Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2008 номер 6

Чтобы изучить причины образования сверхравновесных концентраций радикалов, совместно рассматривались экспериментальные данные по распределению молекул СН и ОН при диффузионном горении этанола и данные по переносу тепла в области химического реагирования. В опытах с горением в окрестности лобовой точки сферы скорость воздушного потока 0.7 м/с, в случае обтекания плоской поверхности она составляла 10 м/с (степень турбулентности 1 и 18 %). Проведен анализ взаимного расположения особенностей в распределении скорости тепловыделения и температуры, которые сопоставлялись с данными по распределению радикалов ОН и СН. Для всех рассмотренных уровней турбулентности и скорости обтекания максимальная концентрация радикалов достигалась на границах области тепловыделения, положение которых определяется механизмами молекулярного переноса. Показано, что этот вывод применим к опытным данным по диффузионному горению затопленной струи водорода в воздухе.

Предложена математическая модель, позволяющая рассчитать амплитуду вынужденных колебаний давления в камере сгорания жидкостного ракетного двигателя, вызванных периодическим изменением площади критического сечения сопла с учетом акустических свойств зоны горения. Приведены результаты расчетов для ряда частных случаев.

Выполнена экспериментальная проверка возможности реализации схемы газогенератора, в котором процесс тепловыделения регулируется подачей газообразного окислителя. В качестве горючего использовались газообразный водород, жидкий бензин и твердый уротропин (сухой спирт). Показано, что при горении различных видов горючего работа газогенератора предлагаемой схемы является устойчивой, давление в камере сгорания газогенератора не превышает давление подачи окислителя и четко соотносится с изменением расхода окислителя. Расчеты по квазистационарной модели позволили определить все параметры процесса, включая те, которые не измерялись в эксперименте. В частности, установлено, что температура продуктов сгорания составляет 600Г÷1900 К, а из газогенератора выходит высокотемпературная смесь, содержащая непрореагировавшее горючее (коэффициент избытка воздуха α= 0.55Г÷2.30).

Методом зондовой молекулярно-пучковой масс-спектрометрии исследована химическая структура пламени октогена при горении в воздухе при давлении 1 атм. Вблизи поверхности горения впервые зарегистрированы пары октогена. Всего в пламени октогена идентифицировано 11 веществ (H₂, H₂O, HCN, N₂, CO, CH₂O, NO, N₂O, CO₂, NO₂ пары октогена) и измерены профили их концентраций. Характер горения октогена нестабильный. На профилях концентраций веществ зарегистрированы периодические пульсации, связанные с изменением скорости горения октогена. Структура пламени октогена на различных расстояниях до поверхности горения определена с использованием среднего значения скорости горения. Выделены две основные зоны химических реакций в пламени. В первой зоне шириной ≈0.8 мм, прилегающей к поверхности горения, происходят разложение паров октогена и реагирование NO₂, N₂O и CH₂O с образованием HCN и NO. Во второй зоне шириной ≈0.8Г÷1.5 мм идет реакция окисления HCN оксидом азота с образованием конечных продуктов горения. Проанализирован состав конечных продуктов горения. Установлена брутто-реакция газификации октогена при давлении 1 атм. Проведены анализ и сравнение величин тепловыделения в конденсированной фазе, рассчитанных с помощью брутто-реакции газификации и уравнения теплового баланса на поверхности горения (с использованием литературных данных микротермопарных измерений).

Впервые проведено исследование закономерностей фильтрационного горения слоевой пористой засыпки, состоящей из чередующихся слоев смеси Ti+0.5C и титанового порошка при вынужденной спутной фильтрации азота. Протекание газа через образец обеспечивалось вакуумным насосом, подсоединенным к нижнему торцу засыпки. Наличие спутного потока газа кардинально меняет характер распространения фронта горения, структуру и состав получаемых продуктов. Слои, состоящие из карбонитрида и нитрида титана, составляют единое целое. Проведенные эксперименты закладывают научные основы для получения новых слоистых и композиционных керамических материалов в режиме динамического фильтрационного горения.

Представлена методика исследования эволюции монодисперсных частиц методом гашения/отбора, основанная на сопоставлении параметров совокупности частиц до и после горения. Для создания горящих 100-микронных алюминиевых агломератов использовали включения металлизированного топлива в форме цилиндров ∅130Г—150 мкм, внедренные в безметалльное топливо. В экспериментах со 100-микронными частицами алюминия последние также были внедрены в безметалльное топливо. Описаны процедуры гранулометрического и морфологического анализов частиц, определения их плотности, расчетов времени горения и времени пребывания в пламени.

