Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2024 номер 2

Создана трехмерная модель горелки, и изучено влияние конструктивных параметров газового сопла на характеристики горения. При изменении параметров сопла меняется зона рециркуляции в топке. Взаимодействие и симметрия четырех зон обратного течения напрямую влияют на стабильность пламени. Изменение максимальной и средней температур в печи не является основной причиной увеличения выбросов NO_x на выходе из топки (M_NO). Скорее всего, повышение M_NO обусловлено характеристиками области высокой температуры. В десяти исследованных случаях выбросы NO_x были ниже 30 мг/м³, а в некоторых случаях даже менее 10 мг/м³ (при нормальных условиях), что указывает на то, что сверхнизкие выбросы оксидов азота котла могут быть достигнуты путем разумной модификации конструкции сопла.

Оксид пропилена (С₃H₆O) может использоваться в качестве добавки к обычным топливам для снижения выбросов сажи, а также быть промежуточным продуктом окисления тяжелых углеводородов. В работе при помощи изотермического реактора струйного перемешивания получены новые экспериментальные данные по окислению С₃H₆O в условиях низких температур. Эксперименты проводились при температурах 600 ÷ 1 300 К и давлении 1 атм, время пребывания газовой смеси в реакционном объеме составляло 1 с. Протестировано пять детальных химико-кинетических механизмов, взятых из литературы. Выявлен механизм, обладающий наилучшей предсказательной способностью в условиях низких температур. Тестирование механизмов проводилось также на базе экспериментальных данных по структуре пламен С₃H₆O. Установлено, что в настоящий момент не существует модели, способной корректно описать процесс горения и окисления С₃H₆O как при низких, так и при высоких температурах.

Разработан и апробирован экономичный метод численного моделирования самовозбуждения колебаний газа в малоэмиссионных камерах сгорания газотурбинных установок. Метод основан на использовании модели турбулентности SAS SST k-ω и модели турбулентного горения с модифицированным уравнением для переменной степени завершенности горения. Для моделирования самовозбуждения колебаний газа в источниковый член этого уравнения введен множитель, связанный с пульсациями давления газа. Выделение одной из склонных к самовозбуждению мод колебаний газа осуществляется с помощью резонансного фильтра, действующего в каждой ячейке расчетной области. Результаты расчетного исследования, полученные по предложенной методике, позволяют изучать влияние конструктивных мероприятий и режимных параметров автоколебаний и подходить более рационально к выбору мер по их подавлению.

Аналитически исследуется влияние теплопотерь на возможность реализации наиболее эффективного газофазного режима горения одиночной частицы бора в воздухе при различных начальных температурах и давлениях окислительной среды с учетом возможного попадания частицы в воздушную среду, температура которой меньше температуры плавления бора, после ее воспламенения и выхода на стационарный режим газофазного горения. Разработана методика расчета предельной начальной температуры воздуха, ниже которой происходят охлаждение и гашение горящей частицы бора, и определены границы областей ее газофазного горения и гашения. Установлено, что при попадании в воздух с температурой ниже температуры плавления одиночной частицы бора, горящей в газофазном режиме, основным фактором, определяющим механизм ее горения, является температура воздуха, в зависимости от которой имеет место либо продолжение горения частицы в газофазном режиме, либо ее охлаждение и изменение режима горения на гетерогенный.

Впервые количественно измерены полные и лучистые тепловые потоки из пламени на поверхность твердого топлива (полиметилметакрилат) в зоне горения при горизонтальном распространении пламени по поверхности топлива с помощью двух миниатюрных водоохлаждаемых датчиков размером 2.3 × 2.3 мм, установленных внутри пластины. Разработана конструкция водяного охлаждения датчиков размеров 2 × 2 × 0.5 мм (greenTEG AG), которая позволила размещать их непосредственно в зоне горения. Лучистый тепловой поток измерялся датчиком с защитным окном из ZnSe, а общий тепловой поток измерялся аналогичным датчиком без защитного окна. Определенный с помощью датчиков кондуктивный тепловой поток сравнивался с рассчитанным по данным измерения температуры в пламени полиметилметакрилата тонкими термопарами. Максимальные, измеренные с помощью термодатчиков лучистый и полный тепловые потоки из пламени на поверхность полиметилметакрилата составили 30 ÷ 35 и 70 ÷ 75 кВт/м² соответственно.

