Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2019 номер 2

Осуществлена некаталитическая реакция взаимодействия водорода с диоксидом серы. Установлено, что, по существу, она является цепной реакцией окисления водорода диоксидом серы, в результате которой образуется элементарная сера. Предложен механизм реакции. Реакция изучалась в статических условиях в интервале температур 350-500 °С при давлении реагирующей смеси стехиометрического состава 300 Торр. Численный кинетический анализ механизма согласуется с экспериментальными данными.

Описана разработка сокращенных кинетических моделей высокотемпературного горения метана, применимых для моделирования многомерных турбулентных пламен. Формальное сокращение детального механизма USC Mech II для углеводородов C1-C4 методом упрощения графа прямых связей приводит к 31-компонентной модели, применимой для бедных и стехиометрических условий. Дальнейшее исключение соединений, основанное на анализе чувствительности и временного масштаба, позволило сократить механизм до 22 соединений. Кинетические параметры объединенных реакций имеют вид уравнения Аррениуса без нелинейных алгебраических членов, содержащих константы и концентрации исключенных стадий и соединений. Точности предсказания добивались путем варьирования предэкспоненциальных множителей глобальных выражений для скорости реакций при расчете "выбранных характеристик". Более компактная глобальная модель, содержащая 14 компонентов, была создана путем последовательного моделирования расходования горючего до метильных радикалов и затем их окислением до CH₂ и CO при взаимодействии с O и OH. При этом в механизме полностью сохранена схема CO/H₂/O₂. Образование этана путем рекомбинации CH₃ и образование ацетилена также сохранены в обоих механизмах. Равновесные, предварительно перемешанные пламена в нуль- и одномерном приближении, а также осесимметричные приподнятые струйные ламинарные пламена моделировались в процессе итерационной проверки применимости механизмов. Для оптимизации механизмов использованы результаты моделирования по механизму USC Mech II и доступные экспериментальные данные. Сопоставление показало удовлетворительную работу механизмов в заданных условиях.

Экспериментально определены теплота сгорания и стандартная энтальпия образования 3,4-бис(4-азидофуразан-3-ил)фуроксана (DAzFF) и 4-азидо-4''-нитро-3,3':4','3'-терфуразана (AzNTF). Проведен термодинамический анализ эффективности этих соединений как потенциальных компонентов безметалльных смесевых твердых ракетных топлив на базе активного связующего при возможности введения дополнительно небольшой добавки окислителя с высоким содержанием кислорода, например перхлората аммония.

Отрицательный эрозионный эффект при моделировании горения возникает вследствие генерации турбулентного движения в зоне газификации твердого энергетического материала. Тепловая энергия в зоне газификации складывается из тепла химических источников в ней и тепла, поступающего к поверхности газификации из зоны пламени в газовой фазе. Часть этой энергии возвращается в газовую фазу в виде механической энергии турбулентного движения, и эта турбулентность приводит к охлаждению зоны газификации. На основе модели дано объяснение наблюдаемому в опытах ослаблению отрицательного эрозионного эффекта при повышении давления и снижении начальной температуры.

Представлены результаты исследования процессов горения в системе Cu(NO₃)₂-Al(NO₃)₃-H₂O-ПВС, состав и характеристики формирующихся фаз, влияние условий термообработки на фазообразование и размеры частиц порошков. Показано, что горение органо-неорганических смесей может быть использовано для получения катализаторов типа CuO/Al₂O₃ или прекурсоров для получения катализаторов Cu/Al₂O₃ и медно-матричных композитов для электрических контактов.

Определены скорость и пределы горения лент, прокатанных из смесей титана с бором, в зависимости от концентрации бора. Горение одиночных лент вблизи нижнего предела нестационарное, имеет двухзонную структуру по ширине лент, обусловленную различием скоростей горения и охлаждения краев лент и ее середины. При повышении концентрации бора в смеси горение становится стационарным, а фронт более ровным. Максимум скорости горения лент достигается при концентрации бора в смеси 21-25 %.

Для оптимизации синтеза реагирующих компонентов и улучшения воспламенительных свойств Al/Bi₂O₃ исследованы факторы, влияющие на энергетические характеристики реакций нанотермитов. Учитывались тип оксидов, размер частиц Bi₂O₃ и молярное соотношение горючего компонента к оксиду. Все образцы получены методом ультразвукового смешивания. Состав синтезированных композитов Al/Bi₂O₃ подтвержден методами рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии. Исследование энергетических характеристик, включая максимальное давление, время задержки воспламенения и скорость роста давления, проводилось в закрытой бомбе. Al/Bi₂O₃ демонстрирует наилучшие энергетические характеристики среди приготовленных нанотермитов Al/CuO, Al/Fe₂O₃, Al/Bi₂O₃. Этот композит оптимального стехиометрического состава Al (100 нм)/Bi₂O₃ (47 нм) характеризуется максимальным давлением 4559 кПа. При этом скорость роста давления составляет 11.398 ГПа/с и время задержки воспламенения наименьшее - 27.20 мс. Результаты показывают, что размер частиц нано-Bi₂O₃ также сильно влияет на энергетические характеристики.

