Издательство СО РАН

Издательство СО РАН

Адрес Издательства СО РАН: Россия, 630090, а/я 187
Новосибирск, Морской пр., 2

soran2.gif

Baner_Nauka_Sibiri.jpg


Яндекс.Метрика

Поиск по журналу

Физика горения и взрыва

2005 год, номер 6

1.
Воспламенение и горение газовзвесей

А. Н. Золотко, Я. И. Вовчук, В. Г. Шевчук, Н. И. Полетаев
Институт горения и нетрадиционных технологий Одесского национального университета
им. И. И. Мечникова, 65026 Одесса, Украина, vov@ictg.intes.odessa.ua
Страницы: 3-14

Аннотация >>
Рассмотрены особенности воспламенения и горения газовзвесей. Показано, что способность этих систем к накоплению тепла определяется не только их кинетическими и теплофизическими свойствами, но и соотношением между их реакционной поверхностью и поверхностью теплоотвода (f). С использованием параметра f обработана экспериментальная информация о температурах и временах задержки воспламенения и о распространении пламени по газовзвесям, подтвержден тезис о стимулирующей роли развитой реакционной поверхности в активизации этих процессов. Показано, что при объемном горении диффузионный режим горения частиц реализуется только при относительно малых значениях f. Противоположное влияние параметра f на процессы воспламенения и горения определяет необходимость оптимизации дисперсности и концентрации горючего для эффективной работы энергетических устройств. Проанализирована роль макропараметров двухфазных пламен тугоплавких металлов при синтезе нанопродуктов горения.


2.
Математическое моделирование горения одиночной алюминиевой частицы (обзор)

М. В. Бекстед, У. Лианг, К. В. Паддуппаккам
Университет им. Бригама Янга, 84602 Прово, Юта, США, mwb@caedm.byu.edu
Страницы: 15-33

Аннотация >>
Представлена двумерная нестационарная численная модель горения алюминиевой частицы, учитывающая процессы диффузии, испарения и кинетики химических реакций. Модель основана на решении уравнений сохранения с учетом образования и расходования компонентов. Кинетический механизм включает 15 реакций. Две основные особенности процесса горения частицы алюминия, отличающие его от процесса горения углеводородной капли: образование конденсированного оксида алюминия и последующее частичное осаждение его на частице — рассматриваются в соответствующих субмоделях. В модели учитываются искажения полей концентраций и температур вокруг частицы, обусловленные наличием оксидного колпачка. Проведено сравнение результатов расчетов по модели, в том числе двумерных профилей температуры и концентрации компонентов, с экспериментальными данными. Для рассматриваемых окислителей (O2, CO2 и H2O) и условий процесс горения приближенно соответствует диффузионно контролируемому. Показано, что толщина и местоположение зоны пламени меняются в зависимости от природы окислителя. По модельным расчетам величина показателя степени при диаметре в выражении для времени горения не постоянна и меняется от &8776;1.2 для малых диаметров частиц до &8776;1.9 для больших диаметров. Скорость частицы колеблется вследствие осаждения оксида алюминия на поверхности частицы. Для некоторых окислителей проанализировано влияние давления.


3.
Высокотемпературный синтез горением: генерация внутренних и воздействие внешних электромагнитных полей (обзор)

И. А. Филимонов, Н. И. Кидин*
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, 142432 Черноголовка
fil_limonov@hotmail.com;
*Институт проблем механики РАН, 117526 Москва, kidin@ipmnet.ru
Страницы: 34-53

Аннотация >>
Представлен критический обзор современных работ по механизмам генерации внутренних и воздействия внешних электромагнитных полей на самораспространяющийся высокотемпературный синтез гетерогенных систем. Генерация внутреннего электромагнитного поля обусловлена различной скоростью диффузии заряженных дефектов через слой растущего продукта в условиях сильной неравновесности протекающих реакций. Возможное возникновение остаточных магнитных полей при этом связано с ориентацией магнитных доменов в возникающем внутреннем тепловом и электромагнитном поле волны синтеза. Внешнее электромагнитное воздействие характеризуется факторами теплового, магнито- и электродинамического и кинетического влияния. Тепловое влияние обусловлено джоулевым эффектом, электро- и магнитодинамическое — электромиграцией, магнитным сжатием и изменением электропроводности конденсированной фазы, эффектом ионного ветра в газе пор. Фактор кинетического влияния вызван генерацией сверхравновесных носителей заряда в конденсированных частицах (дефектов) и эмиссией высокоэнергетических электронов в окружающий частицы газ.