Реализованы и исследованы режимы детонационного сжигания двухфазной смеси авиационный керосин ТС-1 - воздух в вихревой радиальной камере диаметром 500 мм с истечением к центру при изменении геометрии на входе и выходе из камеры. Воздух в камеру подавался через вихревую форсунку, а керосин, барботируемый воздухом, - через каналы встречного направления. Через прозрачные окна в камере сгорания проводилась оптическая регистрация процесса высокоскоростной камерой с частотой 420 000 кадр/с. В камере сгорания со свободным выходом и расширяющимся соплом наблюдали непрерывную спиновую детонацию с одной вращающейся детонационной волной со скоростью 1.68 ÷ 2.17 км/с, близкую к скорости детонации Чепмена - Жуге, или пульсирующую детонацию с радиальными волнами частотой 0.14 ÷ 0.26 кГц. Установка радиальных перегородок приводила к пульсирующей детонации или горению. При непрерывной спиновой детонации расход воздуха составлял 3.6 ÷ 11.7 кг/с, керосина - 0.2 ÷ 0.77 кг/с, а коэффициент избытка горючего изменялся в пределах 0.63 ÷ 2.5.

В высокоэнергетической шаровой мельнице приготовлен мелкодисперсный микрокристаллический порошок бис(триаминогуанидин)-5,5'-азотетразолата (TAGzT). Его микроструктура, элементный состав, механизм термического разложения и характеристики чувствительности были изучены методами СЭМ, ЭДС, РФЭС, ДСК, ТГ-МС и тестами на чувствительность. Результаты экспериментов показали, что мелкодисперсный TAGzT имеет нерегулярную зернистость с шероховатой поверхностью и содержит только элементы C и H. Разложение начиналось примерно при 199 °C, продуктами термического разложения являются в основном CH₄, NH₃, H₂O; испытание на чувствительность показало, что мелкодисперсный TAGzT обладает хорошей стабильностью. Согласно расчетам по программе EXPLO-5 энергетические характеристики мелкозернистого TAGzT выше, чем у октогена. Были разработаны составы смесевого модифицированного двухосновного топлива (CMDB), содержащие мелкодисперсный TAGzT. Микроструктура, распределение элементов, механизм термического разложения и характеристики чувствительности образцов топлива CMDB были изучены методами СЭМ, ЭДС, РФЭС, ДСК и тестами на механическую чувствительность. Установлено, что на поверхности образца есть крошечные выпуклости и трещины, а массовое соотношение компонентов остается постоянным до и после приготовления. С увеличением содержания мелкодисперсного TAGzT в смеси температура пика термического разложения снижалась, а энергия активации E_K сначала увеличивалась, а затем уменьшалась. Характеристическая высота падения груза H₅₀ для смеси CMDB уменьшается с увеличением содержания мелкодисперсного TAGzT. Состав смесей CMDB был рассчитан с использованием программного обеспечения CproPEP. Показано, что добавка мелкодисперсного TAGzT в смесь увеличивает значения удельного импульса I_sp и характеристической скорости C* по сравнению с октогеном и уменьшает значения температуры в камере сгорания T_c и среднюю молекулярную массу продуктов горения M_c. Путем введения мелкодисперсного TAGzT в смесь CMDB можно получить более высокую энергию и повысить безопасность.

Исследуется механизм, с помощью которого реакционноспособный материал увеличивает выход энергии составного заряда, состоящего из внутреннего слоя взрывчатого вещества, промежуточного недетонирующего слоя и внешнего слоя взрывчатого вещества. Такая схема широко используется в боеприпасах с настраиваемой мощностью. Взрывные эксперименты проводились в двух режимах инициирования. Использование реакционноспособного состава Al/каучук вместо инертного состава LiF/каучук значительно ускорило рост огненного шара, скорость ударной волны и ее избыточное давление от составного заряда. При одновременном инициировании эффект был более очевидным из-за экзотермичности реакционноспособного слоя. Составной заряд с 40 % (об.) Al показал наибольшую разницу значений пикового избыточного давления при двух режимах инициирования - 41.4 %. Заряд с 60 % (об.) Al генерировал более низкую скорость ударной волны и огненного шара, а также меньшее пиковое избыточное давление, чем заряд с 40 % (об.) Al. Это свидетельствует о том, что избыточное содержание реакционноспособного Al в недетонирующем слое подавляет взрыв составного заряда.

