Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2010 номер 2

Полиазотистые соединения (содержащие только атомы азота) выступают в качестве перспективных кандидатов на роль высокоэнергетических материалов, могущих найти применение в ракетной технике. Высокое содержание энергии в них обусловлено значительной разницей энергии связей атомов азота. В частности, молекулярный азот (N₂) характеризуется уникально прочной тройной связью — 229 ккал/моль, тогда как энергия одиночной связи составляет лишь 38.4 ккал/моль. По теоретическим оценкам импульс реактивной силы при использовании полиазотистых соединений может достичь значения 350÷500 с, при этом плотность вещества может находиться в пределах 2.0÷3.9 г/см³. Представлен краткий обзор современного состояния экспериментальных и теоретических исследований в области химии полиазотистых соединений.

С целью исследования механизма химических превращений, имеющих место при горении компонентов дизельного топлива, изучена структура ламинарного пламени бедной предварительно перемешанной смеси метана и воздуха с добавкой индана. Молярный состав горючей смеси: 7.1% метана, 36.8% кислорода и 0.90% индана, что соответствовало коэффициенту избытка горючего 0.74 и соотношению C₉H₁₀/CH₄, равному 12.75%, в качестве газа-разбавителя использовался аргон. Пламя стабилизировалось на горелке при давлении 6.7 кПа, скорость газа на выходе из горелки составляла 49.2 см/с при температуре 333 К. Измерены концентрации основных продуктов сгорания метана C₀—C₂, 11 углеводородов C₃—C₅, 3 кислородсодержащих соединений C₁—C₃, a также 17 ароматических соединений, а именно: бензол, толуол, фенилацетилен, стирол, этилбензол, ксилолы, триметилбензолы, этилтолуолы, инден, метилиндан,

Проведено численное исследование роли реакций разветвления и обрыва цепи в процессах ингибирования и промотирования водородокислородных пламен. На основе результатов анализа чувствительности предложены способы оценки эффективности ингибирования и промотирования пламен, основанные на результирующей скорости образования атомов водорода и коэффициентов чувствительности скорости горения к константе скорости реакции разветвления. Также изучено влияние скорости выделения тепла в реакциях рекомбинации с участием ингибиторов и промоторов на скорость распространения пламен.

Экспериментально продемонстрирована возможность детектирования радикалов ОН и стабильных парамагнитных частиц NO в пламенах с использованием эффекта вращения плоскости поляризации излучения терагерцового диапазона (1÷10 ТГц) в магнитном поле (эффект Фарадея). Приведены экспериментальные данные по детектированию этим методом NO в кювете, а также радикалов ОН в пламени Н₂/O₂/N₂ при атмосферном давлении. Данный метод может быть применен для изучения сильно рассеивающих сред, непрозрачных в видимом диапазоне, например запыленных или сажистых пламен.

Проведено экспериментальное исследование горения в потоке пропановоздушных смесей в кварцевых трубках с внутренним диаметром больше, но порядка критического. Показано, что при встречном распространении пламени с увеличением скорости потока скорость пламени линейно уменьшается практически до нуля. В области нулевой скорости происходит переход режима высоких скоростей на стационарный режим со скоростями распространения, характерными для режима низких скоростей (РНС) фильтрационного горения газов (порядка 10^-4 м/с). Этот режим исследован и классифицирован как РНС-2 ввиду его особых свойств. Показано, что при дальнейшем увеличении скорости потока происходит стабилизация пламени в РНС-2. В различных диапазонах скоростей потока наблюдается неустойчивость фронта пламени различной природы.

Изучено гетерофазное горение силана вблизи первого предела воспламенения. Установлено, что реакция зарождения цепей на кварце в зоне горения водорода и силана проявляется как положительная обратная связь, усиливающаяся в процессе обработки стенки реактора продуктами разреженного пламени. Показано, что в пламени силана с кислородом при температуре 350÷500 ° кварцевая поверхность активируется как катализатор реакции гетерогенного зарождения цепей значительно сильнее, чем в пламени водорода. Показано, что рост концентрации атомарного водорода при окислении силана в кислороде ниже первого предела, обнаруженный ранее, связан с образованием новых решетчатых структур, насыщенных дефектами кристаллической решетки, количество которых на стенке непрерывно растет при конденсации конечных продуктов реакции вместе с сорбцией кремнийсодержащих радикалов.

Проведено исследование закономерностей самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в реакционных смесях состава 3Ti + 2BN после предварительной механической активации в планетарной шаровой мельнице. Установлено, что на графиках зависимости скорости и температуры горения от времени активации наблюдается разрыв, обусловленный особенностями динамики образования механокомпозитов. Определены режимы предварительной активации, обеспечивающие реализацию твердофазного режима горения. Приведены результаты рентгенофазового и электронно-микроскопического исследования продуктов горения и исходных смесей в зависимости от времени механической активации.

Экспериментально определена спектральная излучательная способность бора в процессе его воспламенения и горения в диапазоне длин волн λ = 0.45÷6 мкм. Пространственное разрешение было не хуже 100 мкм. Объектами излучения служили искусственно приготовленные конгломераты частиц аморфного бора размером 2 мм и плотностью ≈1.22 г/см³, борные нити диаметром 100 мкм, а также жидкий оксид бора. Установлено, что с повышением температуры поверхности от 1490 до 2800 К спектральная излучательная способность бора в исследованном диапазоне длин волн практически линейно понижается в интервале 0.35÷ 0.20. При температурах 1400÷ 2100 К на длине волны 0.65 мкм получено значение коэффициента поглощения жидким оксидом бора 2.2± 0.2 см^-1.

