Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2009 номер 6

Изучалось влияние добавок CO₂ и H₂O на бедные и богатые ламинарные пламена перемешанных смесей CH₄ с воздухом. Экспериментально и численно исследовано шесть пламен, стабилизированных на плоской горелке при атмосферном давлении: бедные (эквивалентное соотношение φ = 0.7) и богатые (φ = 1.4) пламена смесей CH₄—воздух, CH₄—CO₂—воздух и CH₄—H₂O—воздух. Отношения [CO₂]/[CH₄] и [H₂O]/[CH₄] поддерживали равными 0.4 для всех пламен. Профили концентраций компонентов измерялись с помощью газовой хроматографии и фурье-преобразования инфракрасного спектра образцов газа, отобранных вдоль вертикальной оси кварцевым микропробоотборником. Структура пламени вычислялась с помощью кода ChemkinII/Premix. Для вычисления скоростей пламени и концентрационных профилей были использованы четыре детальных механизма: GRI-Mech 3.0, Dagaut, UCSD и GDFkin®3.0.

Рассмотрены процессы вихреобразования при диффузионном горении топлива в сверхзвуковом высокотемпературном воздушном потоке. Анализируются результаты экспериментальных и расчетных работ по исследованию масштаба вихрей, изменения их размера, взаимосвязи с волновой структурой течения и интенсивностью горения.

Предложена сопряженная распределенная математическая модель для описания воспламенения и горения частицы магния с учетом окружающей ее газовой области. Процесс горения моделируется в рамках однофазной задачи Стефана. Проведена верификация модели по известным экспериментальным значениям времен воспламенения и горения в различных условиях.

Численно исследовано нестационарное распространение волны безгазового горения в цилиндрическом образце с резко меняющимся диаметром. В зависимости от параметров Зельдовича и Аррениуса рассчитаны значения критического диаметра меньшего цилиндра, поджигающего больший, при которых происходит срыв горения. При диаметре больше критического волна горения переходит в полуограниченный объем реакционной среды. Показано, что критический диаметр является характеристикой реакционной среды.

Исследовались процессы восстановления оксида никеля алюминием и синтеза алюминидов никеля методами ИК-спектроскопии, рентгеновской дифракции (в том числе с использованием синхротронного излучения) и электронной микроскопии. Варьированием состава исходной смеси (оксид никеля + алюминий + никель) и комбинацией механической активации и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получены композиты, состоящие из алюминидов никеля и оксида алюминия.

Описана методика получения ультрадисперсных порошков нитраминов и алюминизированных нанокомпозитов на их основе. Методом распылительной сушки растворов получены порошки гексогена (RDX), октогена (HMX), 2,4,6,8,10,12-гексанитрогексаазаизовюрцитана (HNIW, CL-20) со средним размером кристаллов около 1 мкм. Результаты рентгенофазового анализа показали, что получаемый нитрамин образуется в кристаллически нестабильном фазовом состоянии, время релаксации в стабильное фазовое состояние составляет несколько десятков суток. Опытные партии взрывчатых алюминизированных нанокомпозитов производились методом распылительной сушки суспензии наноалюминия (nAl) в растворе нитраминов, при этом массовое содержание nAl составляло 5, 15 и 25%. Исследовано влияние состава барьерного покрытия на поверхности nAl (оксидное, органическое на основе ненасыщенных карбоновых кислот, кремнийорганическое на основе органосилазанов) и размера nAl на структуру получаемого нанокомпозита. Обсуждается влияние условий распыления суспензии на особенности структуры нанокомпозитов.

Проведен анализ существующих представлений о влиянии растягивающих деформаций на скорость горения топлив. Показано, что основным механизмом повышения скорости горения смесевых топлив при растяжении является отслоение связующего от частиц окислителей, образование дополнительной поверхности горения и изменение структуры зоны горения. Для описания этого эффекта разработана реологическая модель смесевого твердого топлива, учитывающая отрыв связующего от дисперсных частиц наполнителей (окислителей, охладителей, металлов и др.). Установлен критерий, описывающий различие в поведении топлива при растяжении с отрывом связующего от частиц и при растяжении этого же материала без возникновения внутренних дефектов. Предложен метод экспериментального определения количества дефектов, возникающих в топливе при растяжении, основанный на анализе диаграммы растяжения материала. Разработана математическая модель горения смесевого топлива в условиях растяжения, учитывающая отрыв связующего от частиц окислителей и образование дополнительной поверхности горения. Установлена корреляция между изменением скорости горения топлива при его растяжении и параметрами диаграммы растяжения топлива. Разработан метод, позволяющий предсказывать изменение скорости горения топлива при его растяжении по форме диаграммы растяжения топлива.

