Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2010 номер 1

Получены аналитические выражения для скорости продвижения теплового ножа в нескольких режимах его работы, а также определены условия смены режимов.

Рассмотрены условия применения электрических разрядов для лабораторного моделирования газодинамических процессов при грозах. Разработаны методы экспериментального моделирования молнии и грома разрядом конденсаторных батарей. Критерии моделирования получены из общих уравнений, определяющих модельные и натурные процессы. Приведены результаты измерения параметров канала и ударной волны при мощных электрических разрядах в модельных опытах. Дано сравнение опытных данных с расчетами действия взрыва по разным методикам. Определены тротиловые эквиваленты электрических разрядов, моделирующих грозовые явления. Оценены энергия, выделившаяся в молнии, при обработке ее фотографий, параметры ударных волн в ближней зоне и звуковых возмущений на больших расстояниях в воздухе и грунте.

Приведены результаты проверки лабораторных экспериментов крупномасштабными натурными испытаниями по тушению двух типов модельных очагов пожаров с помощью аэрозолей растворов солей. Эксперименты показали, что кратковременное воздействие аэрозольного облака водного раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆] на фронт пламени низового лесного пожара приводит к подавлению газофазного горения, а в случае модельного очага пожара класса А (горящая древесина) &mdasch; к его полному гашению. Минимальная гасящая массовая концентрация K₃[Fe(CN)₆], составляющая 4.5 г/м³, в этих сериях опытов близка к измеренной ранее в лабораторных экспериментах. Установлено, что при тушении пожара с помощью аэрозоля водного раствора K₃[Fe(CN)₆] объемный расход такого пламегасителя в 30 раз меньшенормативного расхода чистой воды при тушении из брандспойта.

Исследовано поведение при нагреве и горении наноразмерных алюминиевых частиц в комбинации с другими компонентами смесевых твердых топлив. Использованы наноразмерные алюминиевые частицы, произведенные в нашем институте методом электровзрыва проволок в инертной среде. Эксперименты с высокоскоростным нагревом различных смесей топливных компонентов выполнены на нагревательном столике микроскопа. Влияние введения наноразмерного алюминия вместо микронного в средний слой слоевой системы (сэндвича) анализировали посредством измерения скорости горения и изучения погашенных и отобранных алюминиевых агломератов с использованием сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Сэндвичи со средней пластинкой, содержащей наноразмерный алюминий, имеют несколько более высокую скорость горения и несколько меньшие размеры агломератов на погашенной поверхности, чем аналогичные сэндвичи с алюминием микронного размера. Диапазон (1÷5 мкм) размеров агломератов, образованных из наноразмерного алюминия, указывает на более высокую степень агломерации наноалюминия по сравнению с микроалюминием. При этом, однако, размеры агломератов, образованных из наноалюминия, малы по сравнению с агломератами, образованными из микроалюминия. Это подтверждается данными о размерах погашенных и отобранных агломератов, покидающих поверхность горения смесевого топлива, содержащего наноалюминий.

Проведено исследование условий реализации статического теплового взрыва в механически активированных смесях Ti—C—Ni. Установлено, что механическая активация смесей в планетарной шаровой мельнице в течение 30÷180 с приводит к снижению температуры инициирования реакции на 1000÷600° по сравнению с традиционным процессом СВС. Приведены результаты рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов активированных смесей и продуктов теплового взрыва. Результатом синтеза является соединение TiC в сплошной никелевой матрице.

Методами ИК-спектроскопии, дифференциального термического анализа и рентгеновской дифракции исследована механическая активация смеси оксида кремния с алюминием. Показано, что при использовании в качестве прекурсора механокомпозита SiO₂/Al методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза можно получить композит Si/Al₂O₃ с высокой дисперсностью и равномерным распределением компонентов.

Приведены результаты исследования теплового взрыва смесей состава 3Ni+Al после предварительной механической активации в планетарной шаровой мельнице. Установлено снижение температуры инициирования и эффективной энергии активации взаимодействия реагентов до аномально низких значений. Приведены результаты рентгенофазового и электронно-микроскопического исследования продуктов теплового взрыва и исходных смесей в зависимости от времени механической активации.

Экспериментально исследованы режимы взрывного превращения, инициируемые после взаимодействия детонационной волны с проницаемой перегородкой. Установлено, что за перегородкой могут реализовываться такие режимы взрывного превращения, как детонация, переход горения в детонацию, квазистационарный комплекс <ударная волна — фронт пламени> и затухающая ударная волна с отстающим от нее пламенем. Определено влияние чувствительности смеси и параметров перегородки на возможность реализации того или иного режима взрывного превращения, прослежена динамика их развития вблизи перегородки. Показано, что взаимодействие с перегородкой комплекса <ударная волна — фронт пламени> может приводить к инициированию детонации за ней.

Приведены результаты экспериментального исследования в проточной кольцевой цилиндрической камере наружного диаметра 30.6 см. Изучалось влияние добавки воздуха в продукты непрерывной спиновой детонации водородовоздушной смеси и в зону смесеобразования на параметры детонационных волн, на давление в камере и удельный импульс. Область реализации непрерывной спиновой детонации водородовоздушной смеси расширена до удельных расходов смеси 560 кг/(с·м²) и коэффициента избытка горючего 0.5÷4.4. Показано, что добавка воздуха снижает скорость детонации, увеличивает давление в камере и тягу, уменьшает удельный расход топлива. При этом возрастают потери полного давления, связанные с процессом смешения и подводом тепла к более холодному газу. В камере сгорания исследуемой геометрии минимальное достигнутое значение удельного расхода водорода составило 0.04 кг/(ч·Н).

