Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2014 номер 3

Разработан скелетный механизм ингибирования и гашения пламен Н₂/О₂/N₂ добавкой триметилфосфата, включающий в себя механизм окисления водорода Мауса (13 элементарных стадий с участием 7 компонентов) и две элементарные реакции с участием триметилфосфата и продукта его превращения. Данный скелетный механизм удовлетворительно предсказывает скорость распространения пламен с добавкой ингибитора в исследуемом диапазоне коэффициента избытка горючего и может быть применен при моделировании гашения пожаров.

Предложена модель стационарного режима фильтрационного горения смесей углерода с твердым негорючим материалом в противотоке газа, содержащего кислород и химически инертный газ. При высоких скоростях химических реакций в зоне горения соотношение монооксида и диоксида углерода в продуктах считается термодинамически равновесным при температуре горения. С учетом этого допущения уравнения баланса углерода, кислорода и энергии во фронте горения позволяют получить явные аналитические выражения для зависимостей температуры горения и состава продуктов в стехиометрических режимах от состава смеси углерод/инерт и состава газа-окислителя. Проведен численный расчет режимов горения при варьировании состава в широких пределах. Указаны ограничения сверху на скорость подачи реагентов, при которой могут использоваться равновесные соотношения. Сравнение предсказаний модели с результатами экспериментов показывает удовлетворительное качественное соответствие.

Разработана модель воспламенения одиночных частиц бора в кислородсодержащей среде, включающей O₂ и H₂O. Исследованы микрохарактеристики пленки оксида бора на поверхности частиц бора при повышенных температурах. Обнаружены два типа распределения соединений внутри поверхностной оксидной пленки. Первое распределение состояло из трех слоев: B₂O₃, (BO)_n и B₂O₃, второе — только из двух слоев, (BO)_n и B₂O₃, в обоих случаях порядок их расположения от внутреннего к внешнему слою. При разработке модели созданы две субмодели — I и II, соответствующие разным распределениям соединений внутри поверхностной оксидной пленки. В субмодели I предполагалось, что (BO)_n и O₂ являются основными соединениями, диффундирующими в жидкую оксидную пленку, в то время как в субмодели II основным являлось лишь соединение (BO)_n. Обе субмодели были объединены в новую BD-модель, состоящую из четырех ключевых кинетических процессов: испарение жидкой оксидной пленки, реакция по всей поверхности между кислородом из окружающей среды и бором, реакция между внутренним ядром бора и кислородом и суммарная реакция бора с парáми воды. Время воспламенения, предсказанное моделью, хорошо соответствует полученным ранее экспериментальным данным.

Предложена статистическая модель горения газовзвеси твердых частиц, в которой учитывается влияние стохастического пространственного распределения частиц на скорость фронта горения. В качестве основного математического аппарата модели использовано распределение Бозе — Эйнштейна в представлении чисел заполнения. Модель позволила объяснить наблюдаемый в ряде экспериментальных работ эффект, связанный со смещением максимума скорости фронта горения в область газовзвесей, богатых топливом. Приведены оценки пределов применимости предложенной статистической модели к реальным газовзвесям.

Проведено математическое моделирование зажигания волн фильтрационного горения газа в пористой среде при внешнем инициировании горения фильтрующегося газа. Показано, что температура поверхности пористой среды, при которой пламя входит в нее, является функцией параметров системы. Установлено наличие нижнего и верхнего пределов зажигания по скорости фильтрации газа. Получены зависимости времени зажигания от параметров пористой среды и дана их интерпретация.

Пожар разлития, характеризующийся высокими температурами и тепловым излучением, — распространенная аварийная ситуация в химической промышленности. Характерными параметрами такого горения являются тепловое излучение, скорость горения, высота пламени и т. д., но наиболее существенный среди них — поток теплового излучения. При оценке аварии важную роль играет расчетная модель пожара разлития. Широко известны модель Шокри и Бейлера, модель Мудана и модель точечного источника. По этим моделям проведен расчет параметров горения трех видов нефти в баках различного размера, и результаты сопоставлены с данными компьютерного моделирования. Анализ показал, что при использовании модели точечного источника ошибка больше для пожара разлития диаметром меньше 10 м с потоком теплового излучения менее 5 кВт/м². Наиболее адекватна эта модель для оценки пожара разлития сырой нефти. Область применения модели Мудана шире и ее результаты точнее, когда поток излучения менее 5 кВт/м². Модель Шокри и Бейлера больше подходит для пожара диаметром свыше 40 м с тепловым излучением, превышающим 5 кВт/м², и наиболее адекватно описывает пожар разлития легкой нефти.

Проведено исследование горения порошковых и гранулированных смесей TiC + Ti, помещенных в кварцевую трубку, в условиях продува образца азотом. Использовались смеси на основе мелкого и крупного TiC. Установлено, что продув порошковой смеси насыпной плотности с мелким карбидом титана спутным потоком азота не приводит к распространению фронта горения, в то время как гранулированная смесь горит при той же разности давлений. Смеси на основе крупного карбида титана горят как в порошковом, так и в гранулированном виде. Выявлено, что скорость горения гранулированной шихты TiC + Ti с крупным карбидом титана значительно выше, чем при использовании мелкого карбида титана. Показано, что в случае крупного TiC гранулирование смеси TiC + Ti значительно повышает степень азотирования продуктов синтеза по сравнению с порошковой смесью. При горении гранулированных смесей TiC + Ti, в отличие от порошковых того же состава, в результате синтеза образуется однофазный продукт примерно состава TiC_0.5N_0.44.

Исследованы характеристики горения высокоэнергетических систем на основе фуразано[3,4-е]тетразин-4,6-диоксида и 2,4-динитро-2,4-диазапентана с металлическими и энергетическими добавками (Al, AlH₃, перхлорат аммония, аммонийдинитрамид, октоген). Оценены скорость, устойчивость и характерные температуры горения при вариации давления. Установлено, что существует критический уровень скорости горения, при превышении которого послойное горение переходит во взрыв. Критические условия зависят от состава композиций.

Представлены результаты численного моделирования и экспериментальной реализации процесса воздействия химически реагирующего газового потока на частицы порошка при профилировании (увеличение диаметра при сохранении объема) камеры сгорания ствола установки для детонационного напыления. Для перехода из камеры сгорания в дульную часть ствола использованы соединительные конические патрубки с малым углом сужения. Показано, что такое профилирование позволяет существенно уменьшить габариты ствола, не ухудшая технологических возможностей детонационной установки.

Проведены расчеты скорости движения фронта горения в тэне. Обсуждаются кинетика химических превращений, происходящих при распространении горения, и зависимости скорости горения от направления в кристалле и от внешнего давления. Зависимость от давления носит линейный характер в диапазоне давления до 30 ГПа. Проведено сравнение результатов с данными экспериментов и первопринципных расчетов.

Экспериментально измерены значения критической плотности энергии лазерного инициирования тэна, содержащего наноразмерные включения алюминия, на длинах волн излучения 1064 и 532 нм. Критическая плотность энергии инициирования, соответствующая 50%-й вероятности взрыва, для первой гармоники неодимового лазера составила 1.15 Дж/см², для второй — 0.7 Дж/см². Рассчитана зависимость коэффициента эффективности поглощения излучения алюминием от размера наночастиц металла для первой и второй гармоник неодимового лазера. Показано, что диаметр частицы, соответствующий максимуму эффективности поглощения, и амплитуда максимума зависят от длины волны излучения. Для первой гармоники максимум эффективности поглощения наблюдается у включения диаметром 204 нм, для второй — 96 нм. Амплитуда максимума возрастает от 0.351 на длине волны 1064 нм до 0.490 на длине волны 532 нм. Рассчитаны зависимости критической плотности энергии инициирования энергетических материалов от радиуса металлических наночастиц. Показано качественное согласие теоретических и экспериментальных результатов.

Проведена оценка температуры горячих точек при ударном сжатии смеси эпоксидной смолы со стеклянными полыми микросферами. Полученное значение температуры горячих точек 3200 K при давлении в ударной волне 20 ГПа значительно превышает температуру однородной ударно-нагруженной эпоксидной смолы, которая при этом давлении находится в диапазоне 1100÷1400 K. Оптическим быстродействующим пирометром определены временные характеристики излучения, генерируемого при вязкопластическом сжатии монослоя полых микросфер в эпоксидной матрице при давлении 9, 20 и 29 ГПа. Сопоставление экспериментальных данных с результатами оценок на основе вязкопластической модели деформирования показало их хорошее соответствие.

Проведены исследования фазовых превращений в титане ВТ1-0. ПВДФ-датчиками зарегистрированы профили ударной волны в диапазоне давления 10÷26 ГПа. По двум методикам измерены скорости звука в ударно-сжатых образцах титана. При давлении менее 30 ГПа скорость звука в титане определена методом встречной разгрузки с помощью манганиновых датчиков, при давлении в диапазоне 30÷150 ГПа — методом догоняющей разгрузки с использованием индикаторных жидкостей. При давлении 20÷40 и 60÷90 ГПа на зависимости скорости звука от давления обнаружены изломы, первый из которых связан, по-видимому, с превращением α → ω, а второй — с плавлением. Рентгеноструктурный анализ выявил наличие ω-фазы в образцах, сохраненных после нагружения давлением в стальных ампулах в интервале 9÷23 ГПа. Зависимость выхода ω-фазы от давления нагружения имеет вид кривой с максимумом при p ≈ 15 ГПа.

Исследовано взаимодействие волн от подводного взрыва с пластинами алюминиевой пены с различными видами пор. Волна, прошедшая через образец с закрытыми порами, может быть разделена на две части: одна — с низкочастотным спектром, которая соотносится с газом в порах, а другая — с высокочастотным спектром, которая является результатом объединения волн, проходящих по матрице, и волн, образующихся при взаимодействии жидкости с матрицей.

Эффективность линейных кумулятивных зарядов зависит от ряда параметров. Такие из них, как плотность и скорость детонации взрывчатого вещества, форма детонационной волны, форма и толщина стенки лайнера (кумулятивной оболочки), а также расстояние от кумулятивного заряда до мишени, могут быть оптимизированы путем компьютерного моделирования. В данной работе процесс формирования струи в линейном кумулятивном заряде и его воздействие на преграду моделировались программным пакетом LS-DYNA. Полученные результаты сопоставлены с экспериментом.