Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2008 номер 5

Проведено сопоставление литературных данных по измерению концентрации NO в послепламенной зоне смесей различных углеводородов с O₂ и N₂ при стандартной температуре и атмосферном давлении с результатами моделирования с использованием оригинального механизма Коннова и этого же механизма, дополненного реакцией C₂O с N₂. Исследование роли этой последней реакции, предложенной Вильямсом и Флемингом [Proc. Combust. Inst. 2007. V. 31. P. 1109–1117], показало, что она является рациональным дополнением механизма образования "быстрого" NO. Из непосредственного сопоставления результатов измерений в различных пламенах и моделирования убедительно определен верхний предел константы скорости этой реакции: k = 7·10¹¹ exp(- 17000/RT) [см³/(моль·с)].

С целью выяснения механизма увеличения скорости горения гомогенной горючей смеси пористой средой аналитически рассмотрена стабилизированная волна горения газа в инертной пористой среде в режиме с сильным внутренним межфазным теплообменом (режим низких скоростей). Показано, что главным фактором увеличения скорости горения является кондуктивная рекуперация тепла из области продуктов горения в область свежей смеси по твердому телу пористой среды. Получены аналитические зависимости степени увеличения скорости горения смеси в стабилизированной волне от определяющих параметров. Обсуждаются возможности и ограничения использования полученных результатов при анализе работы пористых горелок.

Представлены результаты численных и теоретических исследований поведения пламени в периодически меняющемся потоке газа при горении в узком канале переменного сечения. Изучено влияние среднего расхода газа, амплитуды и частоты периодических пульсаций потока на среднее положение и температуру фронта пламени.

Приведены результаты теоретического исследования процессов перехода горения в детонацию в водородовоздушных смесях. Исследована зависимость сценария перехода горения в детонацию от значений определяющих параметров: начальной температуры смеси, энергии зажигания, времени зажигания, геометрических характеристик каверн и расстояний между ними в зоне зажигания.

Рассмотрена схема процесса автотермического пиролиза углеводородов в реакторе с быстрым смешением сырья с высокотемпературным потоком теплоносителя. Возможность реализации быстрого перемешивания потоков установлена в серии аэродинамических экспериментов на модельной установке, в ходе которых определена оптимальная геометрия смесителя для условий работы реактора пиролиза. Для проверки предложенной концепции спроектирован и изготовлен экспериментальный реактор. Приведена схема реактора пиролиза пропана. В качестве теплоносителя используются продукты сгорания водородовоздушной смеси. Полученные в экспериментах профили температур потока и концентрации вдуваемого вещества на срезе смесителя реактора согласуются с результатами измерений на модельной установке. Показано, что время смешения более чем на порядок меньше времени пребывания в реакторе, что позволит вести процесс в контролируемых условиях. Помимо экспериментальных исследований проведено тестирование нескольких детальных кинетических схем пиролиза углеводородов по результатам известных экспериментов. Приведены результаты кинетического расчета для условий работы экспериментальной установки.

Разработана математическая модель процесса горения высокоэнергетических материалов с использованием структурированных катализаторов. Численные исследования проведены для случая горения типичного материала — нитрата аминогуанидина. Установлено, что повышение каталитической активности, так же как и рост теплопроводности катализатора, увеличивает диапазон оперативного регулирования скорости горения конденсированного вещества.

Излагаются методика и результаты экспериментального исследования закономерностей зажигания конденсированных веществ (модельных топливных композиций) <горячей> одиночной частицей металла. Исследована зависимость времени задержки зажигания конденсированных веществ (КВ) от начальной температуры частицы. Приведены результаты исследований и анализ механизма взаимодействия одиночной, нагретой до высоких температур частицы с неметаллизированным и металлизированным КВ. Установлено, что наличие металлического наполнителя в КВ приводит к изменению абсолютных значений времени задержки зажигания и относительных характеристик их разброса.

Рассмотрены вопросы, связанные с механизмом влияния несвязной пористости конденсированной фазы нитроцеллюлозных порохов на линейную скорость горения в условиях роста давления. На основе экспериментальных данных представлена модель изменения линейной скорости горения с учетом уплотнения пороховых элементов, которое ведет к нелинейной зависимости скорости горения от давления. Отмечено нетривиальное поведение температурного коэффициента линейной скорости горения в условиях роста давления в различных диапазонах начальных температур.

Предложена математическая модель воспламенения частицы магния с учетом гетерогенной химической реакции, позволяющая найти конечную температуру частицы после воспламенения и учитывающая область теплового влияния частицы на газ. Найдено решение задачи в стационарном случае, что позволило дать классификацию тепловой истории системы частица + газ. Математическая модель согласована с экспериментальными данными по зависимости времени задержки воспламенения от давления газа и радиуса и зависимости предельной температуры от радиуса частицы и давления окружающего газа. В рамках данной математической модели выявлено также влияние размера газового слоя вблизи частицы на интегральные параметры воспламенения.