4.
Термическое разложение и горение динитрамида аммония (обзор)

Р. Янг, П. Сакре*, В. Янг*
Школа материаловедения и технологии Пекинского института технологии, 100081 Пекин, Китай;
*Факультет механики и атомной техники Университета Пенсильвании, 16801 Юниверсити Парк,
Пенсильвания, США, vigor@psu.edu
Страницы: 54-79

Аннотация >>
Проведен обзор работ по термическому разложению и горению динитрамида аммония (ADN). В широком диапазоне внешних условий анализируются основные термические свойства и механизмы химических реакций в газовой и конденсированной фазах. Детально обсуждены структура волны горения и характеристики скорости горения. Выявлены специфические особенности горения ADN, и проведено сравнение с аналогичными свойствами других энергетических материалов. В частности, изучено влияние различных процессов в конденсированной и газовой фазах на чувствительность скорости горения по давлению и температуре. В конденсированной фазе разложение происходит по механизмам ADN → NH4NO3+N2O и ADN → NH3+HNO3+N2O, где первый из перечисленных является основным. В газовой фазе преобладают механизмы ADN → NH3+HDN и ADN → NH3+HNO3+N2O. Структура волны горения в газовой фазе в диапазоне давлений 5 ÷ 20 атм включает в себя приповерхностную первичную зону пламени, темную зону при температуре 600 ÷1000 °С и зону вторичного пламени с последующей темной зоной при 1000 ÷1400 °С. При более высоких давлениях (60 атм и выше) наблюдается конечное пламя при температуре 1800 °С без температурных плато в темных зонах. Горение ADN устойчиво в диапазоне давлений 5 ÷ 20 атм, и скорость горения зависит от давления по закону rb = 20.72 p0.604 [мм/с] (p = 0.5 ÷ 2.0 МПа). Характеристики горения определяются экзотермическими реакциями в конденсированной фазе. При давлениях свыше 100 атм скорость горения следует закону rb = 8.50 p0.608 [мм/с] (p = 10 ÷ 36 МПа). Горение устойчивое, и скорость горения определяется интенсивным теплоприходом из газовой фазы. В диапазоне 20 ÷100 атм зависимость скорости горения от давления носит нерегулярный характер. Наблюдаемая нестабильность горения может быть приписана конкурирующему влиянию экзотермических реакций в конденсированной и газовой фазах на процессы на поверхности горения и результирующую скорость горения.


5.
Горение смесевых твердых топлив с наноразмерным алюминием

Л. Т. Де Лука, Л. Галфетти, Ф. Северини, Л. Меда1, Ж. Марра1, А. Б. Ворожцов2, В. С. Седой3, В. А. Бабук4
Миланский политехнический университет, I-20158 Милан, Италия, luigi.deluca@tiscali.it
1Полимер Европа, Институт Ж.~Донегани, I-28100 Новара, Италия
Sup>2Томский государственный университет, 634034 Томск
sup>3Институт сильноточной электроники СО РАН, 634055 Томск
4Балтийский государственный технический университет, 198005 Санкт-Петербург
Страницы: 80-94