Выполнено экспериментальное исследование обращенного процесса слоевой газификации бурого угля на воздушном дутье. Дано определение скорости обращенного процесса газификации. Получены зависимости основных характеристик работы газификатора (скорости процесса, скорости тепловой волны, производительности по горючему газу и среднетемпературному коксу) от фракционного состава исходного угля и расхода дутьевого воздуха. Выполнен анализ взаимосвязи технологических характеристик процесса и его управляющих параметров. Определены целевые режимы использования данного технологического процесса, сформулированы способы его интенсификации.

Для реакций горения с разветвленно-цепной кинетикой масштабы времени индукции и тепловыделения меняются независимо и могут как существенно различаться, так и быть сравнимы в зависимости от начальных условий. Проведено теоретическое исследование влияния скорости и кинетического закона тепловыделения на механизмы и условия формирования ударной волны в пространственно неоднородной воспламеняющейся среде — первой стадии инициирования детонации в системах с градиентом времени индукции. В основе исследования лежит метод транспортных уравнений, развитый авторами ранее.

Численно исследовалось влияние профиля стенок осесимметричной трубы на переход ударной волны в детонационную. Установлены качественные особенности и количественные характеристики механизма инициирования детонации, реализующегося в трубе с параболическим участком профиля стенки и коническим расширением. Результаты расчетов представлены в виде <детонационных кривых> в пространстве <угол наклона профилированного участка — число Маха начальной ударной волны> для различных величин блокировки трубы.

Представлены расчетные и экспериментальные данные о важнейших параметрах горения и детонации предельных углеводородов C_nH_2n+2 (от метана до эйкозана) в смесях с кислородом и воздухом в широком диапазоне изменения начальных параметров: давления, температуры, концентрации топливного компонента и его фазового состояния.

Приведены результаты расчетно-экспериментального исследования непрерывной спиновой детонации смеси Н₂—О₂ в проточных кольцевых камерах с расширением канала, в которые кислород подавался сплошным потоком через кольцевую щель, а водород — через форсунки. Впервые в указанных камерах реализовано и исследовано сжигание водородокислородных смесей в непрерывно вращающихся (спиновых) и пульсирующих детонационных волнах при истечении продуктов в вакуумированную емкость с повышением противодавления, а также в атмосферу. Определена область реализации непрерывной детонации. Проведена верификация математической модели по результатам экспериментов и получено удовлетворительное соответствие основных параметров детонации: структуры поперечных детонационных волн и их скорости, давлений в камере и системе подачи.

Проведено экспериментальное исследование пороговой энергии инициирования взрывного разложения монокристаллов азида серебра импульсным лазерным излучением при различных диаметрах зоны облучения. Установлено, что при уменьшении диаметра зоны облучения от 1000 до 10 мкм пороговая плотность энергии инициирования взрыва повышается более чем на порядок. Показано, что эту зависимость нельзя объяснить светорассеянием, диффузией реагентов или передачей тепла из зоны реакции.

Исследуется детонационная способность малочувствительных многокомпонентных взрывчатых составов на основе гексогена или октогена, содержащих 12÷20% полимерного связующего и, при необходимости, перхлорат аммония и алюминий. На основе разработанной ранее автором теории критического диаметра детонации неоднородных высокоплотных зарядов взрывчатых веществ получена аналитическая зависимость критического диаметра зарядов малочувствительных составов от содержания взрывчатого компонента. Обсуждается влияние размера частиц взрывчатого компонента на критический диаметр. При содержании взрывчатого компонента в пределах 5#0247;70% достигнуто удовлетворительное согласие с известными экспериментальными данными.

Приведены экспериментальные и расчетные детонационные характеристики мощных и малочувствительных взрывчатых веществ (ВВ). Отмечены особенности высоководородных ВВ. Рассмотрена связь величин, характеризующих мощность и чувствительность ВВ, со структурой их молекул. Обсуждены перспективы создания мощных ВВ.

Рассматриваются условия ударно-волнового плавления алмазных порошков. Для порошков различной пористости рассчитаны ударные адиабаты в координатах (p,u) и (p,T), а также давления начала и окончания равновесного плавления. Анализируется тепловая неравновесность процесса ударного сжатия порошков. Рассчитаны давления начала плавления вблизи пор. Рассмотрены особенности плавления в ударной волне порошков детонационных наноалмазов. Результаты расчетов показали, что с помощью взрыва плавление алмазных порошков возможно только в условиях кумуляции энергии.

Приведены результаты экспериментов по определению порогового уровня плотности энергии лазерного импульса, приводящего к взрывному превращению исследуемых смесей. Показана принципиальная возможность использования методики лазерного инициирования для экспрессного тестирования смесей варьируемого состава и структуры.