Экспериментально определено начало механического разрушения монокристалла азида серебра в условиях импульсного лазерного инициирования. Результаты получены тремя независимыми методиками: сравнительным измерением сигнала взрывного свечения, регистрируемого со всего объема экспериментальной ячейки и из зоны воздействия; измерением сигнала проводимости продуктов взрыва; измерением сигнала акустического датчика. Показано, что момент начала разрушения образца и выброса продуктов взрыва приходится на область максимума интенсивности свечения, регистрируемого из зоны воздействия импульса.

Исследуется детонация в смесях нитрометана с метанолом в качестве инертного (невзрывчатого) разбавителя. В экспериментах по подрыву смесей в стальных трубах различного диаметра получена информация о влиянии степени разбавления на детонационную способность. При неустойчивом фронте детонации во всех исследуемых смесях регистрировались профили массовой скорости с характерным для детонационных волн химпиком. Это позволяло выделить состояние Чепмена—Жуге и получить достаточно полный набор детонационных параметров. Установлена зависимость давления в продуктах детонации от концентрации метанола, которая необходима, в частности, для нахождения истинного (абсолютного) предела распространения детонации по концентрации разбавленных жидких взрывчатых веществ методом, предложенным и обоснованным А. Н. Дрёминым. Обращено внимание на противоречие некоторых результатов с одномерной теорией детонации.

Рассмотрены взрывчатые и физико-химические свойства пористых смесей на основе аммиачной селитры, карбамида и алюминиевой пудры. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии построена диаграмма плавкости системы аммиачная селитра/карбамид. Установлен критический диаметр детонации при плотности зарядов 0.6÷0.7 г/см³. Определена зависимость плотности заряда от степени заполнения изложницы расплавом. Измерена скорость детонации при различных плотностях. Предложено объяснение расхождения экспериментальных и расчетных значений.

Определена чувствительность к удару 58 жидких взрывчатых веществ (ВВ) и расплавов твердых ВВ. Получены корреляционные соотношения между показателем чувствительности жидких ВВ и максимальной объемной теплотой взрыва, которые позволяют прогнозировать чувствительность жидких ВВ исходя из физико-химических свойств и элементного состава ВВ. Рассмотрен вопрос о предельных возможностях жидких ВВ.

Метод оптической пирометрии применен для определения температуры ударного сжатия до 51 ГПа фторопласта-4 — полимера, характеризующегося сильным рассеянием света в несжатом состоянии. Рассмотрены условия, при которых относительные спектральные характеристики излучающего слоя ударно-сжатого фторопласта близки к спектральным характеристикам рассеянного излучения, регистрируемого с торца образца. Описан пирометр для измерения отношения спектральных яркостей на четырех длинах волн из диапазона 380÷ 630 нм. Проведена аппроксимация измеренных относительных спектральных яркостей кривой Планка, нормированной на единицу на длине волны 630~нм. На основе аппроксимации сделан вывод о тепловом характере регистрируемого излучения. Среднее значение температуры по четырем опытам 3100± 200 К. Проведено сравнение измеренной температуры с опубликованными ранее результатами расчета.

На основе двух математических моделей проведены исследования взаимодействия падающей ударной волны со слоем пористого материала, расположенного около твердой стенки. Слой моделируется смесью твердой и газообразной фаз и рассматривается на основе уравнений механики равновесной гетерогенной среды с учетом давления только газа, а также на основе модели двух сжимаемых сред с равными парциальными давлениями компонентов. Проведена верификация используемых подходов посредством сопоставления результатов численных расчетов с данными эксперимента.

Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования задачи о компактировании в ударной волне металлического порошка, заключенного в металлический контейнер с поперечной перегородкой. Показано, что внутренние напряжения в перегородке создают возмущения, которые развиваются при взрывном нагружении и сжатии перегородки вместе с порошком. В сочетании с потерей прочности в порошке, имеющей место при затекании пор, это приводит к волнообразованию на перегородке.

Быстрое повышение давления за фронтом детонации, которое сопровождает газовый взрыв, может привести к серьезному разрушению тонкостенных структур, особенно если их материал содержит маленькие внутренние трещины. Взрывное разрушение таких структур исследовано с использованием трехмерного метода со свободными сетками. Проведено сравнение результатов численного анализа с данными экспериментов.

Сочетанием методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и квазидинамического высокоскоростного прессования получен прочный термостабильный мезокомпозит, содержащий наноразмерные частицы диборида титана — TiB₂. Использование метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза обеспечило получение упрочняющего компонента мезокомпозита — нанокомпозита с размером частиц TiB₂, равным ≈ 100 нм. Квазидинамический метод изготовления материала, характеризуемый большими деформациями, определил самоорганизацию микроструктуры мезокомпозита при сохранении размера упрочняющих частиц TiB₂ в структуре включений. Механические свойства мезокомпозита существенно превосходят свойства матрицы композитов.

При горении гетерогенных систем с образованием конденсированных продуктов реакции зарегистрировано широкополосное излучение в дальней ультрафиолетовой (УФ) области спектра (до 200 нм). Показано, что УФ-излучение формируется при горении в различных газах (He, Ar, N₂) и имеет наибольшую интенсивность в гелии при давлении 25 кПа. Предполагается, что данное излучение обусловлено процессами хемоионизации газа, разделением зарядов в продуктах горения и последующими микропробоями.