Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2008 номер 4

Анализируется возможность увеличения скорости распространения ламинарного пламени в водородовоздушной смеси при возбуждении молекул O₂ в синглетное состояние a¹Δ_g. Показано, что наличие в кислороде 10% молекул O₂(a¹Δ_g) приводит к заметному (до 50%) ускорению выгорания смеси. При этом увеличивается температура продуктов сгорания, а также концентрации H₂O, NO и других компонентов смеси. Наибольшее влияние молекул O₂(a¹Δ_g проявляется при горении бедных смесей, наименьшее — богатых. Обусловлены эти эффекты интенсификацией цепного механизма при наличии в водородовоздушной смеси сверхравновесного количества возбужденных молекул O₂(a¹Δ_g).

Проведен анализ принципиальной возможности приближенного восстановления химического состава при горении водородовоздушной смеси в конце тракта гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя по неполным данным эксперимента (измерениям концентрации радикала ОН и температуры) в предположении детального химического равновесия по реакциям обмена. В этом приближении получена замкнутая алгебраическая система уравнений, в которую входят концентрация радикала ОН и температура. Создана программа для численного решения этой системы с целью приближенного определения полноты реакции по измерениям температуры и концентрации радикала ОН. Для тестирования модели использованы результаты точного термодинамического расчета состояния Жуге и пересжатых волн для стехиометрической смеси водорода с воздухом и различных смесей с кислородом. В диапазоне давлений 0.2÷500 атм и температур 2500÷3500 К данный метод позволяет восстанавливать молекулярную массу и тепловыделение с точностью, достаточной для газодинамических расчетов.

Предложена одномерная двухтемпературная модель фильтрационного горения жидких монотоплив. В рамках данной модели проведен анализ режимов фильтрационного горения жидкого гидразина в узких трубках. Обнаружено два стационарных режима. В режиме I доминирующим механизмом переноса тепла от продуктов сгорания в предпламенную зону является теплопроводность по газу, в режиме II — конвективный межфазный теплообмен и теплопроводность по твердой фазе. Установлены параметрические области существования режимов.

Методами математического моделирования в работе исследованы особенности формирования температурных и концентрационных полей при синтезе в режиме теплового взрыва в цилиндрическом реакторе. Расчет проведен с учетом плавления одного из компонентов, являющегося химически активным, в приближении отсутствия растворимости тугоплавкого компонента в расплаве легкоплавкого. Показано, что условия полного превращения исходных компонентов в объеме реагирующей смеси зависят от соотношения критерия Био системы, температуры окружающей среды и теплового эффекта реакции. Установлено, что после реализации теплового взрыва, который происходит при достижении фронтом плавления геометрического центра реактора, формируется фронт полного превращения, который движется от оси цилиндра к периферии, при этом скорость его движения замедляется. Рассчитана диаграмма критических значений критерия Био, при которых происходит полное выгорание компонентов во всем реакционном объеме.

Рентгеновским методом исследован фазовый состав продуктов горения композиционной термитной смеси Fe₂O₃/TiO₂/Al/С, в том числе при горении образцов в условиях охлаждения водой. Данные экспериментов сопоставлены с результатами термодинамических расчетов. Предложены вероятное объяснение причин углового смещения линии железа в рентгеновском спектре продуктов горения и механизм кристаллизации эвтектической смеси TiС + α-Fe из расплава тройной системы Ti/Fe/C. Обнаружено отклонение состава продуктов горения от равновесного, выражающееся в дефектности углеродной подрешетки карбида титана. Предложено вероятное объяснение дефицита углерода.