Исследовано влияние предварительной нагрузки и времени задержки приложения давления к продукту высокотемпературного синтеза в условиях теплового взрыва порошковой смеси стехиометрического состава на размер зерна в синтезированном соединении Ni₃Al, на характер его разрушения, прочность и пластичность.

Проведен анализ влияния кинетической модели процесса термического разложения древесины на результаты прогностического моделирования зажигания частиц древесной биомассы. С целью верификации результатов математического моделирования проведены экспериментальные исследования воспламенения частиц древесной биомассы в высокотемпературной среде. Сравнительный анализ времен задержек воспламенения, полученных теоретически и экспериментально, показал их хорошее соответствие. Проанализирован прогностический потенциал трех существенно отличающихся кинетических моделей пиролиза древесной биомассы. Установлено, что модель одностадийного пиролиза с образованием газообразных продуктов реакции достаточно хорошо описывает процесс термического разложения в период термической подготовки (отклонение от времен, полученных с использованием модели трехстадийного пиролиза, не превышает 5 %) во всем диапазоне условий нагрева. Результаты численного моделирования показывают, что учет реакций термического разложения второго и третьего уровней с образованием промежуточных продуктов пиролиза (жидких и твердых) не оказывает существенного влияния на характеристики и условия воспламенения частиц древесины в высокотемпературной газовой среде.

Исследовано горение частиц магния миллиметровых размеров, зажигаемых CO₂-лазером. Получены данные о структуре пламени, температуре, области тепловыделения, а также о спектральном составе излучения пламени горящей частицы. Экспериментальные результаты показали, что эволюция температуры частицы во времени проходит пять стадий: постепенный рост, выход на стационар, быстрый рост, высокотемпературная стадия, спад температуры. В серии экспериментов определена температура зажигания частиц размером ≈3 мм, которая составила 900÷940 K. В процессе стационарного горения максимальный диаметр пламени и максимальный диаметр области тепловыделения больше, чем диаметр частицы, примерно в 1.9 и в 3÷3.5 раза соответственно. Экспериментально установлено, что горение магния в воздухе контролируется диффузией его паров с поверхности частицы.

Изучено влияние состава энергетических конденсированных систем, содержащих тринитрат глицерина, алюминиевый порошок, перхлорат аммония и октоген, на особенности их воспламенения в электрическом поле с частотой 50 Гц. Экспериментально найдены условия, при которых происходит воспламенение энергетических конденсированных систем в переменном электрическом поле с частотой 50 Гц. Установлены температурные изменения их диэлектрических характеристик в частотном диапазоне от 20 Гц до 1 МГц. Проведены теоретические оценки возможности электрического пробоя и нагрева образцов. Обнаружено, что в полимерном связующем на основе тринитрата глицерина и полиэфируретана наблюдается электролюминесценция.

Проведено физико-математическое моделирование взаимодействия детонационных волн в композитных смесях силан/водород с облаками инертных микро- и наночастиц диаметром от 10 нм до 100 мкм. Рассчитаны зависимости относительной скорости детонации от объемной концентрации частиц. Определено, что увеличение эффективности подавления детонации наблюдается при уменьшении диаметра частиц только до 1 мкм. Выявлено влияние термодинамических параметров частиц на эффективность подавления детонации. Определены концентрационные пределы детонации. Показано, что при уменьшении диаметра частиц менее 1 мкм наблюдается выход на некоторое равновесное асимптотическое значение концентрационных пределов детонации. Получена аппроксимация концентрационных пределов детонации в виде аналитической зависимости предельной объемной концентрации частиц от их диаметра и концентрации топлива в композитной двухтопливной смеси силан/водород/воздух.

Экспериментально измерены пороги взрывчатого разложения тэна с включениями наночастиц алюминия (средний диаметр частиц 100 нм) при приложении к образцам статического давления 0÷0.288 ГПа при воздействии первой гармоники импульсного (14 нс) неодимового лазера. Измерены амплитуды оптоакустического сигнала в зависимости от концентрации включений в образце при фиксированной плотности энергии лазерного излучения. Наблюдается значительное снижение порога инициирования, что связано с блокированием газодинамической нагрузки и увеличением плотности образцов.