Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2009 номер 5

С целью проверки применимости теории Зельдовича для скорости распространения пламени с разветвленными цепными реакциями проведены расчеты на основе детального механизма и по формулам приближенной теории Зельдовича с уточненным механизмом рекомбинации атомов водорода для стехиометрических водородокислородной и водородовоздушной смесей в диапазоне давлений 47.5 Торр÷1 атм. Установлено соответствие полученных результатов. Приближенная теория Зельдовича для пламени с разветвленными цепными реакциями при определяющей роли рекомбинационных процессов приводит к разумной физической картине и позволяет получить приближенные формулы для скорости распространения пламени.

Теоретически и численно изучено влияние гидродинамической неустойчивости на скорость распространения и форму сходящегося цилиндрического пламени. Теоретические исследования выполнены в рамках нелинейного эволюционного уравнения для возмущенного фронта пламени, которое может быть выведено из общей модели аналогично уравнению Сивашинского. Явление искривления поверхности сходящегося пламени, приводящее к уменьшению времени выгорания объема свежей смеси, исследовано посредством анализа точных решений нелинейного эволюционного уравнения и численного моделирования в рамках полной гидродинамической модели. Выявлены физические процессы, определяющие динамику сходящегося цилиндрического пламени.

Изучалось вихревое диффузионное метановоздушное пламя, стабилизированное при атмосферном давлении в модельной газотурбинной горелке. В исследованном пламени с тепловой энергией 10 кВт и коэффициентом избытка горючего 0.75 наблюдались четко выраженные термоакустические осцилляции частотой 295 Гц. Главная цель работы — детальное экспериментальное исследование поведения пламени для лучшего понимания механизма стабилизации пламени и механизма обратной связи в термоакустической неустойчивости горения. Для определения формы пламени и оценки скорости тепловыделения использовали метод визуализации хемилюминесценции ОН*. Одновременное определение концентраций основных компонентов, их соотношения и температуры газа проводили методом лазерного рамановского рассеяния. Поля скоростей газа измеряли методом визуализации трассирующих частиц, в двумерной и трехмерной модификациях, одновременно с измерением планарной лазерно-индуцированной флюоресценции. Динамическое давление в камере сгорания определяли при помощи микрофонных зондов. В поле скоростей потока наблюдались коническая зона притока свежих газов, внутренняя и внешняя зоны рециркуляции. В мгновенных структурах пламени преобладали турбулентные флуктуации, однако коррелированные по фазе измерения выявили фазозависимые изменения всех измеренных характеристик. Представлены примеры полученных экспериментальных данных, охарактеризованы основные черты поведения пламени, объяснено явление обратной связи осцилляций, обсужден механизм стабилизации пламени.

Приведены результаты экспериментального исследования динамики фронта пламени гомогенной пропановоздушной смеси при импульсном воздействии электрического поля. Установлено, что скорость движения участков поверхности фронта, обращенных к разнополярным электродам, неодинакова. Наблюдаемые эффекты можно объяснить гидродинамическим действием ионного ветра.

Рассматривается математическая модель фильтрационного горения в трехмерной постановке, фронт которого распространяется по цилиндрическому образцу, спрессованному из порошка твердого реагента и помещенному в окислитель. Исследуются характеристики спиновых волн в зависимости от давления окружающего образец газа. Показано, что при низких давлениях по образцу распространяются стационарные волны поверхностного горения, при более высоких давлениях — спиновые волны, характеристики которых с ростом давления могут меняться немонотонно, а точка с максимальной температурой может находиться в глубине образца.

Численно решена задача зажигания типичного жидкого горючего вещества одиночной, разогретой до высоких температур частицей металла на базе газофазной модели воспламенения, учитывающей теплопроводность, испарение жидкости, диффузию и конвекцию паров горючего в воздухе, кристаллизацию частицы, формирование парового зазора между частицей и жидкостью, зависимость теплофизических характеристик взаимодействующих веществ от температуры, влажность воздуха. Установлены масштабы влияния начальной температуры, размеров и формы частицы на инерционность исследуемого процесса. Определены предельные значения характерных параметров источника зажигания (начальная температура и размеры) и влажности воздуха, при которых реализуются условия воспламенения.

Установлено, что при механической активации смеси, содержащей железо, алюминий и оксид железа, происходит механохимическое восстановление оксида железа и образуется наноструктурный механокомпозит Fe/Al/Al₂O3. Из такого композита в качестве прекурсора в процессе высокотемпературного самораспространяющегося синтеза (СВС) получен композит FeAl/Al₂O3, сохраняющий морфологию и размерные характеристики прекурсора. При механической активации смеси железа, алюминия и оксида хрома полного восстановления последнего не происходит, однако при СВС также образуется нанокомпозит интерметаллид/оксид, атомы хрома в котором входят в структуру алюминида железа.