По данным микротермопарных измерений вычислены нелинейные функции отклика скорости горения второго порядка на пульсации давления для группы баллиститных порохов с добавками. Уточнен единый закон газификации баллиститных порохов. Введена классификация нелинейных функций отклика: выделено три типа отклика — вязкий, нормальный и критический. Показано, что более половины режимов горения взятых порохов имеют вязкий тип отклика — со слабой зависимостью от частоты и со слабовыраженным максимумом при резонансе. Проанализировано влияние состава порохов на функции нелинейного отклика. Рассмотрены особенности зависимостей нелинейного отклика от нового параметра — сдвига фаз между взаимодействующими модами. Показано, что ошибки при определении функций нелинейного отклика зависят от типа отклика и для большинства изученных режимов горения они малы. Приведены аргументы в пользу одномерности процесса в реакционном слое конденсированной фазы. Предложена гипотеза об околокритическом состоянии

Изучено влияние содержания горючих частиц на пространственные формы существования волны горения в модельной системе <безгазовый термит — инертный материал>. Показано, что нижний концентрационный предел горения этой смеси связан с образованием трехмерного связывающего перколяционного кластера или с перколяционным фазовым переходом. Вблизи нижнего концентрационного предела горение модельных смесей проходит в режиме тления, когда отдельные очаги горения хаотично перемещаются по объему несгоревшего материала. При содержании термитных частиц в исходном составе выше 47% формируется неподвижная прогретая поверхность, по которой передвигаются отдельные раскаленные очаги горения. Перемещение этой поверхности по несгоревшему материалу происходит только локально в результате продвижения по ней очагов горения. Образованию такой единой прогретой поверхности соответствует возникновение второго перколяционного фазового перехода. При объемном содержании частиц термита в исходной смеси выше 70% отдельные очаги горения сливаются в единую поверхность послойного горения вследствие формирования третьего перколяционного фазового перехода.

Методами газовой хроматографии, манометрии и ЭПР-спектроскопии изучено газовыделение, вызванное действием электронного и гамма-облучения на смесевые энергетические композиции и их активное горюче-связующее, состоящее из полиэфируретана, пластифицированного нитроэфирами. Показано, что при облучении такие наполнители, как перхлорат аммония и аэросил, способствуют разложению активного горюче-связующего, а циклотетраметилентетранитрамин выступает как инертный наполнитель. Обсуждаются возможные причины обнаруженных закономерностей.

По атомарным и молекулярным спектрам излучения исследована зона горения стационарного ламинарного диффузионного факела частиц алюминия диаметром 4.8 мкм при массовой концентрации металла 0.4 кг/м³. Абсолютные измерения светимости секвенции полос AlO позволили определить температуру газовой фазы (3200 ± 100 К) и концентрацию паров AlO ((1.5 ± 0.5) · 10²¹ м^-3) во фронте факела. На основании анализа данных измерений интенсивности резонансной линии алюминия и ее контура сделан вывод о том, что частицы металла горят индивидуально, образуя микропламена. Выполнены также оценки размера зоны горения индивидуальной частицы и температуры газовой фазы вблизи частицы (3150 ±: 200 К). Проанализированы некоторые особенности механизма горения мелких частиц алюминия в пылевом пламени. Продемонстрированы возможности спектральных методов исследования для изучения тепловой и концентрационной структур пылевых пламен.

На основании результатов опубликованных ранее исследований детонации газообразных и жидких взрывчатых веществ дано объяснение возникновения двуразмерной ячеистой структуры фронта детонации отдельных газовых смесей, претерпевающих во фронте волны двустадийное экзотермическое превращение, и высказаны соображения о механизме проявления двуразмерной ячеистой структуры в случае детонационного превращения газовых смесей по законам одностадийной химической кинетики.

Рассмотрены методики, используемые при исследовании непрерывной спиновой детонации топлив, в частности смеси Н₂ — О₂, в кольцевых камерах сгорания: оптической регистрации режима, измерения давлений, определения расхода газов из ресиверов конечного объема, определения скорости движения продуктов, вычисления чисел Маха потока в продуктах детонации и скорости детонации. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных данных по положению границы дозвуковой и сверхзвуковой областей потока в камере, а также границы области возмущений, выше которой звуковые возмущения не проникают в камеру. Получено удовлетворительное совпадение положения этих границ в эксперименте и расчете.

