Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2012 номер 2

Экспериментально и численными методами исследована зависимость нижнего концентрационного предела распространения пламени снизу вверх от начальной температуры при давлении 0.1 МПа. Показано, что правило Берджесса и Уилера, предполагающее линейную зависимость нижнего предела распространения пламени от начальной температуры с пересечением температурной оси в точке 1300 ^oC, не выполняется для Н₂, СН₃ОН, СН₂О, СН₄. Для этих веществ пересечение температурной оси происходит в точке 900±20 ^oC. Оценки предела по правилу Берджесса и Уилера дают завышенные значения, тем самым не отражают истинных условий взрывобезопасности.

При анализе влияния электрического поля на горение газов рассматриваются три механизма воздействия: омический нагрев, влияние на кинетику химических реакций и, наиболее обоснованно, ионный ветер. Приведенные в работе экспериментальные данные свидетельствуют о локальном воздействии электрического поля непосредственно на зону химических реакций, что вызывает деформацию фронта пламени.

В рамках тепловой однотемпературной модели исследовалась неустойчивость стационарного фронта горения газа в инертной пористой среде в неадиабатическом режиме. На основе формулы для равновесной температуры, в которой дополнительно учитываются коэффициент теплоотвода и скорость вдува газа, получено дисперсионное уравнение, в частности совпадающее с ранее известным уравнением. Границы колебательной и экспоненциальной неустойчивости определены в виде зависимости стационарной скорости фронта горения от скорости вдува газа как предельные максимальные значения коэффициента теплоотдачи в окружающее пространство. По формуле Зельдовича получено соотношение определяющих параметров на пределе горения.

Предложена модель инициирования реакции разложения жидкого углеводорода в окрестности одиночной частицы, нагреваемой СВЧ-излучением. На основе проведенных численных экспериментов получена аналитическая зависимость критического размера частиц от плотности мощности, времени действия импульса СВЧ-генератора и соотношения теплоемкостей и плотностей частиц и реагента.

Для горящей в воздухе частицы магния (диаметром 6 мм) обнаружено существование пороговой напряженности внешнего постоянного электрического поля 30 кВ/м, при которой в измерительной цепи наблюдается возникновение электрических колебаний. Спектральный анализ колебаний позволил выявить две колебательные моды - низкочастотную (5 кГц) и высокочастотную (25 кГц). Показано, что низкочастотные электрические колебания обусловлены колебаниями плотности положительного объемного заряда cубмикронных частиц MgO между поверхностью частицы металла и отрицательно заряженной пластиной конденсатора. Высокочастотные колебания вызваны модуляцией диэлектрической проницаемости среды в зоне химической конденсации частицы магния. Причина модуляции - возникновение неустойчивости в зоне конденсации горящей частицы, которая проявляется в возбуждении продольных колебаний частиц MgO (пылевых акустических волн), распространяющихся в термоэмиссионной плазме продуктов горения магния. Возникновение пылевых акустических волн объясняется потоковой неустойчивостью, обусловленной различием дрейфовых скоростей носителей заряда в электрическом поле.

В интервале давлений 2÷15 МПа изучено горение двойных композиций нитраминов (HMX, RDX, Bi-HMX, CL-20) с двумя нитроэфирными связующими, одно из которых горит по газофазному механизму, второе - по механизму горения с ведущей реакцией в конденсированной фазе. Показано, что в композициях со связующим, горящим по газофазному механизму, HMX до концентрации 50 % выступает в роли инертной добавки. В зависимости от размера и содержания частиц HMX реализуются три типа горения смесей: по прослойкам связующего, как единая система и по модели горения с охладителем. При более высоких содержаниях нитрамина ведущая роль переходит к нему, причем реакция, определяющая скорость горения, протекает в жидкой фазе нитрамина. Для менее стабильных и более быстрогорящих, чем октоген, нитраминов Bi-HMX и CL-20 в смеси со связующим, горящим по газофазному механизму, реализуются только две модели: системы горят либо по модели с быстрогорящими добавками, либо как единое целое. В композициях нитраминов RDX и HMX со связующим, горящим по к-фазному механизму, модель горения с быстрогорящими добавками реализуется только в узком интервале условий. В основном композиции могут гореть только как единое целое, причем добавка нитрамина увеличивает скорость горения нитроэфира за счет передачи тепла из вышележащей зоны в конденсированную фазу.

Предложен единый механизм горения безметалльных смесей связующих, способных к самостоятельному горению, с инертными или активными наполнителями. Разработана математическая модель горения таких смесей, учитывающая искривление поверхности горения прослоек связующего и вызванное этим изменение его скорости горения. Выполнены параметрические исследования разработанной модели и проведено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными по горению смесей активных связующих с SiO₂, октогеном, ПХА и CL-20. Показано, что предложенный механизм горения и разработанная модель позволяют с единых позиций объяснить всю имеющуюся совокупность экспериментальных данных для рассматриваемого класса смесей.

