Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2004 номер 4

По результатам испытания в сферическом автоклаве определено экспериментальное значение флегматизирующей концентрации галоидоуглеводородов C₂F₄Br₂, CF₃Br, C₂F₅H для стехиометрической смеси метан — воздух в зависимости от энергии источника зажигания. В качестве источников зажигания применялись пережигаемая электрическим током проволока и пиросостав. Энергия источников зажигания варьировалась в диапазоне 2÷420 Дж. Показано, что для получения истинного значения флегматизирующей концентрации галоидоуглеводородов, не зависящей от применяемого источника зажигания, его энергия должна превышать 100 Дж для C₂F₄Br₂, C₂F₅H и 400 Дж для CF₃Br. Применение источников зажигания с меньшей энергией дает заниженные результаты и связано не с достижением флегматизации горючей смеси, а с ростом минимальной энергии зажигания при добавлении галоидоуглеводородов.

Сформулированы квазистационарная и двумерная нестационарная постановки задачи о рабочем цикле пульсирующего детонационного двигателя. Получена формула для удельного импульса и выполнен расчет тяговых характеристик двигателя. Установлено, что при полетных числах Маха ∈ [0; 3,6] и степенях сжатия p₂/p₁ ∈ [1; 80] тяговые характеристики этого двигателя всегда оказываются выше, чем у прямоточного воздушно-реактивного двигателя и одноконтурного турбореактивного. При повышении степени сжатия преимущество пульсирующего детонационного двигателя постепенно уменьшается.

Описаны стенд и методика проведения экспериментальных исследований тяговых характеристик гибридного ракетного двигателя. Предложена схема компоновки ракетного двигателя, работающего на твердом горючем (полимеризованный непредельный углеводород С₄Н₆) и газообразном кислороде. Приведены результаты измерения тяговых характеристик двигателя. Показано, что для такого типа двигателей подача закрученного потока кислорода в тракт двигателя приводит к росту тяговых характеристик.

Рассмотрен способ определения полноты сгорания и параметров рабочего тела по длине камеры сгорания со сверхзвуковой скоростью воздуха на входе. Состав и свойства рабочего тела определялись термодинамическим расчетом с учетом диссоциации и зависимости энергии внутренних степеней свободы от температуры. Исследованы источники ошибок и влияние точности задания исходных данных при нульмерном подходе к определению кривой выгорания и параметров потока.

Предложен газодинамический метод управления процессами горения и стабилизации пламени в потоке псевдожидкого топлива, основанный на подаче в камеру с внезапным расширением дополнительных струй воздуха с варьируемой частотой. Показано, что варьированием частоты подачи периодических струй воздуха можно воздействовать на характеристики горения псевдожидкого топлива.

Рассмотрено горение гетерогенных смесей с зависимостью скорости реакции от температуры, описываемой ступенчатой функцией. Предложена двумерная математическая модель процесса, в которой, помимо прочих факторов, учитывается случайность распределения частиц топлива по смеси и их неизотермичность. Методом численного моделирования проведено сравнительное исследование концентрационного предела горения для двух типов гетерогенных систем, обладающих одинаковой средней плотностью топлива: с равномерным распределением топлива по всем частицам смеси и с его распределением по случайной выборке частиц. Показано, что с возрастанием степени гетерогенности (уменьшением безразмерного коэффициента межчастичного теплообмена Bi) концентрационный предел горения для систем обоих типов становится значительно выше своего <термодинамического> значения, а верхней границей предела является вдвое большая величина. Обнаружены различия значений концентрационного предела и скорости горения для гетерогенных систем указанных типов. Продемонстрирована связь предела горения случайной системы с перколяционным фазовым переходом, который имеет место в гетерогенной конденсированной смеси с редкими включениями топлива. Предложен аналитический подход для оценки пороговой концентрации топлива в таких системах, основанный на задаче перколяции на случайных узлах.

Рассматриваются особенности процесса горения в камерах сгорания газотурбинного двигателя с вращающейся форсункой. Определены область очага горения и температурное поле. Изложен метод трехмерного моделирования тепло- и массопереноса. Результаты расчетов сопоставлены с полем температур реальных двигателей.

Численно исследованы нестационарные режимы горения газифицирующихся конденсированных систем за границей устойчивости стационарного режима. Рассмотрение проведено в рамках модели Беляева — Зельдовича с химическими реакциями первого порядка в конденсированной и газовой фазах. Найдена граница устойчивости стационарного режима горения при постоянном давлении. Изменение давления приводит к последовательности бифуркаций удвоения периода осцилляций скорости горения. После четвертой бифуркации возникает хаотический режим горения.