Рассмотрена модель горения перхлората аммония, учитывающая сложный механизм его превращения — объемное экзотермическое разложение и поверхностные процессы (эндотермическая сублимация и окислительно-восстановительные реакции с выделением тепла). В рамках приближенного макрокинетического описания получены в аналитическом виде выражения для скорости горения и теплового баланса на поверхности горения. Проведен анализ предельных явлений при горении. Показано, что при суммарном отрицательном тепловом эффекте поверхностного процесса возникает срыв горения. Расчет показал соответствие полученных результатов по скорости и пределам горения экспериментальным данным для перхлората аммония различной дисперсности.

Разработан новый метод измерения скорости горения твердого топлива с помощью ультразвука. Ультразвук направляется на поверхность горения образца топлива со стороны холодного торца, и отраженная волна со смещенной в соответствии с эффектом Доплера частотой анализируется с помощью вейвлет-метода. Этот способ позволяет получить мгновенные значения линейной скорости горения и, таким образом, является мощным инструментом изучения неустойчивости горения твердых топлив. Для идентификации сигнала отраженной от поверхности горения ультразвуковой волны предпочтительнее оказался вейвлет-анализ, даже при очень низкой интенсивности сигнала, неотличимой от белого шума при обычном способе измерения. Предприняты меры для исключения соединительного материала между ультразвуковым зондом и образцом топлива, чтобы смоделировать реальную ситуацию измерения в ракетном двигателе. С успехом применено устройство поглощения шумовых колебаний, ослабляющее сигнал сильных многократных переотражений в металлической пластине между образцом топлива и зондом. Благодаря этим двум усовершенствованиям стало возможным обнаружить и обработать сигнал в более длинном образце в условиях, соответствующих работе реального твердотопливного ракетного двигателя.

Проанализирована возможность существования двухразмерных (бифуркационных) структур детонации в смесях аммиак — кислород, аммиак —воздух, аммиак — закись азота в широком диапазоне изменения начальных данных. Установлено, что смеси аммиак — кислород характеризуются классической нерегулярной структурой. Бифуркационные свойства начинают проявляться при добавлении закиси азота или перекиси водорода. Это свидетельствует о том, что для систем с бифуркационными свойствами характерны концентрационные пределы по топливу, отвечающему за многомасштабность структуры. Критический диаметр дифракции детонационной волны в околостехиометрических смесях с бифуркационными свойствами зависит от большего размера ячейки; наличие мелкомасштабных ячеек и дополнительного количества <горячих точек> в местах столкновений поперечных волн не приводит к заметному улучшению инициирования. Это не согласуется с гипотезой <горячих точек>, согласно которой чем больше <горячих точек>, тем легче инициирование детонации.

На основе комплексного теоретико-экспериментального подхода механики гетерогенных сред предложены физико-математическая модель для описания нестационарного движения частиц за ударной волной и соответствующая математическая технология обработки экспериментальных данных по траекториям и скоростям частиц. Проведены сравнительные расчеты по различным известным формулам для коэффициента сопротивления частиц. Предложена новая корреляционная форма коэффициента сопротивления частицы, позволяющая удовлетворительно описать траектории и скорости частиц, полученные в различных экспериментах.

Дано аналитическое решение комплексной проблемы развития взрыва зарядов конденсированных взрывчатых веществ в газовых средах (воздухе). Построена обобщенная модель, описывающая следующие процессы: развитие взрыва внутри заряда взрывчатого вещества от момента возбуждения до момента выхода на режим нормальной детонации (переходный процесс взрыва); собственно нормальная детонация; разлет продуктов взрыва в окружающую среду (воздух) с образованием и движением возмущенной среды в ударной волне. В отличие от известных постановок подобного рода задач, в данном исследовании классическая гипотеза об адиабатичности взрывных процессов заменена более естественной гипотезой о степенном профиле плотности возмущенной среды и продуктов взрыва. Развит метод Т. М. Саламахина применительно к реальным процессам взрыва.

Разработан бесконтактный метод определения электрической проводимости немагнитных металлов и сплавов при ударно-волновом нагружении. Метод основан на регистрации скорости затухания вихревых токов в фольге из исследуемого материала. Экспериментально определена проводимость алюминия при давлениях до 14 ГПа.

Приведены результаты измерения ударно-индуцированной электропроводности в сегнетоэлектриках: пьезокерамике системы цирконата-титаната свинца марки ПКР-1, монокристалле дейтерированного триглицинсульфата и полимере поливинилиденфторид.

Работа направлена на решение проблемы формования изделий из однородных металлических порошков меди, молибдена; из смеси порошков меди, титана и бора; из смеси порошка меди с равномерно распределенными наночастицами диборида титана (до 40% по объему). Предполагалось получать компакты с минимально измененной исходной структурой материала, стойкие к электрической эрозии при протекании больших токов. Использован метод электроимпульсного спекания, в котором процесс компактирования осуществлялся за один разряд батареи при плотности тока ≥10³ А/мм² и времени спекания ≤10^-4 с. Исследованы условия спекания порошков, предварительно сжатых давлением в несколько килобар. Изучены плотность, микроструктура и фазовый состав спеченных образцов. На модели эрозионного ускорителя плазмы испытана эрозионная стойкость пористого наноструктурного композита Cu/TiB₂.