Представлена физико-математическая модель воспламенения взвесей частиц алюминия в динамических условиях с учетом плавления, реакции низкотемпературного окисления алюминия и полиморфных превращений оксидной пленки. Модель верифицирована по экспериментальным данным по предельным температурам и временам задержки воспламенения взвесей алюминия в ударных и детонационных волнах. На основе анализа тепловой динамики смеси показана применимость приведенных моделей (исключающих плавление и предпламенное окисление) при адекватном температурном критерии, обеспечивающем такие же задержки воспламенения. Определены зависимости введенной температуры воспламенения от параметров ударной волны, размера и концентрации частиц, содержания окислителя. Даны формулы для инвариантного по концентрациям критерия, выражающие зависимость температуры воспламенения от текущей температуры газа. Для воздушных и кислородных взвесей найдены определяющие константы.

Приведены результаты экспериментального исследования непрерывной спиновой детонации угольно-воздушной смеси с добавкой водорода в вихревой плоскорадиальной камере диаметром 500 мм. Использовался измельченный кузбасский длиннопламенный каменный уголь размером 1÷7 мкм, содержащий 24.7 % летучих, 14.2 % золы и 5.1 % влажности. Впервые реализованы устойчивые режимы непрерывной спиновой детонации с поперечными детонационными волнами со скоростью 1.86÷1.1 км/с относительно цилиндрической стенки камеры. Массовая доля водорода по отношению к воздуху составляла 1.5÷0.88 %, по отношению к углю - 50÷3.4 %, достигнут максимальный удельный расход угля 106 кг/(с·м²).

Исследовано возникновение дефицита скорости детонации в изогнутых детонационных шнурах вследствие эффекта обтекания угла детонационной волной и эффекта задержки времени распространения. Физическая модель и уравнение для определения дефицита скорости построены с использованием метода анализа размерностей. По экспериментальным данным получена полуэмпирическая формула для определения дефицита скорости в детонирующих шнурах одного размера. Показано, что дефицит скорости детонации и величина, обратная радиусу кривизны, связаны экспоненциальной зависимостью.

Представлены результаты численного и экспериментального моделирования образования струи при высокоскоростном косом соударении металлических пластин, метаемых взрывом. Численное моделирование проводилось методом молекулярной динамики. В экспериментах непосредственно изучали процесс соударения металлических пластин с регистрацией методом импульсной рентгенографии явлений впереди и за точкой контакта. Проведено металлографическое исследование сохраненных образцов. Показано, что численное моделирование методом молекулярной динамики качественно и количественно правильно отражает картину возникновения и развития струи.

Для описания поведения полиметилметакрилата (C₅O₂H₈)_n под действием нагрузки построена модель упруговязкого тела максвелловского типа, принципиальной особенностью которой является включение в определяющие соотношения времени релаксации касательных напряжений в форме непрерывной зависимости от параметров, характеризующих состояние среды. Аналитический вид зависимости выбран на основе учета микро- и мезоструктурных механизмов необратимого деформирования. Другой отличительной особенностью модели является уравнение состояния среды, включающее зависимость внутренней энергии от первого и второго инвариантов тензора деформаций. Такой подход позволяет получить единообразное математическое описание всех физических состояний полимеров. При верификации модели особое внимание уделено сравнению результатов расчетов и экспериментальных данных для температуры ударно-сжатого материала и затухания ударной волны при взаимодействии с догоняющей и боковыми волнами разрежения. Сравнение свидетельствует об адекватности описания ударно-волновых процессов в полиметилметакрилате с помощью построенной модели.

Проведены измерения параметров ударных волн при взрыве проволочек в газе, жидкости, пузырьковых инертных и реагирующих средах в вертикальной ударной трубе. Обсуждаются проблемы измерения скорости ударных волн в жидкости и пузырьковой инертной среде, проведено сравнение экспериментальных данных с теоретическими расчетами. В пузырьковой химически активной среде исследовано возбуждение самоподдерживающейся детонации короткой ударной волной от взрыва проволочки.

Методом взрывного компактирования получены W-Cu-нанокомпозиты. Исходные нанокристаллические порошки W-Cu приготовлены путем механического сплавления и исследованы при помощи рентгенодифракционного анализа. Максимальная плотность компактированных образцов реализуется при скорости детонации 5300 м/с. Установлено, что состав и распределение элементов в компактированных образцах однородны, твердость по Виккерсу составляет 320, плотность - 99.1 % от теоретически максимальной.