Методом гашения/отбора исследована эволюция монодисперсных 100-микронных алюминиевых агломератов и сплошных частиц в пламени продуктов горения смесевого топлива при давлениях 0.7Г÷8 МПа. Время пребывания частиц в пламени варьировалось в диапазоне 6Г÷170 мс, тогда как расчетное время их горения ≈25 мс. Эволюция горящей частицы связана с расходованием металлического алюминия и накоплением оксида в форме колпачка, который после полного выгорания алюминия трансформируется в финальную сферическую частицу оксида. Измерена плотность финальных частиц оксида. Определено соотношение диаметров и масс начальной частицы металла и финальной оксидной частицы. Путем сравнения начального количества частиц металла и финальных частиц оксида получены данные о фрагментации частиц при горении. Существенных различий в исследованных характеристиках горения агломератов и сплошных частиц размером 100 мкм не выявлено. Установлено, что чем меньше размер горящей частицы, тем меньше оксида накапливается на частице и тем больше его уносится в виде оксидного дыма. Для 100-микронных частиц доля накопленного оксида составляет ≈0.1 от всей массы образованного оксида.

Установлено, что горение смесей азида натрия с оксидом алюминия и дихроматом калия на нижнем пределе по содержанию дихромата происходит в хаотичном автоколебательном режиме. Модификация структуры исходной смеси за счет увеличения размеров частиц дихромата от 40Г÷60 до 250Г÷500 мкм привела к значительной стабилизации параметров ее горения. В результате снижения энергоемкости составов на основе азида натрия удалось значительно уменьшить количество посторонних примесей и аэрозолей в генерируемом азоте. В рамках эстафетной модели горения гетерогенных систем показано, что в данных условиях скорость горения таких составов определяется временем нагрева до температуры зажигания частиц дихромата калия от соседних горящих частиц.

Экспериментально исследованы зависимости энергетических порогов и задержек зажигания прессованных образцов стехиометрической пиротехнической смеси перхлората аммония и ультрадисперсного алюминия от диаметра пятна облучения лазерным импульсом миллисекундной длительности. Обнаружен ярко выраженный размерный эффект. Найден характеристический размер, определяющий границу между широким и узким пучками воздействующего лазерного импульса. Обсуждается влияние оптических свойств исследуемого состава на ход размерных зависимостей. Рассмотрена связь между природой размерного эффекта и закономерностями светорассеяния в объеме порошкообразных пиротехнических смесей.

В двумерной нестационарной постановке сформулирована математическая модель непрерывно вращающейся детонационной волны в натекающем сверхзвуковом потоке в кольцевой камере сгорания. Исследована динамика волны в камере в случае газовой водородокислородной смеси. Впервые численно показана возможность реализации при сверхзвуковой скорости потока на входе в диффузор непрерывной спиновой детонации, исследована структура поперечных детонационных волн и область их существования в зависимости от числа Маха потока.

Методом меченых атомов проведено изучение синтеза наноалмазов, образующихся при детонации смесевых взрывчатых веществ. Исследованы сплавы тротила с гексогеном, октогеном, тэном, бензотрифуроксаном. Показано, что во всех случаях основная доля наноалмазов образуется из углерода ТНТ. Сделан вывод, что за время химической реакции в детонационной волне, распространяющейся в гетерогенных взрывчатых веществах, равновесные параметры не успевают установиться. В гомогенной смеси ТНТ/тэн отдельные компоненты реагируют совместно с образованием общих продуктов.

Предложена схема проведения эксперимента, позволяющая в одном опыте одновременно определять зависимости давления и плотности от времени. По полученным зависимостям можно проследить изменение фазового состояния вещества за ударным фронтом в координатах давление - объем и рассчитать изменение степени разложения взрывчатого вещества во времени после прохождения фронта ударной волны. Для взрывчатого состава на основе флегматизированного октогена получены зависимости формальной кинетики разложения за фронтом ударной волны.

Представлены результаты экспериментального и численного исследования взаимодействия металлического лайнера, разгоняемого с помощью взрыва до скорости несколько километров в секунду, с сосредоточенными элементами в виде пластины. Приведены также количественные данные параметров возмущений, передаваемых по этим элементам.

Экспериментально исследованы физические аспекты взрывного компактирования нанопорошков оксида алюминия различного фазового состава. Рассмотрены физические процессы, происходящие при консолидации наночастиц при импульсном воздействии. Определены условия сохранения наноструктуры материала при компактировании и последующем низкотемпературном спекании. Исследованы физико-механические свойства взрывных компактов и керамик на их основе. Получена керамика, характеризующаяся наноструктурой (размер зерна ≈200 нм), высокими значениями плотности (97 % от теоретической) и микротвердости (до 23.5 ГПа).

Проведено исследование эмиссионных эффектов гетерогенного горения в области ионизирующего излучения. На примере порошковой системы Ti-В показано, что протекание самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в режиме теплового взрыва сопровождается «мягким» рентгеновским излучением с оценочной энергией квантов ≈5 кэВ.

ДИСКУССИЯ

ДИСКУССИЯ