Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2002 номер 5

Предложен метод оценки синергетического эффекта, возникающего при действии составных ингибиторов на процессы распространения газовых пламен. Этот метод основан на предположении о независимости химического и теплофизического вкладов действия добавки на пределы распространения пламени. Для полного описания действия составного ингибитора необходимо три параметра: глубина ингибирования, количество добавки, требуемое для насыщения химического воздействия, и теплофизический параметр. При отсутствии синергетического эффекта глубина ингибирования составного ингибитора равна наибольшей глубине ингибирования для одного из компонентов составного ингибитора. Синергетический эффект проявляется в том, что глубина ингибирования составного ингибитора не равна максимальной глубине ингибирования одного из компонентов. Показано, что рассмотренные пары ингибиторов не обладают синергетическим эффектом.

Представлена физико-математическая модель самовоспламенения газовзвеси, дисперсная фаза которой гетерогенно реагирует с окислителем газовой фазы и выделяет летучие компоненты, реагирующие с окислителем газовой фазы. Модель учитывает влияние стефановского потока летучих компонентов и газообразных продуктов гетерогенной реакции на тепло- и массообмен частиц с газовой фазой. Выявлены четыре режима самовоспламенения газовзвеси: воспламенение каждой частицы отдельно, без взаимовлияния; воспламенение газовзвеси за счет гетерогенной реакции в режиме самовоспламенения совокупности частиц; самовоспламенение за счет тепловыделения от реакции в газовой фазе выделившихся летучих компонентов; самовоспламенение в условиях взаимовлияния газофазной и гетерогенной реакций. Предложен способ определения областей параметров, характеризующих дисперсную фазу, где реализуется тот или иной режим самовоспламенения. Получены аналитические формулы для определения периода самовоспламенения газовзвеси в каждом режиме, и пр едено их сравнение с результатами численного счета. Проанализировано влияние стефановского потока на самовоспламенение газовзвеси.

Разработана математическая модель для анализа протекания газожидкостных реакций гидрирования углеводородов, сопровождаемых испарением жидкости и химическим превращением в жидкой и паровой фазах на пористом зерне катализатора. Численно исследованы критические явления, возникающие при взаимодействии экзотермической каталитической реакции, межфазовых переходов, многокомпонентной диффузии и капиллярного впитывания. Определены области множественности стационарных режимов в зависимости от смоченности внешней поверхности зерна катализатора, активности катализатора, теплового эффекта реакции, теплоты испарения и параметров, характеризующих пропитывание зерна жидкостью. Проведенное сравнение с экспериментальными данными подтвердило адекватность математической модели.

Экспериментально сопоставлены закономерности распространения волны тления в пористых слоях сосновых опилок в спутном и встречном потоках воздуха в закрытой (реагирующей только с торца) и полуоткрытой (реагирующей с плоской свободной поверхности) системах. Для обеих систем изучена форма фронта тления и зависимость скорости волны тления от направления и скорости потока воздуха, пористости слоя горючего, дисперсности опилок. Изучена максимальная температура в волне тления. В закрытой системе при скорости потока воздуха не меньше 5–7 см/с скорость тления в спутном потоке на порядок превышает таковую во встречном потоке. В спутном потоке скорость волны тления в закрытой системе примерно на два порядка выше, чем в полуоткрытой системе. Дано объяснение изученным экспериментальным зависимостям.

На основе анализа особенностей горения взвесей металлических порошков разработан способ стабилизации пламени в реакторе синтеза оксидов металлов. Создан и описан экспериментальный реактор, реализующий этот способ. Проведены исследования воспламенения и горения аэровзвеси алюминиевых порошков АСД-1, АСД-4, и подтверждено их надежное воспламенение и устойчивое горение в камере сгорания реактора. Показано, что эффективность сжигания алюминиево-воздушной смеси определяется дисперсностью порошка, условиями смешения потоков и давлением в камере сгорания.

Проведен анализ процессов коагуляции и аэродинамического дробления жидких частиц оксида алюминия в ускоряющемся газовом потоке сопла Лаваля. Для вычисления характерного диаметра частиц на выходе из сопла предложена формула, полученная в результате приближенного аналитического решения уравнений двухфазного течения. Рассчитанный теоретически предельный диаметр частиц в критическом сечении близок к среднемассовому диаметру, который получается при численном моделировании полидисперсных двухфазных течений с коагуляцией и дроблением частиц. Предложенная формула согласуется с корреляционными зависимостями Р. В. Хермсена и подтверждается многочисленными опубликованными данными измерений среднемассового диаметра частиц оксида алюминия в выхлопных струях малых, средних и крупных твердотопливных ракетных двигателей. Формула содержит физические параметры, значения которых легко вычисляются и задаются. Проведено тестирование формулы по входящим в нее параметрам. На основании сопоставления теоретических расчетов с многочисленными экспериментальными данными формула рекомендована для предсказания размера частиц оксида алюминия в выхлопных струях различных типов ракетных двигателей на твердом топливе.

Описан способ голографической регистрации факела, распыленного вращающейся форсункой топлива, используемый для анализа дисперсности капель. Приведены результаты исследования.

Представлены методика проведения экспериментов и результаты исследований по воспламенению образцов различной формы из композиционных полимерных материалов в газовых потоках. Основным механизмом воспламенения в этих условиях считается переход гетерогенной реакции окисления продуктов сажеобразования (сажа и пироуглерод) с поверхности контакта с окислителем во внутрипоровое пространство, контролируемое диффузией. Приведено балансовое соотношение между теплоприходом и теплоотводом на пористой реагирующей поверхности для оценки условий воспламенения композиционных материалов в исследуемых условиях.

Рассмотрено влияние плавления инерта на закономерности безгазового горения в случае одностадийной реакции. Аналитически и численными методами исследованы стационарные режимы горения с фазовым переходом. Показано, что фазовый переход различным образом проявляется в зависимостях скорости горения от количества инерта и начальной температуры. Анализируются режимы горения, в которых скорость фронта в рассматриваемой модели не зависит от количества инертной добавки. Обсуждается возможность использования таких режимов при изучении влияния на горение структурных факторов.

Представлены результаты экспериментального исследования закономерностей горения и формирования продуктов в реакциях горения порошковых смесей на основе ильменита и кварца. Изучены режимы реакций с образованием пористых микрогетерогенных композиций Al₂O₃—металлоподобный сплав. Показана взаимосвязь механизмов очагового режима горения и образования анизотропной макроструктуры продуктов взаимодействия.

Предложен и экспериментально опробован способ непрерывного измерения ЭДС горения электропроводных конденсированных систем в течение всего времени горения образца с использованием электродов, выполненных из твердых продуктов горения (шлака) изучаемой конденсированной системы.

Предложена упрощенная математическая модель, являющаяся точечным приближением математической модели механики гетерогенной смеси газов, твердых частиц и жидких капель для описания воспламенения и горения подобных композитных газовзвесей. На ее основе решена задача о воспламенении взвеси микрокапель тридекана за фронтом отраженной ударной волны в некоторой довольно широкой области давлений газа за фронтом отраженной ударной волны.

Рассмотрен вопрос о пределах детонации тройных смесей воздуха с двухкомпонентным газообразным горючим на основе представления области детонации с помощью правила Ле-Шателье. Описаны примеры некорректной трактовки условий подавления детонации в смесях водорода с воздухом за счет добавок углеводородов без учета изменения суммарного состава смеси. Высказано мнение о расширении области взрывоопасности бедных водородовоздушных смесей при вводе малых добавок газообразных углеводородов.

С использованием математической модели двухфазной двухскоростной среды численно исследована регулярная ячеистая структура при детонации криогенной смеси (газообразный водород — капли жидкого кислорода) в плоском канале. Получены данные о размере ячеек, их форме, а также относительной высоте неровностей детонационного фронта. Изучено влияние начального давления и химического состава смеси на геометрические характеристики ячейки.

С использованием интерферометра VISAR исследованы зоны реакции в стационарных детонационных волнах в гексогене, октогене, TNETB и ZOX при различной начальной плотности. Определена критическая начальная плотность, при которой происходит качественное изменение структуры зоны реакции: ниже критической плотности регистрируется химпик, тогда как при ее превышении химпик исчезает и наблюдается рост давления. Показано, что критическая плотность при заданной дисперсности взрывчатых веществ зависит от способа прессования заряда и равна 1.73; 1.84; 1.56 и 1.71 г/см³ для гексогена, октогена, TNETB и ZOX соответственно. Сделан вывод о том, что необычная структура детонационной волны обусловлена реакцией взрывчатого вещества непосредственно во фронте ударной волны.

С целью поиска возможности регистрации полиморфных превращений в условиях высокоскоростного растяжения проведена регистрация профилей скорости свободной поверхности образцов высокочистого кобальта, подвергнутых ударно-волновому нагружению при температурах 20–400°С. В данном температурном диапазоне измерена откольная прочность кобальта при скоростях растяжения 10⁵ – 10⁶ с^-1 и оценены его релаксационные свойства при сжатии во фронте ударной волны. В проведенных экспериментах не удалось зафиксировать ожидаемые аномалии волновых профилей, связанные с предполагаемым высокотемпературным полиморфным превращением кобальта при растяжении. Вероятно, изменение объема при превращении слишком мало или превращение происходит слишком медленно, чтобы оказать заметное влияние на структуру волнового профиля.

В проведенных ранее авторами экспериментах по разрушению металлических кумулятивных струй током конденсаторной батареи было достигнуто практически полное разрушение всей струи. При этом кумулятивный заряд располагался от токовых электродов на расстоянии, примерно равном диаметру кумулятивной воронки. Физическая картина разрушения струи в сильноточном режиме заключалась в первоначальном развитии в струе МГД-неустойчивостей в виде роста шеек и их последующего электрического взрыва. В настоящей работе описаны такие же эксперименты при увеличении расстояния между кумулятивным зарядом и электродами. Показано, что результаты разрушения кумулятивной струи при этом могут ухудшаться, поскольку изменение начального состояния струи меняет физическую картину процесса ее разрушения током.

Приведены новые результаты экспериментального исследования взрывного способа перекрытия стальных трубопроводов различных типовых размеров с относительной толщиной стенки 5-7% и диаметром до 424 мм, заполненных жидкостью или газом, которые подтверждают перспективность этого способа. Показано, что при изменении размеров трубопроводов примерно в 20 раз при скорости пластин-ударников ~200 м/с каких-либо особенностей в процессе их перекрытия не появляется. При этом расход взрывчатого вещества увеличивается от 3 г до 3.5 кг, а откольного разрушения или дробления материала пластин-ударников и экранов не наблюдается.