Выполнен обзор текущего состояния и тенденций развития алюминизированных взрывчатых веществ (ВВ). Основное внимание уделено литьевым композициям, к которым относятся как плавящиеся композиции на основе тринитротолуола (TNT), так и пастообразные композиции на основе полимеров. Детально рассмотрены хорошо изученные алюминизированные композиции на основе гексогена и октогена, в которых в качестве связующего использован TNT. Разными исследователями предложено оптимальное с точки зрения скорости детонации содержание алюминия в диапазоне 15÷20%. Однако большинство композиций имеет более высокое содержание алюминия для создания продолжительного взрывного действия, обусловленного вторичными реакциями алюминия с продуктами детонации. На параметры взрыва (скорость детонации и др.) также оказывает влияние размер частиц алюминия. В настоящее время проводятся работы с наноразмерным алюминием, полученные результаты демонстрируют неоднозначные тенденции для композиций на основе гексогена и TNT. Композиции с использованием TNT и нитротриазола служат основой для создания боеприпасов пониженного риска. Очень интересные результаты получены для композиций, содержащих динитрамид аммония и бис(2,2,2-тринитроэтил)нитрамин (BTNEN).Выявлено превосходство композиций с полимерным связующим по сравнению с традиционными ВВ на основе TNT. В частности, пластические ВВ имеют низкую уязвимость. Вообще, алюминизированные пластические ВВ нашли широкое применение в подводных приложениях. Перхлорат аммония (АР) включают в состав композиций, в частности, для усиления подводной ударной волны и энергии пузыря газообразных продуктов взрыва. В качестве связующего обычно выбирают полибутадиен с концевыми гидроксильными группами, однако исследуются и другие: нитроцеллюлоза; полиэтиленгликоль; капролактоновый полимер с энергетическими пластификаторами, например BDNPA/F; триэтиленгликольдинитрат; триметилолэтантринитрат. Композиции на основе полиэтиленгликоля и капролактона имеют низкую уязвимость, особенно при ударных воздействиях. Очень малочувствительные пластические ВВ на основе нитротриазола разрабатываются во многих странах мира. Низкочувствительная комбинация CL-20/АР отвечает требованиям высокой плотности заряда и высокой скорости детонации. Глицидилазидный полимер и полинитрометилметилоксетан, по-видимому, также представляют интерес для использования в пластических ВВ вследствие их превосходной энергетики. Однако необходимы детальные исследования чувствительности таких композиций. Представлена краткая информация о ВВ с полимерным связующим и о термобарических гелеобразных ВВ.

Выполнены расчеты динамики инертных и химически активных одиночных пузырьков в уединенных волнах различной интенсивности. Расчет динамики послойно расположенных химически активных пузырьков в поле давления уединенных волн позволяет описать структуру волны пузырьковой детонации. В предложенной модели волна детонации формируется из пульсаций давления, возникающих в результате действия осредненного поля давления от всего ансамбля пузырьков на каждый отдельный пузырьковый слой. При этом каждый пузырек совершает 2–3 колебания, создавая в жидкости пульсации давления, в несколько раз превышающие амплитуду осредненной волны. Модель с дискретным расположением пузырьков позволила впервые получить соответствие расчетных и экспериментальных профилей давления волны пузырьковой детонации.

Дано качественное и количественное полуэмпирическое описание теплофизических свойств расплавленного алмаза при высоких давлениях (≈1300 ГПа) и температурах (≈11000 К) ударного сжатия.

Показана возможность соединения аморфных лент при помощи сварки взрывом. Получены плоские образцы, сваренные из 20÷120 слоев аморфных сплавов Fe₇₈B₁₃Si₉ и Fe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆. Толщина каждой ленты 25 мкм, ширина 10 см. Скорость точки контакта достигала 3900÷4,800 м/с, скорость летящей пластины — 570÷900 м/с. Наибольшая площадь сваренного взрывом образца составила 30 см². Микроструктура образцов изучалась на оптическом микроскопе и с помощью рентгеновской дифрактометрии. Предложена расчетная модель с прямоугольным профилем температуры на поверхности раздела сваренных лент, которая может быть использована для объяснения причин, в силу которых образцы сохраняют аморфное состояние на границах сварки. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментами.