Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 1968 номер 1

Изложены результаты экспериментального изучения зажигания баллиститного пороха Н + 1% сажи световым излучением. Приводятся зависимости поджигающего импульса и температуры зажигания пороха от времени зажигания при различных составе и давлении окружающей среды. Данные экспериментов подтверждают тепловую модель, согласно которой зажигание пороха наступает в результате превышения скорости тепловыделения из-за химических реакций в конденсированной фазе над скоростью теплопотерь.

Изучалось горение двухкомпонентных конденсированных систем окислитель — горючее при различной степени смешения компонент в широком интервале давлений 1—1000 атм. Показано, что при легко газифицирующихся компонентах для одной и той же дисперсности в зависимости от рассматриваемого интервала давлений горение двухкомпонентной смеси может протекать в трех существенно различных режимах: A — режим плоского фронта горения и линейной зависимости, u = bp, Б — переходный режим, u = bp^ν, ν < 1, В —. режим «факельного» горения по контакту зерен горючее — окислитель, ν = 1. Существование и протяженность указанных областей по шкале давлений в значительной степени определяются дисперсностью исходных компонент.

В статье предлагается метод определения стехиометрического коэффициента по элементарному составу топлива и окислителя вместо используемого в практике теплотехнических расчетов стехиометрического коэффициента α.

С помощью предложенного ранее авторами приближенного метода рассматриваются динамические режимы зажигания. В качестве условия зажигания принимается условие равенства теплоприхода от внешнего источника и тепловыделения за счет химической реакции. Таким методом исследованы режимы зажигания при различных законах изменения во времени температуры поверхности вещества, теплового потока от внешнего источника; а также зажигание при граничных условиях 3-го рода с изменяющимся во времени коэффициентом теплоотдачи и переменной температурой источника. Показано, что с удовлетворительной точностью основные характеристики теплового процесса зажигания могут быть совмещены на «универсальной» кривой. На основе полученных соотношений проведен детальный анализ процесса зажигания в простейших случаях. Показано, что полученные аналитические выражения могут быть использованы для определения эффективных кинетических констант реакции из экспериментов по зажиганию, и приводится пример расчета.

Описан метод исследования кинетики быстропротекающих процессов при термическом распаде твердых веществ с помощью импульсного масс-спектрометра, который позволяет раздельно изучать кинетику первичного акта распада в твердой фазе и вторичных газовых реакций. Метод использован для исследования кинетики распада перхлората аммония в области температур, близких к температуре горящего перхлората аммония. Найдена константа скорости первичного акта распада и его энергия активации. Результаты исследований первичных продуктов распада подтверждают протонный механизм первичного акта распада при 260÷500 °С. Предложена кинетическая схема процесса, учитывающая первичные и вторичные реакции и позволяющая понять ранее найденные экспериментальные факты.

Рассмотрены условия (критерии) распространения детонации в слое, ограниченном с одной стороны твердой стенкой, а с другой — нейтральным газом. Получен критерий для модели ЗНД (Зельдовича — Неймана — Деринга). Поскольку детонация в этой модели неустойчива, выведен критерий распространения детонации в слое при наличии в нем спиновых явлений. Критерий получен из предположения, что в слое должна возникать новая газодинамическая конфигурация, характерная для пульсирующей и спиновой детонации, в течение времени, необходимого для движения аналогичной газодинамической конфигурации по поверхности ударного фронта на расстояние, равное 2RT/E · d. Приводятся формулы для случая реакции нулевого порядка.

Произведен расчет давлений инициирования ряда вторичных ВВ ударной волной. В расчете используется модель уравнения состояния молекулярного кристалла в предположении, что внутримолекулярные характеристики частоты не зависят от степени сжатия. Следствием этого предположения является независимость скорости реакции мономолекулярного разложения ВВ от давления. Получено удовлетворительное согласие расчета с экспериментом.

Излагается вопрос, посвященный исследованию системы дифференциальных уравнений процесса адиабатического теплового взрыва газовых включений в жидкостях. С помощью теории устойчивости А. М. Ляпунова для решения полученной вариационной задачи найдены законы изменения времени действия ударной волны и скорости нарастания давления при минимуме энергии, затраченной на адиабатическое сжатие газового включения. В результате исследования установлено, что для обеспечения взрыва газового включения в жидкости с помощью ударной волны при минимуме сжатия этого включения целесообразно генерировать ударную волну со скоростью нарастания давления импульсного типа. Конкретный характер скорости нарастания давления определяется главным образом законом действующего на газовое включение давления во фронте ударной волны.

