Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2006 номер 2

Численно исследован процесс теплообмена высокоскоростной недорасширенной турбулентной струи. Определены профили основных газодинамических и тепловых параметров: скорости, температуры, концентрации компонентов газовой смеси. Исследован процесс догорания высокоскоростной струи в воздухе. Установлены основные параметры, влияющие на этот процесс.

Сделан анализ работ по горению водорода при низких давлениях, уточняющий вклад в газофазную часть процесса каталитических реакций, протекающих на стенке реактора. Для объяснения противоречий, сохраняюшихся в ряде работ, предложена и проверена в эксперименте новая модель гетерогенной гибели активных центров реакции, согласно которой диффузионная область обрыва цепей реализуется в стандартных условиях опытов в вакуумном пламени гремучей смеси при давлении газа в реакторе в тысячу раз меньше, чем граничное давление, устанавливаемое предыдущими моделями, ниже которого диффузионная область обрыва цепей образоваться не могла.

Определены значения минимального давления зажигания паров ряда фторсодержащих мономеров и их смесей при использовании одного типа воспламенителя — спирали из молибден-рениевой проволоки. Энергия, подводимая к воспламенителю, подобрана так, чтобы ее было достаточно для поджигания чистого тетрафторэтилена при давлении 0.6 МПа и выше.

Предложен метод определения момента зажигания полубесконечного массива конденсированного вещества под действием внешнего теплового потока, задаваемого в виде произвольной функции времени. Метод основан на использовании формализма дифференцирования дробного порядка. Для «больших» значений теплового потока результаты расчетов совпадают с результатами, полученными известными методами.

Предложены две методики обработки результатов манометрических испытаний порохов: методика определения силы пороха, коволюма пороховых газов и зависимости степени сгорания заряда от давления, учитывающая теплообмен продуктов горения со стенками манометрической бомбы; методика определения линейного закона нестационарного горения в форме, обоснованной Я. Б. Зельдовичем. Показано, что учет теплопотерь необходим не только для установления силы пороха и коволюма, но и для определения закона горения.

Наличие защитного оксидного слоя, покрывающего частицы металлизированного топлива, препятствует их использованию в качестве высокоэнергетических топливных добавок. Ранее автором рассматривалось удаление оксидной пленки глобальным симметричным воздействием на частицу с помощью примесей активных химических компонентов в окружающей среде, сильного потока радиации или сильного сдвигового потока газа, способного вызывать интенсивное механическое напряжение поверхностного слоя. В настоящей работе показано, что нарушение симметрии приводит к различным сценариями воспламенения. Для жидкой оксидной пленки дестабилизация может быть обусловлена эффектом Марангони, который связан с продольным поверхностным напряжением и, таким образом, нарушает симметрию в продольном направлении. Термодинамическое состояние слоя описывается моделью тонкой пленки в приближении ползущего течения. Показано, что при воспламенении, описываемом на основе эффекта Марангони, происходит распространение трещин и разрывов в оксидном слое, что приводит к утончению слоя или даже его удалению. Для иллюстрации теории выбраны частицы бора, так как известны сложности с их воспламенением, затрудняющие использование бора в качестве топлива в двигателях. Показано, что при температуре окружающей среды ниже 1634 K оксидная пленка может быть приведена в неустойчивое состояние в результате возникновения трещин и разрывов вследствие того, что оксид бора имеет положительные числа Марангони. В предыдущих моделях воспламенения частиц бора принималось условие сохранения симметрии и тем самым исключалось наличие трещин и разрывов. Из-за этого ограничения для воспламенения бора получена критическая температура окружающей среды 1900 K. Так что значение 1634 K дает импульс для исследований и новых подходов к задаче воспламенения.

Исследованы процессы порообразования и фазовый состав продуктов при горении системы Ti—Si—Al—C. Определена структура образующихся в небольших количествах монокристаллов соединения Ti₅(Si,Al)₃С_0.6. Определены зависимости скорости горения и удлинения образцов от их плотности и давления газовой среды.

Исследованы процессы неизотермического окисления, азотирования и старения порошков алюминия различной дисперсности (нанодисперсные, АСД-1 и пудра ПАП-2). Нанесение неоксидных покрытий на частицы нанопорошков алюминия снижает их термостабильность. Благодаря чешуйчатым частицам пудра ПАП-2 после длительного хранения сохраняет высокую активность при окислении и азотировании, сравнимую с нанопорошком алюминия. Активность грубодисперсного порошка АСД-1, состоящего из сферических частиц, при окислении и азотировании низка и мало изменяется при старении.

Для описания задачи о разлете стратифицированной двухфазной смеси предложена математическая модель, учитывающая сжимаемость фаз. Определена волновая структура течения. Математическая модель верифицирована по зависимостям давления на фронте ударной волны и за волной сжатия, а также времени запаздывания от пространственной переменной.