Аннотация >>
Проведено тестирование и сравнение эффективности ряда наноразмерных алюминиевых порошков с целью оценки возможности их применения в твердотопливных ракетных двигателях. Свойства порошков исследованы методами БЭТ, электронной микроскопии, рентгенодифракционного анализа и рентгеновского фотоэлектронного спектроскопического анализа. Определены параметры внутренней баллистики, и исследован механизм горения нескольких топливных композиций. С помощью высокоскоростной цветной видеосъемки высокого разрешения изучены явления агрегации и агломерации частиц металла на поверхности горения и вблизи нее. Все использованные нанопорошки произведены в России; изучение их физических свойств проведено в Институте Ж. Донегани (Новара, Италия); измерения баллистических параметров выполнены в лаборатории горения твердых топлив (SPLab) Миланского политехнического университета (Милан, Италия), для сравнения использованы промышленные твердые топлива на основе перхлората аммония. Результаты, полученные при широкой вари ции внешних условий, показывают, что с увеличением массовой доли наноалюминия или с уменьшением его размера скорость горения существенно возрастает при сохранении барического показателя в зависимости скорости горения от давления. Для топлив с выраженной агломерацией ее интенсивность может быть понижена посредством использования наноалюминия вместо алюминия микронного размера.


6.
Горение слоевых топлив (обзор). 1. Экспериментальные исследования

Р. П. Фитцжеральд, М. К. Брюстер
Иллинойский университет, 61801 Урбана-Шампейн, США, brewster@uiuc.edu
Страницы: 95-115

Аннотация >>
Дан обзор экспериментальных исследований горения слоевых топлив, состоящих из твердого окислителя (в основном, перхлората аммония) и углеводородного горючего. Приведено подробное описание слоевых систем, являющихся упрощенной моделью гетерогенных топлив, а также обоснование интереса к изучению таких систем. Проанализирована эволюция знаний о горении слоевых систем. Рассмотрены экспериментальные методы, используемые для количественного и качественного изучения конденсированной фазы, структуры поверхности, структуры пламени в газовой фазе, скорости горения, концентраций продуктов горения и распределений температуры. В результате этих исследований получено большое количество экспериментальных данных, которые могут быть использованы для обоснования и проверки численных и аналитических моделей.


7.
Горение энергетических материалов в акустическом поле (обзор)

Б. В. Новожилов
Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, 119991 Москва, nboris@intercaf.ru
Страницы: 116-136

Аннотация >>
В обзоре представлен итог многолетнего теоретического изучения процесса горения газифицирующихся конденсированных систем при периодически меняющемся давлении. В большинстве случаев результаты получены в рамках теории Зельдовича — Новожилова. Обсуждаются основные свойства линейной функции отклика скорости горения на гармонически меняющееся давление. Введено понятие нелинейных функций отклика, которое проиллюстрировано явным видом ряда функций отклика второго порядка. Описано новое явление — бифуркации функций отклика при изменении амплитуды или частоты колебаний давления. Для простейшей модели пороха, содержащей лишь три параметра, исследована последовательность бифуркаций удвоения периода колебаний скорости горения, которая в конечном счете приводит к хаотическому режиму горения. Указано на аналитическую связь между линейными функциями отклика на гармонически меняющееся давление и на осциллирующий радиационный тепловой поток. Приведен пример вычисления функции отклика при учете тепловой инерционности газовой фазы.


8.
Сажеобразование в процессах горения (обзор)

З. А. Мансуров
Казахский национальный государственный университет им. Аль-Фараби, 480078 Алматы
danara@kazsu.kz
Страницы: 137-156

Аннотация >>
Проведен обзор работ, опубликованных в последние годы по сажеобразованию при горении углеводородов: феноменология, кинетика и механизм сажеобразования; рассмотрено влияние различных факторов на образование полициклических ароматических углеводородов, фуллеренов и сажи, а также низкотемпературное холоднопламенное сажеобразование, горение в электрическом поле и парамагнетизм частиц сажи с точки зрения экологии.


9.
О гидродинамической толщине ячеистой детонации (обзор)

Дж. Х. Ли, М. И. Радулеску*
Университет МакГилла, Отдел инженерной механики, Н3А2К6 Монреаль, Канада
*Принстонский университет, 08544 Принстон, Нью-Джерси, США, mradules@princeton.edu
Страницы: 157-180