Фотохронографическим методом определена связь критической толщины детонации в поперечных клиньях из пластифицированного ТАТБ с акустической жесткостью граничащего материала и скоростью звука в нем. Инициирование клиновидного заряда осуществлялось по всей боковой поверхности детонационной волной, распространяющейся в стационарном режиме.

Исследован процесс распространения детонации в заряде из пластифицированного взрывчатого состава на основе ТАТБ в форме полого цилиндра со стальной оболочкой внутри при инициировании нормальной детонации по линии на наружной поверхности заряда. В экспериментах рентгенографическим методом определена форма фронта детонационной волны (ДВ) в некоторые моменты времени. С помощью электроконтактных датчиков измерена скорость распространения фронта ДВ по наружной поверхности заряда. Оригинальная постановка экспериментов позволила исследовать распространение детонации на углы более 180° от линии инициирования. Показано, что в плоскости инициирования скорость фронта расходящейся ДВ составляет ≈7.3 км/с. В области «тени» точки инициирования скорость фронта расходящейся ДВ уменьшается в зависимости от пройденного расстояния как по наружной поверхности заряда - до ≈6 км/с, так и по внутренней - до ≈5.6 км/с. При этом около стальной оболочки в области углов разворота фронта ДВ примерно от 150 до 210° зафиксирована зона непрореагировавшего ТАТБ, которая может свидетельствовать о срыве детонации и трансформации ее в ударную волну. Проведено численное моделирование процесса с использованием кинетики детонации SURF, реализованной в методике МИМОЗА. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными как на ранней стадии процесса инициирования детонации, так и в области «тени» точки инициирования, где скорость фронта ДВ уменьшается.

Построено полуэмпирическое уравнение состояния висмута с учетом пяти твердых фаз, жидкости, испарения и термической ионизации. Результаты модельных расчетов удовлетворительно согласуются с данными статических и динамических экспериментов в области давлений от атмосферного до ≈1 ТПа и температур от комнатной до ≈10⁵ K.

Периклаз (MgO) является одним из важных материалов, которые составляют мантии планет земной группы. В связи с этим его свойства при высоких температурах и давлениях отражают природу планетарных недр. Численное моделирование ударно-волнового нагружения MgO c учетом полиморфного фазового перехода в диапазоне давления 325 ÷ 400 ГПа выполнено по термодинамически равновесной модели. Определены параметры согласованного уравнения состояния для фаз высокого и низкого давления периклаза (MgO I и MgO II). Проведено моделирование термодинамических параметров этих фаз. Построены ударные адиабаты однократного и двукратного сжатия в диапазоне 1 ÷ 1 000 ГПа, рассчитаны значения теплоемкости вдоль нормальной изобары, энтропии в зависимости от температуры, а также температуры вдоль ударной адиабаты. Проведена верификация результатов моделирования по результатам экспериментов и расчетов других авторов.

Работа является обобщением экспериментальных исследований разрушения капель воды в потоке за проходящей ударной волной в диапазоне скоростей газового потока 40 ≤ U ≤ 175 м/с. В указанном диапазоне скоростей происходит смена двух механизмов срывного разрушения капли с доминирующим влиянием силы инерции при деформации капли или силы вязкого трения при срыве пограничного слоя. Анализ смены механизмов распада построен на основе обширного наблюдательного материала и количественных данных по динамике капли и задержкам ее разрушения, полученных высокоскоростным методом визуализации с лазерным стробоскопическим источником света. По данным экспериментов и результатам параметрического анализа построена физическая модель процесса и получены критерии смены срывных механизмов разрушения капли.