Экспериментально показана возможность применения высоковольтного наносекундного разряда для инициирования детонации в газе. Эксперименты проводились в смесях C₃H₈ + 5O₂ и C₃H₈/C₄H₁₀ + 5O₂ + xN₂ (x = 0 ÷ 10) при начальном давлении 0.15 ÷ 0.6 атм. Разряд возбуждался импульсом напряжения длительностью ≈ 60 нс и амплитудой 4 ÷ 70 кВ, при этом энерговклад составлял 0.07 ÷ 12 Дж. В условиях эксперимента наблюдалось три режима распространения пламени: медленное горение, переходная детонация и детонация Чепмена — Жуге. При инициировании разрядом длина перехода горения в детонацию в трубе диаметром 140 мм в смеси C₃H₈ + 5O₂ составила 130 мм при начальном давлении 0.3 атм и энергии инициирования 70 мДж.

Предложена оценка критического числа Маха ударной волны, при которой возможен переход горения в детонацию (ПГД): для расходящихся волн — M_min ≈ 0.56M₀; для волн, распространяющихся в прямолинейной трубе постоянного сечения, — M_min ≈ 0.33M₀ (M₀ — число Маха идеальной детонационной волны Чепмена — Жуге). При M>M_min реализуется режим ПГД, ниже — только режимы ламинарного или турбулентного горения без ПГД. Основная идея оценки — равновероятная возможность перехода из сжатого состояния исходной смеси как на детонационную, так и на дефлаграционную ветвь адиабаты продуктов реакции (относительно исходного состояния горючей смеси).

Экспериментально исследован процесс перехода ударных волн из пузырьковой среды в жидкость или в пузырьковую среду с другими свойствами. Получены данные о структуре, скорости распространения и давлении падающей на границу раздела сред ударной волны, прошедшей и отраженной волн. Проведено сопоставление экспериментальных данных и результатов расчета.

Рассмотрены вопросы, касающиеся зависимости параметров воздушной ударной волны от массы заряда и условий подрыва. Установлено, что тротиловый эквивалент смесевых взрывчатых веществ достаточно существенно изменяется при изменении массы заряда вплоть до предельных значений. По достижении предельных значений массы изменение тротилового эквивалента прекращается. Диапазон масс зарядов, в котором наблюдаются названные изменения, зависит от свойств взрывчатых веществ и тем меньше, чем менее выражен эффект стадийности при их детонации. Представленные экспериментальные данные соответствуют сделанным выводам.

Статья посвящена дальнейшему развитию количественной теории критического диаметра детонации, разработанной автором ранее. Согласно этой теории для расчета критического диаметра необходимо знать ударную адиабату, скорость детонации и обобщенную кинетическую характеристику разложения заряда взрывчатого вещества (ВВ) при его ударно-волновом сжатии. Предлагается обобщенную кинетическую характеристику разложения ВВ извлекать из экспериментально определяемой зависимости амплитуды ударной волны от пройденного ею расстояния при ударно-волновом инициировании заряда ВВ. Такой подход позволяет с достаточной точностью рассчитывать критические диаметры детонации зарядов ВВ.

Предложена методика исследования влияния радиационной обработки на чувствительность энергетических материалов, основанная на облучении образца серией импульсов электронного ускорителя. Представлены результаты экспериментов на примере азида серебра. Показано, что зависимость вероятности взрыва от дозы предварительного облучения немонотонна: рост в области малых доз и падение при больших дозах. Полученные экспериментальные результаты согласуются с дивакансионной моделью инициирования азидов тяжелых металлов.

В условиях кумулятивного взрыва на титановых мишенях получены покрытия, максимальная микротвердость которых в некоторых участках мишени достигает 4000 кг/мм². В эксперименте использована коническая облицовка с углом раствора 20°, изготовленная из смеси мелкодисперсных порошков аморфного бора и аммиачной селитры. Проведен сравнительный количественный рентгенофазовый анализ разных участков покрытия. Значение параметров элементарных ячеек свидетельствуют об образовании сложных фаз. Показана динамика результатов рентгенографического исследования при уменьшении угла раствора конуса облицовки с 45 до 20°.

Рассмотрены кинетические и термодинамические аспекты твердофазных реакций в ампулах сохранения в процессе ударного сжатия. Обращено внимание на неполноту химических превращений из-за «холодного» характера экзотермических реакций в ударных волнах, на зависимость профиля тепловыделения от гранулометрического состава реагентов. Отмечено различие степени превращения при одинаковом уровне давления в момент сжатия и в волне разгрузки.

Методами динамической термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии определены параметры термического разложения непластифицированных и пластифицированных нитроэфирами эластомеров на основе сложноэфирного полиуретана с непредельными углерод-углеродными связями в исходном состоянии и после облучения образцов дозами 120 ÷ 380 кГр (γ-кванты ⁶⁰Со).