Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2011 номер 2

Разработана кинетическая модель для описания воспламенения и пиролиза n-декана, которая содержит 1021 обратимую реакцию с участием 144 компонентов и включает как высоко-, так и низкотемпературный механизм окисления. Проведено тестирование механизма по экспериментальным данным по времени задержки воспламенения, изменению концентрации радикала OH за фронтом отраженной ударной волны, а также эволюции различных компонентов при пиролизе n-декана в проточном реакторе в широком диапазоне температур (T=650÷1640 K), давлений (p = 1÷80 атм) и коэффициентов избытка топлива (&phis; = 0.5÷3). Данная кинетическая модель более точно описывает экспериментальные данные по времени задержки воспламенения, чем другие известные кинетические модели, особенно при низкой начальной температуре.

Предложена физико-математическая модель для описания плавления наноразмерных частиц алюминия и золота в рамках однофазной задачи Стефана с учетом экспериментально установленного факта снижения температуры плавления при уменьшении радиуса частиц. Определены зависимости времени плавления наночастиц алюминия и золота от радиуса и температуры окружающей среды. Установлено, что при одинаковых отношениях температуры окружающей среды к температуре плавления отношение времени плавления частиц алюминия к времени плавления частиц золота остается примерно постоянным и равным 4.

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния параметров ламинарного пылевого пламени частиц металлов (Al, Fe, Ti, Zr) на дисперсные свойства продуктов сгорания этих металлов в кислородсодержащих средах. На примере обширных экспериментов с порошками Al показано, что при вариации массовых концентраций горючего и окислителя, дисперсности горючего, вида несущего газа, способа организации пылевого пламени наиболее вероятный диаметр частиц меняется в диапазоне 50÷70 нм. Аналогичные данные получены и для других металлов. Результаты экспериментов согласуются с численными расчетами. Экспериментально показана возможность существенного увеличения дисперсности продуктов сгорания металлов в ламинарном пылевом пламени. В основе предложенного способа управления дисперсностью лежит ионизация газовой фазы путем введения примесей в исходное горючее с целью влияния на условия нуклеации в пламени.

Рассмотрены особенности окисления порошкообразных металлов, связанные с наличием барьерного слоя продуктов взаимодействия на поверхности частиц. Показано, что процессы фазообразования, а также напряжения, возникающие при росте толщины пленки в условиях нагревания, и термические напряжения на границе металл&mdasch;оксид приводят к разрушению защитного слоя, что оказывает влияние на кинетику окисления. На основе анализа исследованных ранее физико-химических свойств сплавов алюминия с редкоземельными металлами и Са, Ва, а также экспериментальных данных об окислении порошков этих систем различной дисперсности представлена схема механизма их взаимодействия с воздушной средой в условиях программированного нагрева и процессов, определяющих кинетику взаимодействия. Рассмотрено влияние размера частиц и легирования на характер протекающих процессов.

Методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии исследована возможность получения композитов Cu/ZrO₂ комбинированием методов механической активации и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Показано, что композиты Cu/ZrO₂ формируются при СВС, когда в качестве прекурсора применяется механокомпозит CuO/Cu/Zr.

Выполнены исследования по утилизации углеродсодержащих отходов на плазменной электропечи. Установлено влияние мощности плазмогенераторов на производительность газификатора при различной влажности отходов, получены зависимости удельных энергозатрат от влажности отходов и расхода воздуха. Результаты экспериментов удовлетворительно согласуются с расчетами. В электродуговой печи с дополнительным теплонагревателем проведена газификация древесных опилок. Проанализирован состав получаемого синтез-газа и определена производительность нагревателя. Показано, что за счет сжигания в теплонагревателе части получаемого газа можно уменьшить энергозатраты на 20÷25% по сравнению с чисто плазменной газификацией.

Определены профили температуры в волне горения двух низкокалорийных порохов(Q_ж = 2189 и 2518 кДж/кг). Показано, что структура и параметры волны их горения существенно отличаются от таковых для ранее изученных порохов средней (порох Н) и повышенной (порох НБ) калорийности. На относительно небольшом расстоянии от поверхности горения температура значительно (на 180÷270 К) превышает расчетное значение, что связано с наличием в продуктах горения сажи, образовавшейся при распаде термостойких динитротолуола и дибутилфталата. Затем сажа частично эндотермически реагирует с СО₂ и Н₂О, что приводит к падению температуры, которая, однако, для первого образца остается на 100÷140 К выше термодинамической. Для исследованных порохов энергия активации ведущей реакции такая же, как и для ранее изученных, что говорит о единой кинетике разложения конденсированной фазы независимо от состава порохов. Однако единой зависимости скорости горения от температуры поверхности не наблюдается. Для низкокалорийных порохов значения температуры поверхности близки к таковым для пороха Н, хотя скорость их горения значительно (в 2÷2.2 раза) ниже. Рассмотрены причины этого факта.

Рассмотрен метод измерения акустической проводимости горящей поверхности твердого топлива с использованием одномерной двухконцевой камеры сгорания Т-камеры). Представлены результаты экспериментального исследования влияния давления и частоты акустических колебаний в камере сгорания, а также компонентного состава, массового содержания и дисперсности порошка алюминия на акустическую проводимость горящей поверхности смесевых твердых топлив.