В работе исследуется задача, сформулированная Я. Б. Зельдовичем (см. ЖФХ, т. 22, № 11, 1948), учитывающая эффект термодиффузии и переменность теплофизических факторов. Рассматриваются условия, при которых возможно построение асимптотических формул для профилей температуры и концентрации, а также приводятся алгоритмы для определения скорости распространения фронта пламени в различных случаях при химической реакции первого порядка.

Изучалось горение бензина и изоамилового спирта в резервуарах при разном расстоянии уровня жидкости от края резервуара. Во время опытов использовались кварцевые и стальные резервуары с диаметром от 15 до 150 мм. Измерялась скорость выгорания жидкости. При выгорании жидкости высота пламени понижалась и по истечении некоторого времени основание пламени проникало в резервуар. При переходе пламени в резервуар скорость горения заметно увеличивалась, а затем закономерно уменьшалась и при некотором предельном расстоянии поверхности жидкости от края резервуара пламя гасло. Предметом изучения было горение в том случае, когда основание пламени находилось в резервуаре. Установлено, что имеют место три режима горения: ламинарный, переходной и турбулентный. Выгорание жидкости в резервуаре в том случае, когда основание пламени находится в резервуаре, подчиняется уравнению (νH)/D = A(H/d)^p Gr^q (c₀)/ρ. Показатель степени q меняется при переходе от одного режима к другому. Полученный материал позволил заключить, что энергия от пламени передается к жидкости в основном излучением, если d не меньше 30 мм. Опыты с жидкостями, сгорающими в резервуарах, закрытых диафрагмами с центральным отверстием, показали, что скорость сгорания в этом случае определяется скоростью подвода энергии к жидкости от пламени, а прекращение горения недостатком энергии, подводимой к горючему от зоны горения. Были выяснены некоторые особенности процесса горения при подводе к жидкости тепла от нагревателя, помещенного в жидкость.

Эффективная энергия активации ионообразования Е в пламени определялась из наклона прямой линии, получаемой из графического представления функциональной зависимости lg j_н = f (1/ Т ), где j_н — плотность тока насыщения; Т — температура пламени. Измерены энергии активации процессов образования ионов в зоне реакции (35 и 38 ккал/моль) и в зоне сгоревших газов (51 и 54 ккал/моль) ацетилено-воздушного и ацетилено-кислородного пламен соответственно. Высказано предположение, что механизм ионообразования в этих пламенах является единым, поскольку численные значения E для соответствующих зон этих пламен мало отличаются между собой, несмотря на заметное различие в их температурах. Переход от зоны реакции к зоне сгоревших газов пламени сопровождается резким изменением Е. Это служит указанием на то, что механизм образования ионов в этих зонах пламени различный. Присадки щелочных металлов (Na, К) понижают E в зоне сгоревших газов ацетилено-воздушного пламени (48 ккал/моль), очевидно, за счет появления нового механизма образования ионов. Близость значения энергии активации образования возбужденного радикала СН (40 ккал/моль, по литературным данным) со значением (38 ккал/моль) в зоне реакции ацетилено-кислородного пламени указывает на то, что возбужденный радикал СН является наиболее вероятным источником ионообразования в зоне реакции пламени.

В статье излагаются результаты экспериментальных исследований электропроводности при горении твердого топлива в доменной печи. Применен метод измерения электропроводности контактным двухэлектродным датчиком. Получены осциллограммы пульсаций тока проводимости. Причина колебаний тока проводимости с частотой, изменяющейся в пределах от ~2 до 20 гц, — дискретное поступление кокса в результате квазипериодичеcких обрушений динамически неустойчивых сводов над зоной циркуляции.

Решением уравнения диффузии определяется безразмерная высота пламени открытого диффузионного факела в предположении периодического изменения толщины диффузионно-температурного слоя. Отмечается качественное соответствие полученного закона изменения высоты пламени экспериментальным данным в области малых амплитуд колебаний.

