Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2005 номер 2

Представлен обзор работ по исследованию свойств и методов получения наиболее мощного современного энергетического материала CL-20 и составов на его основе. Обсуждены методы его синтеза и процессы получения частиц требуемого размера. Уделено внимание получению наиболее стабильной полиморфной модификации вещества, обладающей высокой плотностью. Инфра-красная спектроскопия с фурье-преобразованием и рентгеноструктурный анализ, по-видимому, являются эффективными средствами определения полиморфных модификаций CL-20. Термическому разложению образцов CL-20, а также механизму его разложения и горения посвящена отдельная часть обзора. Работы, выполненные различными исследователями, показали, что относительно высокая чувствительность данного соединения требует особой осторожности как при осуществлении его синтеза, так и при создании композиций на его основе. Обзор содержит информацию о выдающихся свойствах взрывчатых материалов, орудийных и ракетных топлив на основе CL-20. Это вещество в ряду прочих занимает первое место как компонент для изготовления поразительных по свойствам взрывчатых составов и ракетных топлив. Дано краткое изложение исследований по синтезу и идентификации CL-20, выполненных в лаборатории авторов данного обзора.

В рамках одномерной модели описано распространение двух фронтов пламени смеси газов в смежных каналах с противоположно направленными потоками газа. Построены стационарные решения задачи, исследована их устойчивость относительно малых возмущений. Найдены области параметров задачи, характеризующие уровень теплопотерь, состав смеси, скорость потока газа и другие, при которых возможна стабилизация пламени. Найдены условия, при которых возможны пульсации пламени. Показана возможность горения запредельно бедных смесей газов в такой системе, даже если диаметры каналов меньше критического значения, соответствующего начальной температуре.

Представлены физико-математическая модель и результаты численного исследования аэродинамики и горения факела жидкого топлива в коаксиальном закрученном потоке газообразного окислителя. Для определения характеристик факела распыла жидкого топлива центробежной форсункой использовались экспериментальные данные, полученные в изотермических условиях. Проведен анализ влияния закрутки потока на характеристики горелочных устройств.

Описан подход к моделированию экзотермических химических реакций, основанный на концепции клеточных автоматов. Для анализа адекватности подхода приведены результаты моделирования процесса распространения фронта реакции при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе в системе Ni–Al. Показано хорошее согласие между модельными и экспериментальными зависимостями скорости движения фронта и максимальной температуры горения от температуры начального прогрева порошковой смеси. Сделан вывод о необходимости явного учета кинетики реакции, в частности растекания жидкой фазы, для корректного описания влияния пористости на протекание экзотермической реакции.

Исследуется влияние параметров фазового перехода и кинетики химического превращения на закономерности нестационарного горения безгазовых систем с плавящимся реагентом. Установлено, что изменение кинетического закона и константы скорости химической реакции с появлением жидкой фазы дестабилизирует горение. Средняя скорость фронта в автоколебательном режиме при адиабатической температуре горения, близкой к температуре плавления, превышает скорость стационарного режима. В этом случае с ростом внешнего теплоотвода и снижением температуры горения повышается устойчивость фронта.

Изучено превращение высокоэнергетических структурированных гетерогенных систем с учетом лучистого теплопереноса. Показано, что радиационный теплоперенос во фронте горения пористых гетерогенных сред существенно влияет на структуру фронта и динамику его распространения. При нелинейной зависимости теплопередачи от температуры зона реакции сосредоточена в области высоких температур в узком температурном интервале. Ее размеры совпадают с шириной зоны подогрева. В случае лимитирующей лучистой теплопередачи в многослойных системах в зависимости от масштаба неоднородности возможна квазигомогенная и эстафетная динамика распространения волны горения. Пульсации перемещения высокотемпературной зоны возможны даже при малых масштабах гетерогенности (микрогетерогенный режим горения).

Рассмотрена статистическая модель агломерации алюминия при горении смесевых твердых ракетных топлив, описывающая процесс в динамике, начиная от прогрева топлива в волне горения и заканчивая отрывом агломератов от поверхности горения. Предложен алгоритм расчета процесса агломерации с использованием метода Монте-Карло. Проведена серия расчетов агломерации алюминия; получены функции плотности распределения агломератов по размерам; определена зависимость среднемассового размера агломератов от среднемассового размера частиц перхлората аммония. Предложенная модель предсказывает степенные зависимости среднемассового размера агломератов от давления и скорости горения, что соответствует имеющимся экспериментальным данным.