Исследован ряд аспектов численного моделирования структуры детонационных ячеек. Рассмотрены различные режимы детонации: от слабой до сильнонеустойчивой. Используемый подход основан на рассмотрении двумерных уравнений динамики невязкой жидкости с одностадийной химической реакцией. Проведена серия расчетов, направленных на установление требований, выполнение которых позволяет добиться высокой точности численного моделирования структуры детонационных ячеек. Основное внимание уделено изучению динамики фронта ударной волны и эволюции ячеистых структур. Проведено систематическое исследование влияния предэкспоненциального множителя, шага сетки, временного шага, длины расчетной области и граничного условия на выходе на ячеистую структуру и размер ячеек. Определен требуемый шаг численной сетки, и проведено его сравнение с различными масштабами длины, связанными со структурой стационарной детонационной волны Зельдовича — Неймана — Дёринга. Впервые предложено общее правило для выбора разрешающей способности сетки: для корректного моделирования структуры детонационных ячеек необходимо, чтобы минимум 5 точек сетки приходилось на зону тепловыделения соответствующей стационарной детонационной волны Зельдовича — Неймана — Дёринга.

Приведены результаты измерения температур начала быстрого разложения при нагревании девяти промышленных азокрасителей. Измерены энтальпии образования трех азокрасителей и рассчитаны параметры их взрывного превращения. Показано, что среднее отклонение значений температуры вспышки, рассчитанных с использованием кинетических параметров реакций распада и расчетных значений теплот взрыва азокрасителей, от экспериментальных составляет 4.5%.

Экспериментально исследовано инициирование слабопрессованных порошков азида свинца плотностью не более 1.2 г/см³ к действию лазерного излучения с длиной волны 1.06 мкм в широком диапазоне длительностей импульса (10^-5 ÷10^-3 с). Показано, что порог зажигания слабопрессованных образцов не изменяется с увеличением длительности лазерного импульса. Обнаружено, что в продуктах взрыва содержатся расплавленные частицы свинца, размеры которых на порядок больше размеров аналогичных частиц при взрыве образцов плотностью 4.0 г/см³.

Для ряда органических ВВ состава CHNO сопоставлены экспериментальные значения критического давления возбуждения взрыва с максимально возможными теплотами взрыва, являющимися энергетическими константами конкретных ВВ. Установлена корреляционная зависимость между этими величинами. Показано, что увеличение энтальпии образования молекул ВВ является главным фактором повышения технологической и эксплуатационной чувствительности. Указаны пути регулирования критического давления. Оценены предельные значения теплоты взрыва, исключающие практическое использование того или иного ВВ.

Рассмотрены механизмы структурообразования в процессе детонационно-газового нанесения покрытий из интерметаллических соединений TiAl₃ и Ni₃Al, полученных в равновесных и неравновесных режимах синтеза. Установлено, что при нанесении TiAl₃ наблюдается полная наследственность фазового состава независимо от режима синтеза. При нанесении Ni₃Al структура покрытия также не зависит от режима синтеза и состоит из двух фаз — Ni₃Al и NiAl, при этом кристаллическая структура изменяется по толщине покрытия. Сравнительные испытания на разрушение покрытий методом ударно-абразивного воздействия выявили преимущества покрытий из TiAl₃ по сравнению с покрытиями на основе Ni₃Al и на основе диборида титана.

Наноструктурный поликристаллический диоксид титана получен в процессе газовой детонации и пирогидролиза. В качестве сырья использован тетрахлорид титана (TiCl₄) в газовой фазе, а в качестве источника энергии — предварительно смешанные газы O₂ и H₂. Продукты представляют собой смесь кристаллов TiO₂, находящегося в фазе рутила (80%) и анатаза (20%).

Разработаны расчетные и экспериментальные методы моделирования (с использованием действия взрыва и удара) волновых процессов в стенках взрывной камеры импульсных ядерных энергетических установок при воздействии мощного рентгеновского излучения. Как показывает сравнение, экспериментальные и расчетные параметры ударных волн при взрывном и ударном нагружениях различных материалов удовлетворительно согласуются между собой. Разработанными методами проведено исследование поведения жидкой теплозащитной пленки Li₁₇Pb₈₃ на стенке взрывной камеры, когда импульс отдачи, вызванный испарением, является основным фактором нагрузки. Рассмотрены возможности снижения взрывных нагрузок на стенки.

Выполнен анализ результатов экспериментов, проведенных на баллистической установке по соударению металлических сферических ударников с цилиндрическими мишенями из эпоксидной смолы (как с наполнителем в виде микрочастиц Al₂O₃, так и без него). Скорости соударения ограничивались диапазоном 0.6 ÷ 1.1 км/с, так как при больших скоростях происходило полное разрушение мишеней. В диапазоне рассмотренных скоростей соударения зафиксированы каналы почти цилиндрической формы, в конце которых сохранялся застрявший ударник. На основе ранее установленной зависимости глубины канала от энергии удара, от отношения плотностей материалов ударника и мишени, а также от предела прочности материала мишени на растяжение проведена оценка прочности эпоксидной смолы с наполнителем. Установлено, что при массовой доле наполнителя, равной 0.4, прочность мишени увеличивается примерно в 1.5–2 раза.

Исследованы процессы нитридообразования при горении в воздухе в режиме СВС микронного порошка титана и его смесей с добавками. Показано, что выход TiN, полученного при горении порошка Ti в воздухе, выше, чем при горении в азоте в режиме СВС порошков той же дисперсности. Механизм образования TiN определяется, вероятно, реакцией промежуточного продукта TiO с азотом воздуха.