Сформулирована задача о тепловом воспламенении смеси экзотермического состава с инертным наполнителем в толстостенном сосуде. Обнаружено, что при добавлении инертного наполнителя возможно осуществление режима синтеза в условиях слабо меняющейся температуры. Численно исследованы изменения критических условий, разделяющих различные тепловые режимы при варьировании параметров модели: воспламенение и потухание или воспламенение и режим медленного превращения.

На примере двух составов системы Al–Ni–Co показана возможность получения стабильных декагональных квазикристаллов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Определены скорость и температура горения. Приведены результаты электронно-микроскопического и рентгенофазового изучения полученных квазикристаллов.

Экспериментально исследовано влияние размеров частиц компонентов и структуры образцов алюминизированных смесей на чувствительность и параметры детонации октогена, нитрогуанидина, бис(2,2,2-тринитроэтил)нитрамина и их смесей с порошкообразным Al со средним размером частиц 0,1÷150 мкм. Добавление ультрадисперсного Al к октогену и бис(2,2,2-тринитроэтил)нитрамину существенно повышает чувствительность к механическим воздействиям и уменьшает скорость детонации. В составах с нитрогуанидином скорость детонации практически не меняется. Регистрация профилей давления продуктов детонации позволила определить ширину зоны химической реакции и параметры Чепмена — Жуге для нитрогуанидина. Профили давления для бис(2,2,2-тринитроэтил)нитрамина показывают, что детонационное разложение может реализовываться в две стадии. Обнаружена двухпиковая структура детонационной волны в смесях октогена с Al. Результаты измерения температуры свидетельствуют о взаимодействии Al с продуктами детонации в непосредственной близости к фронту. Наиболее высокая температура зафиксирована для составов, содержащих ультрадисперсный алюминий и алюминиевую пудру.

Исследовано влияние размеров частиц алюминия на метательную способность и теплоту взрывчатого разложения алюминизированных составов, содержащих октоген, нитрогуанидин, бис(2,2,2-тринитроэтил)нитрамин. Добавление Al повышает метательную способность взрывчатого вещества. Замена Al с частицами микронного размера ультрадисперсным порошком с размером частиц 0,1 мкм не приводит к дополнительному увеличению метательной способности. Проанализировано влияние Al на теплоту взрывчатого разложения исследуемых составов.

Обсуждаются результаты исследования структуры зоны химической реакции для ряда взрывчатых веществ (ВВ). Было обнаружено, что при увеличении начальной плотности ВВ происходит структурная перестройка зоны химической реакции с ликвидаций пика Неймана в точке с критической плотностью. И наоборот, при снижении начальной плотности ВВ отношения газодинамических параметров (в частности, массовых скоростей) в точке Неймана к аналогичным параметрам в точке Жуге возрастают. Показано, что для объяснения указанных особенностей нет необходимости привлекать предположение о возрастающем вкладе экзотермического разложения ВВ на ударном скачке. Полученные результаты можно объяснить, оставаясь в рамках классической теории Зельдовича — Неймана — Дёринга с обычным ударным скачком на фронте детонационной волны и, соответственно, с практически нулевым вкладом в полное энерговыделение в зоне химической реакции.

Полученные инфракрасные и ультрафиолетовые спектры поглощения образцов ультрадисперсного алмаза детонационного синтеза позволили сделать предположения относительно кинетики процесса его формирования.

Методом боковой разгрузки проведены измерения скорости распространения звуковых возмущений в прессованных образцах из смесей железо — алмаз 90/10, железо — алмаз 85/15, железо — сера 90/10, а также в образцах прессованного железа (без добавок) и стали Ст. 3. Результаты измерений сопоставлены с геофизическими данными с целью поиска легкого химического элемента (или элементов) в составе земного ядра, который, уменьшая суммарную плотность ядра по сравнению с железоникелевой смесью, не уменьшал бы существенно скорость звука в ядре по сравнению с чистой железоникелевой смесью при давлениях, существующих в ядре. Установлено, что добавление алмаза приводит к росту скорости звука в ударно-сжатых образцах и уменьшению их плотности по сравнению с другими образцами, поэтому при моделировании состава внутренних слоев Земли следует учитывать возможное влияние углерода в алмазной фазе.

Проведено исследование микроструктуры зон контактов при образовании прочного соединения и ее зависимости от схемы и параметров нагружения, а также от параметров и характеристик прессуемой фракции. Показано, что прочная связь образуется при создании в зоне контакта области высокофрагментированной микроструктуры за счeт интенсивной пластической деформации. Создание такой микроструктуры на максимальной площади поверхности прессуемых частиц возможно при оптимизации схемы прессования, размера частиц порошка и при учете механизма диссипации энергии в зоне контакта.