Изучен процесс формирования высокопористых материалов в волне горения смесей 5-аминотетразола с перхлоратом калия. В нормальных условиях при недостатке окислителя горение таких смесей протекает в нестационарном колебательном режиме с образованием конденсированных продуктов неполного окисления 5-аминотетразола. Показано, что в присутствии металлического железа или его оксида резко возрастает полнота взаимодействия компонентов смеси, а сам процесс горения приобретает стационарный характер. В присутствии диоксида кремния происходит образование высокопористого твердого остатка, сохраняющего форму исходного блока. При определенном соотношении количества железа и диоксида кремния в исходном составе твердые продукты горения формируются в виде тонких переплетенных волокон диаметром около 1 мкм и длиной 10 ÷ 30 мкм.

Проведен анализ и обобщены опытные данные по горению частиц магния в кислородсодержащих газовых смесях, что позволило разработать полуэмпирическую математическую модель, которая интегрально учитывает влияние на горение начального размера частицы, давления и скорости окисляющего потока. В одномерном приближении исследован процесс распространения пламени в аэровзвеси мелких частиц магния. Для этой цели развита дискретно-континуальная модель распространения пламени в газовзвеси металлических частиц. Численно определено существование пределов распространения пламени в сосуде, обусловленных теплопотерями в окружающую среду и пространственной неоднородностью распределения частиц дисперсной фазы, исследовано влияние неравномерности и бидисперсности одномерного ансамбля частиц на характеристики пламени.

Дискретно-континуальная математическая модель распространения волн горения в аэровзвесях реагирующих частиц, развитая ранее, дополнена учетом процесса предпламенного окисления. Это позволило удовлетворительно описать некоторые количественные характеристики пламени в смесях воздуха и частиц магния.

Представлены результаты исследований горения 2,4-динитро-2,4-диазапентана (ДНП), 2,4,6-тринитро-2,4,6-триазагептана (ТНГ) и тройной смеси (ТС) состава: 43 % ДНП, 44,5 % 2,4-динитро-2,4-диазагексана, 12,5 % 3,5-динитро-3,5-диазагептана, а также баллиститных порохов, содержащих эти нитрамины, в том числе с катализаторами горения.

Настоящая работа посвящена численному моделированию перехода горения в детонацию. Нестационарные уравнения Эйлера сжимаемого и одномерного течения с конечной скоростью химических реакций решались с использованием адаптивной измельченной сетки. Вследствие «жесткости» задачи, чтобы связать уравнения сохранения и уравнения химической кинетики, использовался метод расщепления по времени. Результаты расчета длины участка перехода горения в детонацию смесей H₂–O₂ и CH₄ – O₂ в ограниченной области, а также времени развития детонации хорошо согласуются с теоретическими значениями параметров взрывов в постоянном объеме и для условий Чепмена — Жуге. Проведено сравнение длин участка перехода горения в детонацию с экспериментальными данными при изменении начальных концентраций горючего, которое показывает, что модель качественно хорошо предсказывает тенденции, но дает незначительные количественные отклонения.

Обнаружено, что при инициировании нитевидных кристаллов азида серебра импульсом электронного ускорителя предвзрывная люминесценция зарождается в отдельных точках (очагах). Однородность электронного пучка свидетельствует о том, что наблюдаемый эффект не связан с особенностями поглощения энергии инициирующего импульса в области очагов. Высказывается предположение о стохастической природе наблюдаемого эффекта.

Выполнены расчеты параметров состояния вещества за фронтом ударной волны в сере с учетом возможности деструкции исходного состояния S₈ до S₂ при температурах выше 10³ К. С использованием адиабаты Гюгонио жидкого сероуглерода построена адиабата S₂ при температурах выше 10³ К и давлениях выше 10 ГПа в предположении деструкции сероуглерода до серы и углерода. Проведено сравнение результатов расчета адиабат Гюгонио кристаллической и расплавленной серы с экспериментальными данными.

Накопление микроповреждений в результате интенсивного пластического деформирования приводит к снижению средней плотности высокоскоростных элементов, формирующихся при взрывном обжатии профилированных металлических облицовок. Для уплотнения таких элементов при испытаниях с их помощью стойкости противометеоритной защиты предлагается использовать воздействие на элементы магнитного поля, создаваемого на траектории движения перед взаимодействием с мишенью. На основе численного моделирования исследованы физические процессы в пористом проводящем упругопластическом цилиндре, помещенном в магнитное поле. С использованием данной модели определены параметры магнитно-импульсного воздействия, необходимые для уплотнения стальных и алюминиевых элементов.