Обосновано применение микротермопарной методики, кратко изложены результаты изучения с ее помощью физики горения конденсированных веществ, в частности гексогена и октогена. Проанализированы возможности масс-спектрометрических (с пробоотбором) и оптических методик изучения химизма процессов в газовой фазе волн горения — на примере гексогена и октогена. Кратко обсуждены результаты измерений. Указаны ограничения, налагаемые на методики. Предложен метод уточнения химизма процессов в волнах горения.

Обсуждается возможность существования стационарного режима работы малых двигателей. Более подробное исследование известного частотного уравнения позволило для рассмотренной физической постановки дать и более полную "карту устойчивости" работы малых двигателей. При этом оказалось, что в некоторой области значений параметров ν, r (характеризующих зависимость скорости стационарного горения от давления и зависимость температуры поверхности от начальной температуры) горение в малом двигателе устойчиво, а в большом — нет.

При использовании естественного предположения к форме записи калорического уравнения состояния (внутренней энергии) среды для одномерного движения получены так называемые градиентные соотношения, устанавливающие однозначное соответствие между первыми частными пространственными производными давления, плотности, массовой скорости (градиентами параметров) на фронте ударных и детонационных волн и производной по времени (ускорением) самого фронта. Предположение основано на том, что с учетом термического уравнения состояния полную внутреннюю энергию, включающую в себя кроме термодинамической части и потенциальную химическую энергию,

Численно исследуется процесс дифракции плоской детонационной волны в однородной стехиометрической взвеси мелких частиц алюминия в кислороде на обратном уступе плоского канала. Анализируется влияние размера частиц и геометрических параметров канала на волновую картину и режимы распространения. Установлены аналогии с соответствующими течениями в газовых смесях. Выявлены характерные отличия, обусловленные процессами межфазного взаимодействия.

Экспериментально и теоретически исследована устойчивость распространения непрерывной детонации в камере сгорания, состоящей из двух коаксиальных цилиндров при различной скорости входящей смеси. Показано, что детонация стабилизируется при скоростях как больших, так и меньших скорости детонации Чепмена—Жуге.

Проведено комплексное расчетно-экспериментальное исследование непрерывной спиновой детонации смеси Н₂ — О₂ в кольцевых цилиндрических камерах сгорания проточного типа диаметром 4 и 10 см, в которые водород подавался через форсунки, а кислород — сплошным потоком через кольцевую щель. Исследована структура течения при варьировании расходов компонентов смеси и ширины щели для подачи кислорода. Определена область существования непрерывной спиновой детонации при изменении относительной ширины щели и диаметра камеры в зависимости от коэффициента избытка горючего и удельного расхода компонентов смеси. В двумерной нестационарной постановке при соответствующих экспериментам геометрических параметрах камеры численно решена задача о динамике вращения поперечной детонационной волны. Получено удовлетворительное соответствие результатов расчетов и данных экспериментов по скорости детонации и среднему давлению в камере. Показано, что из-за отсутствия в газодинамической модели процесса смешения компонентов геометрические размеры поперечных детонационных волн уменьшаются, а их число увеличивается практически в два раза.

Рассмотрены эмульсионные взрывчатые вещества (ВВ) со скоростью детонации до 2÷3 км/с. Особенностью композиций является большое количество в их составе полых микросфер из стекла. Приведены примеры использования низкоскоростных эмульсионных ВВ для плакирования металлических пластин фольгами толщиной до 0.1 мм и сварки трубки малого диаметра со стальной втулкой в параллельной схеме сварки взрывом.

Рассмотрен процесс воздействия ядерных зарядов на опасные космические объекты с целью предотвращения столкновения с Землей. Основное внимание уделено анализу двух задач: сообщение малым космическим телам (МКТ), обнаруженным на достаточном удалении от Земли, импульса, способного отклонить их траекторию на безопасное расстояние от планеты; разрушение МКТ ядерным взрывом на части, достаточно мелкие по сравнению с исходным телом, чтобы их встреча с Землей не привела к катастрофе. Оценено энерговыделение ядерных зарядов, необходимое для выполнения поставленной задачи. На примере гипотетического МКТ типа астероида Икар показан процесс его дробления на существенно меньшие по размеру фрагменты.

Приведены результаты исследования механической чувствительности фуразано-1,2,3,4-тетразин-1,3-диоксида. Измерено критическое давление инициирования взрыва, и проанализирована чувствительность этого вещества в сравнении с инициирующими и вторичными ВВ.