Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2003 номер 4

Экспериментально показано, что в режиме низкой скорости распространения пламени при фильтрации горючей газовой смеси в узких трубках имеются бедный и богатый концентрационные пределы. Значения пределов зависят от внутреннего диаметра трубки. С помощью воздействия ингибитора на концентрационные пределы распространения волны горения в трубке в режиме низкой скорости было показано, что в волне фильтрационного горения протекают цепные разветвленные реакции и, следовательно, концентрации активных центров превышают равновесные значения. В режиме низкой скорости поверхность узкой кварцевой трубки незначительно снижает роль активных центров в распространении волны горения.

В обзоре рассмотрены научные проблемы, возникающие в связи с созданием различных устройств с использованием детонации в управляемом частотном режиме (пульсирующая детонация). Частота циклов может варьироваться путем независимого инициирования детонации контролируемой системой поджига. Рассмотрены проблемы инициирования детонации применительно к частотному режиму: прямое инициирование, переход от дефлаграции к детонации, переход сформированной в узком канале детонационной волны в широкий канал. Рассмотрен вопрос о возможности использования термохимической конверсии в устройствах с пульсирующей детонацией. Приведены примеры применений на практике устройств с пульсирующей детонацией (пульсирующий детонационный двигатель, использование пульсирующей детонации для сверления и дробления пород, освобождение резины от металлокорда в изношенных автопокрышках).

Представлены наиболее важные аспекты современных экспериментальных исследований газовой детонации и ее математического моделирования. Приведены примеры технологического использования газовой детонации.

Экспериментально обнаружено, что флегматизирующая концентрация трифториодметана зависит от типа применяемого источника зажигания. Показано, что минимальная флегматизирующая концентрация трифториодметана для метановоздушных смесей не менее 45%, а для гептановоздушных — не менее 50%.

Приведены результаты расчета диффузионного горения системы плоских сверхзвуковых водородных струй в сверхзвуковом потоке. Расчеты выполнены с использованием параболизованных уравнений Навье — Стокса, замкнутых однопараметрической (k - l_ω)-моделью турбулентности и многостадийным механизмом окисления водорода. Анализируется влияние состава воздушного потока и способов подачи топлива на форму фронта пламени и полноту сгорания водорода.

Рассмотрена термодинамика физико-химических процессов при протекании обратимой реакции в открытой распределенной кинетической системе, и построена неравновесная энтропия автоволн ламинарного горения. Проведен качественный и численный анализ локального и полного производства энтропии в системе. Показано, что полное производство энтропии является функционалом на интегральных кривых, обладающим экстремальными свойствами, и его минимум соответствует единственному физически содержательному решению задачи. Проведено сопоставление результатов решения задач с кинетическими уравнениями, учитывающими обратимый и необратимый характер протекания химической реакции.

С использованием скелетных схем и анализа чувствительности исследована структура тепловыделения, динамика образования радикалов и окисления метана в волне фильтрационного горения газов ультрабогатых метановоздушных составов. В зависимости от тепловыделения волна разбивается на зону предварительного подогрева, экзотермическую область, характеризуемую парциальным окислением метана в реакции CH₄+0,5O₂ = CO +2H₂, а также эндотермическую область с процессами конверсии CO + H₂O = CO₂ + H₂ и CH₄ + H₂O = CO + 3H₂. Показано, что состав продуктов во фронте волны существенно неравновесный. С точки зрения преобладающих реакций образования основных радикалов в волне также выделено несколько характерных зон. Так, в области «низких» температур доминирующим механизмом разветвления цепей является реакция CH₃ + O₂ = CH₃O + O, в «промежуточной» области — H₂O₂(+M) = 2OH (+ M) и HO₂ + CH₃ = CH₃O + OH, а в зоне «высоких» температур — H + O₂ = O + OH. Две первые области соответствуют зоне предварительного подогрева, а последняя — экзотермическому пику волны фильтрационного горения газов.