Получен достаточный термодинамический критерий абсолютной устойчивости ударных волн в произвольных средах, именно: ударные волны абсолютно устойчивы, если фактор сжимаемости среды pV/T в адиабатных условиях является неубывающей функцией давления. Для газа, подчиняющегося уравнению Клапейрона, этот критерий, очевидно, сводится к требованию, чтобы при адиабатном сжатии молекулярный вес среды не возрастал. Проанализировано влияние взаимодействия между нейтральными частицами и кулоновского взаимодействия, а также влияние конденсации. Показано, что неустойчивость ударных волн маловероятна в реагирующих газах и заведомо имеет место в гетерогенных средах.

Исходя из соображений теории размерностей, рассмотрены параметры, определяющие соударение двух металлических пластин в режимах волнообразования. При этом установлено, что длина волны пропорциональна квадрату синуса половинного угла соударения и толщине метаемой пластины. В условиях, когда одна из соударяющихся пластин неподвижна, полученная из теории размерностей зависимость подтверждается экспериментальной кривой. Рассмотрены также зависимости длины волны от толщины неподвижной пластаны и соотношения плотностей соударяющихся пластин. В результате получена формула, определяющая длину волны в зависимости от исходных данных соударения.

В работе предложена методика измерения остаточной температуры вещества при ударном сжатии с его сохранением. На примере хлористого натрия исследована зависимость остаточной температуры от радиуса в цилиндрической ампуле и зависимость этой температуры от исходной плотности вещества в плоской ампуле.

Изучено затухание ударных волн в графите при его фазовом превращении. По значениям скоростей ударных волн, полученным экстраполяцией к нулевой толщине образца, построена ударная адиабата графита до давлений 0,6 мбар. Сделан вывод, что превращение графита происходит как во фронте ударной волны, так и за ним.

В работе предложена методика регистрации массовой скорости грунтов во времени. Получена полная картина движения при взрыве химического ВВ в насыпном песчаном грунте. Приведены эмпирические формулы для изменения максимальной массовой скорости с расстоянием и для распределений массовой скорости за фронтом волны в различные моменты времени. Показано, что плотность грунта после прохождения фронта волны падает, достигая значения около 0,8 ρ₀. Получены величины кинетической энергии грунта, вовлеченного в движение, в различные моменты времени.

Экспериментально изучено влияние холодного потока газа, омывающего поверхность нитроглицеринового пороха Н + сажа, на его воспламеняемость под действием светового излучения. По измерениям поджигающего импульса u_п и температуры поджигания Т_п в азоте и воздухе при разных значениях плотности светового потока q ₀ и коэффициенте теплоотдачи в газ а установлено, что u_п и T_п определяются полностью q₀ и α в соответствии с представлениями о тепловой природе поджигания пороха в конденсированной фазе.

Электромагнитным и фотографическим методами в области давлений от 5 до 130 кбар исследована динамическая сжимаемость органического вещества, в качестве которого был выбран порошкообразный уротропин. Образцы имели начальные плотности 0,84 и 1,33 г/см³. Методом смещающихся поршней изучена изотермическая сжимаемость уротропина. Показано отсутствие полиморфных превращений при сжатии вещества. Обнаружено, что, начиная с давлений ~8 кбар, кривая динамической сжимаемости уротропина с низкой начальной плотностью совпадает в исследованном диапазоне давлений с кривой сжимаемости сильно спрессованного вещества, которая, в свою очередь, совпадает с кривой изотермического сжатия. Произведен расчет кривых сжимаемости уротропина, ход которых удовлетворительно совпадает с экспериментом.

В работе приводятся результаты измерения скоростей искусственного и естественного отколов, а также толщина естественного откола в металлических пластинах при действии взрыва листовых зарядов ВВ, находящихся в контакте с пластинками. Действию взрыва подвергались пластины из Ст. 3, меди M1 и алюминиевых сплавов АМЦAM и АМГ. Инициирование заряда производилось таким образом, что осуществлялся режим бегущей со скоростью детонации нагрузки. Приведены данные по затуханию амплитуды ударной волны в зависимости от пройденного волной расстояния. Также приводятся данные по динамической прочности указанных материалов при таком способе нагружения.