Экспериментально исследована скорость горения смесевых топлив на основе полибутадиена с концевыми гидроксильными группами (HTPB), алюминия (Al) и перхлората аммония (AP) с широким распределением частиц AP по размерам. Исследованы как двумерные слоевые системы, так и трехмерные смесевые топлива. Очень мелкий перхлорат аммония FAP (fine AP, 2 мкм) при соотношении FAP/связующее 75/25 использован либо в трехмерных топливах наряду с частицами крупного перхлората аммония CAP (coarse AP, >200 мкм), либо в прессованных пластинах AP, моделирующих частицы CAP в слоевых двумерных системах с избытком окислителя. Показано, что, хотя алюминий не оказывает значительного влияния на структуру пламени системы AP/связующее, в зависимости от давления его присутствие может приводить как к увеличению скорости горения за счет теплоприхода излучением из пламени, так и к ее уменьшению вследствие расходования тепла на инертный нагрев частиц Al (в конкуренции с кондуктивной передачей тепла от пламени к топливу). В целом структура пламени алюминизированной слоевой системы AP/связующее подобна таковой для безметалльных слоевых систем, с небольшими различиями. Температура предварительно перемешанного одномерного пламени матрицы FAP/HTPB недостаточна для воспламенения алюминия, но достаточно высока для поддержания горения матрицы в самоподдерживающемся режиме при наличии умеренного по величине внешнего потока излучения, который обеспечивается алюминием, воспламеняющимся ниже по потоку в пламени CAP/матрицы. Пламя системы CAP/матрица в зависимости от давления и толщины слоя горючего существует либо в режиме разделенных диффузионных пламен, либо в режиме слитого, частично предварительно перемешанного пламени. В терминах числа Пекле найдена корреляция между показателем степени в зависимости скорости горения от давления и реализацией режима пламени CAP/матрица в зависимости от давления. Это соответствует простой теории, основанной на сохранении скалярной величины, связывающей мгновенные (текущие) массовые доли компонентов реагирующей смеси.

Широко используемый экспериментальный метод определения динамических характеристик горения оружейных порохов заключается в сжигании определенного количества топлива в закрытом сосуде (бомбе) и регистрации профиля изменения давления во времени. В работе приведена экспериментальная проверка законности использования результатов, полученных при стандартных условиях экспериментов в бомбе. Рассмотрено влияние условий воспламенения топлива на возможные погрешности при определении скорости горения в бомбе. С этой целью выполнены эксперименты с мелкозернистым одноосновным порохом в обычной бомбе и микробомбе с использованием различных методов зажигания при одинаковой плотности заряжания. Результаты экспериментов и вычислений показывают существенное влияние типа применяемой системы зажигания на измерение скорости горения и другие динамические характеристики горения топлива, такие как интенсивность газообразования, абсолютная и относительная скорости газообразования.

Приведены результаты экспериментального исследования непрерывной детонации водородовоздушной смеси в проточной кольцевой камере диаметром 306 мм в режиме автоэжекции воздуха. Реализован также режим пульсирующей детонации. В условиях эксперимента наблюдались устойчивые режимы непрерывной детонации с одной и двумя поперечными детонационными волнами со скоростью D = 1.48÷1.16$ км/с. Частота пульсирующей детонационной волны составляла ≈1.4 кГц. Подтверждено известное условие для реализации непрерывного детонационного режима—хорошее смешение для образования детонационно-способного слоя смеси. Определен размер щели для подачи воздуха, обеспечивающий необходимый для детонации расход и соотношение компонентов смеси. Представлен ряд способов оценки расхода воздуха.

Развита, всесторонне проанализирована и подтверждена гипотеза о Тунгусском событии как взрыве тороидального облака, образованного разовым выбросом метана в атмосферу. Взрыв инициирован небольшим, <медленно> и полого летящим метеоритом. Выяснена газогидратная природа выброса метана и указана область, откуда произошел выброс. Рассчитаны траектории метеорита, оценены его максимальный и минимальный размеры. Определено наиболее вероятное место падения метеорита. Статистически обработан проведенный модельный эксперимент по вывалу леса (взрыв детонирующего шнура в форме кольца над <лесом> из проволочек). Показано, что вывал проволочек не только внешне похож на реальную картину вывала леса, но и эквивалентен ей статистически. Дано объяснение световым, акустическим и атмосферным явлениям (серебристые облака, озонный слой, магнитная буря), связанным с Тунгусским событием. Объяснено отсутствие значительного количества метеоритного вещества в области эпицентра. Совокупность полученных результатов подтверждает рассматриваемую гипотезу, не противоречит известному фактическому материалу и физически корректно объясняет все особенности Тунгусского явления.

Проведен анализ схлопывания лайнера и формирования песта и струи для двухслойного кумулятивного заряда (DLSC). Обсуждаются изменения угла схлопывания, скорости схлопывания лайнера и скорости струи. На основе модели Ли—Тарвера выполнено численное моделирование формирования струи. Для сравнения с обычной кумулятивной струей проведены баллистические опыты с коническим (60°) лайнером из меди диаметром 56~мм. Показано, что угол и скорость схлопывания увеличиваются за счет схождения детонационной волны в заряде DLSC. Скорость струи, кинетическая энергия и баллистическая способность значительно увеличиваются в случае DLSC. Двухслойный кумулятивный заряд является эффективным способом улучшения возможностей кумулятивного заряда.