Изучено горение композитов на основе гранулированного нитрата целлюлозы, содержащих в качестве наполнителей оксид алюминия, карбид кремния, углерод, нитрид бора, хлорид натрия, оксид цинка и вольфрам. Измерены скорости горения при атмосферном давлении, температуры во фронте горения, потери массы после сжигания. Получена зависимость скорости горения от размера частиц карбида кремния. С использованием моделей горения вещества в конденсированной фазе и слоевого горения рассчитаны характеристики горения, удовлетворительно соответствующие экспериментальным данным. Объяснены также некоторые особенности горения с отдельными наполнителями.

Проведено исследование параметров поперечных волн, распространяющихся по поверхности образцов из прессованного коллоксилина и нитроглицериновых порохов А, Н. С использованием микровидеосъемки и термопарных измерений показано, что очаги горения, покрывающие поверхность, представляют собой совокупность поперечных волн. Фронт поперечной волны при атмосферном давлении имеет вид ступеньки высотой 0,5 ÷ 1,1 мм и уменьшается с ростом давления или начальной температуры образца. Скорость фронта переменна в горизонтальном и вертикальном направлениях. Средняя скорость поперечной волны в 3 ÷ 8 раз превышает нормальную скорость горения образца в целом (с широким разбросом локальных значений) и возрастает с ростом давления. После прохождения фронта возможно прекращение горения до прихода очередной поперечной волны. Причина возникновения поперечных волн, как и в СВС-процессах, — пространственная неустойчивость волны горения.

В рамках двухфазной модели Иорданского — Когарко с учетом диссипации энергии за счет акустического излучения пузырей сформулирована и численно решена задача о детонационной волне, распространяющейся в цилиндрическом столбе химически активной пузырьковой среды, экранируемой жидкостью от стенок трубы. Рассчитаны волновая структура зоны реакции и скорость детонации столба пузырьковой среды. Установлено, что самоподдерживающаяся волна может распространяться со скоростью, в 1,5–2,5 раза превышающей скорость одномерной пузырьковой детонации.

Исследованы ИК-спектры ультрадисперсных алмазов, полученных различными группами исследователей. Изучено влияние термической и радиационной обработки на свойства систем ультрадисперсных алмазов. На основе анализа ИК-спектров сделаны качественные предположения, касающиеся кинетики образования систем ультрадисперсных алмазов.

Численно исследовано взаимодействие ударных волн, которое могло бы вызвать детонацию взрывчатого вещества (Composition B), содержащегося в тонкостенном контейнере при ударе по нему цилиндрическим ударником. Для нахождения скорости выделения энергии взрывчатого вещества использовалась модель Forest Fire. После удара волны разрежения, распространяющиеся от периферии элемента и со стороны поверхности раздела оболочка — взрывчатое вещество, догоняют ударные фронты, движущиеся по взрывчатому веществу и ударнику. При высокой скорости ударника прошедшая ударная волна возбуждает детонацию у поверхности раздела оболочка — взрывчатое вещество. При средних значениях скорости ударника скорость выделения энергии из ударно-сжатого объема взрывчатого вещества такова, что эффекты, связанные с этим, преобладают над эффектами, вызванными волнами разрежения, и приводят к возбуждению детонации после того, как ударная волна проходит некоторое расстояние во взрывчатом веществе. Обнаружено, что существует диапазон минимальных скоростей ударника, при которых воздействие волн разрежения преобладает над выделением энергии, и в результате детонация возбуждается не за фронтом ударной волны, движущейся по взрывчатому веществу, а только после отражения от нижней пластины из материала с высоким импедансом. Это означает, что при исследовании отклика взрывчатого вещества, заключенного в оболочку из материала с высоким импедансом, необходимо принимать во внимание эффекты, связанные с взаимодействием ударной волны со стенками контейнера.

На основе модели Forest Fire для скорости реакции численно исследовалось взаимодействие ударных волн при инициировании взрывчатого вещества (Composition B), заключенного в стальной тонкостенный контейнер. Рассматривался случай удара по контейнеру в направлении нормали небольшим ударником с конической носовой частью. Показано, что в зависимости от угла конуса носовой части ударника зона взаимодействия инициирующих ударных волн может находиться в стороне от центральной оси соударения. Такая внеосевая детонация рассматривалась с точки зрения различных режимов взаимодействия ударных волн в контейнере с взрывчатым веществом, которые отражались от стенки оболочки, изменяли направление распространения и затем накладывались, приводя к детонации взрывчатого вещества.