Аннотация >>
Для определения динамических параметров детонации (пределов распространения, энергии прямого инициирования, критического диаметра трубы и т. д.) требуется знание характерного масштаба длины для детонационной волны в направлении ее распространения. Однако большинство процессов детонации неустойчивы, течение в зоне реакции турбулентное и структура потока значительно отличается от идеализированной одномерной модели Зельдовича — Неймана — Дёринга. Показано, что наиболее подходящим масштабом длины для турбулентной детонационной волны является расположение звуковой поверхности, которая отделяет статистически стационарный поток структуры зоны реакции от нестационарного расширения позади волны. Проанализированы предшествующие физические и численные эксперименты с целью определения соотношения между положением средней звуковой поверхности и химическими, механическими и термодинамическими процессами релаксации в детонационной волне. Анализ экспериментальных данных показал, что возможно моделирование структуры турбулентных детонаций в одномерной постановке Зельдовича — Неймана — Дёринга с учетом влияния турбулентности через источниковые члены в уравнениях энергии и импульса. Источниковые члены включают скорости релаксации механических и тепловых флуктуаций и тепловыделения при стремлении системы к равновесию. В рамках идеализированной одномерной структуры с источниковыми членами положение звуковой поверхности определяется балансом между конкурирующими источниковыми членами, удовлетворяющими обобщенному критерию Чепмена — Жуге. Рекомендуется будущие исследования детонации проводить с целью: 1) получения большой экспериментальной базы данных о средних параметрах детонации (скорость детонации, положение звуковой поверхности и средних профилей параметров в зоне реакции), 2) развития (уточнения) соответствующих источниковых членов, учитывающих турбулентные пульсации в осредненных уравнениях движения.


10.
Ударное инициирование энергетических материалов при различных начальных температурах (обзор)

П. А. Уртьев, К. М. Тарвер
Центр энергетических материалов Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса
94551 Ливермор, Калифорния, США, urtiew1@llnl.gov
Страницы: 181-192

Аннотация >>
Ударно-волновое инициирование — одно из важнейших свойств энергетических материалов, которые должны детонировать точно, как предполагается, при преднамеренном ударном нагружении и не должны детонировать при случайном ударном нагружении. Развитие техники манганиновых датчиков, помещенных внутри заряда взрывчатого вещества и регистрирующих рост давления под действием ударного импульса, значительно расширило информацию о таких реагирующих потоках. Эти экспериментальные данные вместе с аналогичными записями электромагнитных датчиков массовой скорости дали нам возможность сформулировать модель ударно-волнового инициирования «Ignition and Growth» и детонации в гидродинамических компьютерных кодах для предсказания тех сценариев ударного инициирования, которые нельзя проверить экспериментально. Важная проблема при ударном инициировании — это изменение чувствительности твердых взрывчатых веществ при их нагревании (или охлаждении). Представлены экспериментальные записи давления, полученные при помощи манганиновых датчиков, и соответствующие расчеты по модели «Ignition and Growth» для двух твердых взрывчатых веществ — LX-17 (массовое содержание — 92.5% триаминотринитробензола и 7.5% связующего Kel-F) и LX-04 (85% октагидро-1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетразина (октогена) и 15% связующего Viton) при различных начальных температурах.


11.
Взрывное извержение вулканов: некоторые подходы к моделированию

В. К. Кедринский, А. И. Макаров, С. В. Стебновский, K. Такаяма*
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН,
630090 Новосибирск, kedr@hydro.nsc.ru
*Международный институт исследований ударных волн университета Тохоку,
980-8577 Сендай, Япония
Страницы: 193-201

Аннотация >>
Приведены результаты экспериментальных исследований динамики структуры жидких образцов в интервале изменения вязкости 0.001 ÷ 2.6 Па · с при их разрушении в результате динамической декомпрессии. Исследование процесса разрушения жидких смесей, а также жидкостей, насыщенных углекислым газом, показало, что практически во всем указанном диапазоне значений вязкости развитие процесса разрушения идет по комбинационному механизму: развитие пузырьковой кавитации, формирование системы крупных пузырьковых кластеров и газовых снарядов в них в результате коалесценции пузырьков. При этом структура течения заметно меняется: развивается разрывное течение с расслоением потока по вертикали, делением на струи при их последующем разрушении на капли. Обсуждается вероятность наличия кристаллических кластеров в магме и их влияние на структуру течения типа «кавитирующая магма — кристаллические кластеры».