Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2023 номер 2

Особенности строения пиридина делают его удобной модельной системой для описания процесса горения угля, при этом основное внимание исследователей уделяется образованию радикала орто-пиридила, тогда как образование мета- и пара-пиридилов практически не изучено. Проведено сравнение констант скоростей образования трех радикалов пиридина за счет отрыва атома водорода другим водородом. Оптимизацию геометрии участников реакций проводили в рамках теории функционала плотности с дальнейшим уточнением одноточечных энергий с использованием комбинированного метода ab initio G3(MP2,CC). Выполненные расчеты показали, что образование орто-пиридила более предпочтительно, однако для подробного описания процесса горения угля необходимо учитывать образование и дальнейшие превращения всех трех радикалов.

Проведено численное моделирование ламинарного пламени предварительно перемешанной смеси этанола и воздуха при атмосферном давлении с добавлением взвеси капель этанола. Начальное отношение топлива к окислителю в газовой фазе задано равным ϕ_gas = 0.844 и 1.125. C учетом топлива в жидкой фазе суммарное значение коэффициента избытка топлива составило ϕ_tot = 1.195 и 1.476 соответственно. В расчете был использован метод прямого численного моделирования с сокращенным химическим механизмом. Движение, нагрев и испарение капель рассчитывались в приближении Лагранжа. Результаты численного моделирования верифицированы с использованием экспериментальных данных (фотографии конуса пламени и данные лазерно-индуцированной флуоресценции). Установлено, что все капли испаряются в области прогрева фронта пламени и наличие топлива в жидкой фазе приводит к значительному росту концентрации CO как в расчете, так и в эксперименте.

Проведено расчетно-экспериментальное исследование концентраций продуктов сгорания и эмиссии вредных веществ при горении предварительно подготовленных метановодородных смесей в модельной камере сгорания газотурбинной установки. Используемая математическая модель горения метановодородных смесей показала хорошее качественное и количественное согласование расчетных и экспериментальных данных по основным продуктам сгорания, а также качественное согласование по эмиссии вредных веществ. В дальнейшем данная математическая модель горения в совокупности с выбранным кинетическим механизмом горения может использоваться для анализа эмиссионных характеристик разрабатываемых камер сгорания газотурбинных установок, предназначенных для работы на водородосодержащих смесях.

Исследуется возможность решения задач химической кинетики с использованием искусственных нейронных сетей. Основная трудоемкость решения задач химической кинетики заключается в решении жесткой системы уравнений баланса, в правой части которой стоит интенсивность производства массы компонентов. Эта задача может быть выделена в отдельный этап решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений внутри общего шага по времени глобальной задачи, и в данной работе рассматривается именно этот этап. Разработана достаточно простая модель, способная решить эту задачу, благодаря которой удалось добиться трехкратного ускорения вычислений по сравнению с численными методами. Полученная нейронная сеть работает в рекурсивном режиме и может предсказывать поведение химической многокомпонентной динамической системы на много шагов вперед.

Найдены геометрические структуры, частоты колебаний и относительные энергии реагентов, продуктов, интермедиатов и переходных состояний, вовлеченных в процесс саморекомбинации радикала инденила, с использованием квантово-химических расчетов G3(MP2,CC) // B3LYP/6-311G**. Безбарьерная ассоциация пары радикалов инденила образует комплекс C₁₈H₁₄. Последующая совокупность изомеризаций комплекса разделяется на пять реакционных каналов, заканчивающихся во всех случаях отрывом Н, но с разными четырехкольцевыми изомерами C₁₈H₁₄: в виде конденсированных колец - тетрафен, тетрацен, хризен, дибензоазулен; с ассоциированной внутренней связью колец - дибензофульвален. Выход хризена превалирует, так как энергетические барьеры, встречающиеся на пути его образования, являются более низкими по сравнению с барьерами на путях к другим продуктам.

Исследовалась устойчивость закрученного пламени предварительно перемешанной метановоздушной смеси при различных гравитационных условиях. Построены карты устойчивого горения при нормальной и обратной гравитации в координатах скорости потока и коэффициента избытка топлива. Показано, что при использовании завихрителя с центральным телом и без него пределы устойчивого горения не изменяются, но отличается геометрия факела. Выявлено незначительное влияние наличия завихрителей на условия срыва пламени, особенно в условиях нормальной гравитации. Показано, что завихритель позволяет получить богатое поднятое пламя в условиях нормальной гравитации и бедное поднятое пламя в условиях обратной гравитации. Обнаружено, что при разбавлении смеси горючим границы устойчивости в условиях обратной гравитации расширяются по сравнению с условиями нормальной гравитации.

Проведены исследования стационарного диффузионного горения суспензии наночастиц бора в изопропаноле в спутном потоке кислорода и импульсного лазерного фотолитического инициирования такого горения. Эксперименты выполнены с применением ряда спектроскопических методов. Методом спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света определены поперечные распределения и концентрации молекул кислорода, диффундирующего в топливную струю, и изменение температуры в пламени на разных расстояниях от среза сопла горелки при введении в топливо наночастиц бора. Методом спектроскопии лазерно-индуцированной флуоресценции электронно-возбужденных молекул O₂* найдены размеры зоны лазерного инициирования воспламенения горючей смеси. Спектроскопия хемилюминесценции промежуточных продуктов газофазных реакций (радикалов OH* и BO₂*) из области воспламенения позволила охарактеризовать пространственно-временную динамику развития этого процесса. По результатам анализа полученных данных предлагаются объяснения изменений температурного поля и динамики процесса воспламенения, наблюдаемых при добавлении в топливо наночастиц бора. В частности, предполагается, что характерный подъем температуры в области фронта пламени обусловлен прежде всего увеличением скорости горения топлива с наночастицами.

Предложен метод расчета характеристик распыла жидкого топлива центробежными форсунками для задания граничных условий впрыска в камеру сгорания. Представлены результаты моделирования эмиссии CO в модельной камере сгорания при двух вариантах задания граничных условий впрыска жидкого топлива: 1) с помощью модели дискретной фазы (DPM), при этом параметры распыла топлива получены моделированием двухфазного течения методом объема жидкости (VOF); 2) для сравнения - с помощью полуэмпирической методики Лефевра расчета центробежных топливных форсунок. Предложенный в статье метод определения граничных условий впрыска позволяет в несколько раз повысить точность прогнозирования эмиссии CO по сравнению с классической полуэмпирической методикой расчета центробежных топливных форсунок.

Экспериментально изучены процессы образования полиароматических углеводородов (ПАУ) и углеродных наночастиц при пиролизе смесей этилена с добавками линейных эфиров: диметилового эфира СН₃OCH₃ (ДМЭ), диэтилового эфира С₂Н₅OC₂H₅ (ДЭЭ) и диметоксиметана CH₃OCH₂OCH₃ (ДММ). Исследования проводились за отраженными ударными волнами в диапазоне температур 1 650 ÷ 2 550 К и давлений 2.7 ÷ 4.1 атм при помощи оптических методов диагностики: лазерно-индуцированной флюоресценции (ЛИФ) и лазерной экстинкции. В ходе исследований выявлено, что данные добавки ускоряют процесс образования ПАУ и углеродных наночастиц. Кинетическое моделирование показало, что причиной такого эффекта является наличие в молекулах добавок метильных и этильных групп, приводящее к промотированию образования ПАУ и сажи.

Проведены эксперименты по фильтрационному горению автомобильных покрышек в смеси с твердым теплоносителем. Массовое содержание частиц покрышек в смеси варьировалось от 10 до 70 %. В качестве теплоносителя были использованы частицы химически инертного сапфира (Al₂O₃) и способного поглощать серу мрамора (CaCO₃). Определены оптимальные условия фильтрационного горения автомобильных покрышек (содержание автопокрышек в смеси 50 %, температура горения примерно 1 000 ºC, массовая скорость горения 0.40 кг/м³ поданного воздуха). Установлено, что замена твердого инертного теплоносителя на мрамор практически не влияет на температуру горения. Состав продуктов горения при этом изменяется: в газообразных продуктах увеличивается содержание CO₂ (теплота их сгорания при этом снижается примерно с 2.5 до 2.2 МДж/м³), выход жидких продуктов пиролиза несколько уменьшается (примерно с 45 до 40 %), а содержание серы в твердых продуктах сгорания увеличивается (с 28 до 40 %).

