгонио. Для рассмотренных керамических материалов определены численные значения коэффициентов в соотношении, связывающем скорость продольной упругой волны со скоростью материальных частиц. Показано, что при превышении предела упругости Гюгонио значения коэффициента уменьшаются на 10 30% для разных керамических материалов. Полученные значения коэффициентов хорошо согласуются с приведенными в литературе экспериментальными данными.

Экспериментально измерены параметры воздушных взрывных волн, образующихся при наземном взрыве зарядов взрывчатого вещества массой G=0,1 ÷ 1 кг, помещенных в объем жидкости, ограниченный эластичной оболочкой. Капсуляция жидкости в эластичной оболочке повышает сжимаемость среды, передающей энергию продуктов взрыва в воздух, и способствует существенному уменьшению амплитуды воздушной ударной волны на приведенном расстоянии R/G^1/3=0,63 ÷ 6,8 м/кг^1/3. Эффективность ослабления воздушных волн при погружении заряда взрывчатого вещества в жидкость с эластичной оболочкой сопоставима с эффективностью демпфирования взрывных волн газонаполненными двухфазными системами. Показано, что основным параметром ослабления взрывных волн является отношение масс жидкости и заряда взрывчатого вещества, а не такие свойства жидкости, как ее вязкость и плотность.

Приведены результаты экспериментальных исследований развития направленного взрыва на выброс в присутствии жестких недеформируемых поверхностей в зоне пластических деформаций массива. Показано влияние размеров, формы и углового положения этих поверхностей на степень несимметричности переноса массы сыпучего вещества при одиночном взрыве.