Экспериментально исследовано взаимодействие потока горящих и тлеющих частиц с некоторыми видами горючих строительных материалов и конструкций на основе древесины. Получены значения теплового потока, генерируемого тлеющими частицами, а также проанализированы поля температуры наиболее теплонапряженных участков исследуемых конструкций. Проведена оценка темпа нагрева образцов на основании данных, полученных с использованием метода ИК-термографии. При выбранных параметрах эксперимента устойчивым к зажиганию оказался образец, имитирующий террасу. Оценка температуры в приповерхностном слое элемента террасы показала, что за 15 мин непрерывного воздействия горящими и тлеющими частицами температура в зоне максимального скопления частиц не превысила 130 ºC. Наиболее склонной к зажиганию оказалась модель деревянного ограждения (время задержки зажигания ниже более чем на 15 % по сравнению с остальными конструкциями).

Установлено, что при постоянной молекулярной массе по пограничному слою в невязком приближении и в приближении Дана - Линя при одинаковых числах Шмидта газов задача об устойчивости пограничного слоя с диффузионным пламенем сводится к аналогичной задаче однокомпонентного газа. Приближенно это заключение справедливо и при разных числах Шмидта. Расчеты стационарных параметров пограничного слоя указывают на то, что имеются две обобщенные точки перегиба, свидетельствующие о необходимом условии «невязкой» неустойчивости Рэлея. В результате моделирования установлено, что пограничный слой с диффузионным пламенем наиболее неустойчив к двумерным возмущениям. С увеличением частоты фазовая скорость нарастающей волны стремится к значению в обобщенной точке перегиба. Несмотря на достаточно большие значения степени нарастания, степень пространственного усиления волны с высокой точностью равна отношению временной степени усиления к групповой скорости.

Приведены результаты экспериментального исследования параметров работы газодинамического источника давления с взрывным инициированием, в котором в качестве демпфирующей прослойки использован дымный порох.

Проведена оценка энтальпии образования, плотности, энергетических и детонационных параметров гипотетического цвиттер-ионного нитрогидразина H₃N⁺N^-NO₂. Полученные вероятные значения энтальпии образования (-20 кДж/моль), плотности (1.90 г/см³) и скорости детонации (9.4 ÷ 9.8 км/с) нитрогидразина позволяют рассматривать его как перспективное энергоемкое соединение, оправдывающее усилия по поиску путей его синтеза.

Проведено исследование процесса горения высокоэнергетического пастообразного топлива, предназначенного для создания двигателей с торцевой поверхностью горения топлива. Установлены закономерности, определяющие скорость горения, характеристики процесса агломерации, свойства поверхностного слоя. Показано, что эти закономерности близки к соответствующим закономерностям для твердых топлив на базе активного связующего с линейным полимером. Определены направления совершенствования данного типа топлив.

Представлены методика и результаты экспериментального исследования нестационарной скорости горения высокоэнергетических материалов, содержащих добавки порошков металлов, при сбросе давления со скоростью 140 ÷ 160 МПа/с. Для определения нестационарной скорости горения использовался метод, основанный на постановке и решении обратной задачи внутренней баллистики. Исследования проведены для высокоэнергетических материалов, включающих в себя энергетические добавки в виде порошков металлов - алюминия марок АСД-4, АСД-6, Alex, а также диборида и додекаборида алюминия. Анализ результатов исследования показал, что нестационарная скорость горения высокоэнергетических материалов при резком сбросе давления носит колебательный характер и зависит от типа энергетической добавки.