Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2006 номер 3

Неэмпирическим методом теории функционала электронной плотности в обобщенном градиентном приближении и полуэмпирическим методом РМ3 изучена реакция окисления модельных углеродных кластеров молекулярным и атомарным кислородом. Определены энергия активации и энтальпия этих процессов. Вычисленные энергетические характеристики сопоставлены со значениями, полученными другими авторами экспериментально или теоретически. Приведены схемы основных стадий окисления модельных углеродных кластеров. Определены лимитирующие стадии.

Рассмотрена модель горения в кислороде частицы углерода большой пористости, которая учитывает протекание гетерогенных и гомогенных химических реакций внутри частицы и теплообмен излучением. Определены границы области, которой принадлежит зависимость скорости горения от температуры частицы. Показана возможность существования двух режимов горения: высокоскоростного, в котором реакция углерода с кислородом протекает в слое у поверхности частицы, и низкоскоростного, в котором реакция идет во всем объеме частицы. При высокоскоростном режиме горения в результате реакции углерода с кислородом образуется в основном монооксид углерода, а при низкоскоростном режиме возможно образование как монооксида, так и диоксида углерода. Определены кинетические уравнения гетерогенных реакций C + O₂ = CO₂ и 2C + O₂ = 2CO, которые показывают тормозящее влияние моно- и диоксида углерода на скорость этих реакций.

Экспериментально исследуется горение в зазоре между двумя тонкими круглыми пластинками с центральной точечной подачей газа. Показано существование нескольких режимов. При больших расходах наблюдается неустойчивое пульсирующее горение. С уменьшением расхода при определенных условиях происходит переход в режим спинового горения. При достаточно малом расстоянии между пластинами может реализоваться так называемый режим горения с избытком энтальпии в условиях расходящегося потока газа.

Численно исследуются форма и распространение нестационарных гомогенных пламен в узких каналах с адиабатическими и изотермическими стенками. Рассматривается одностадийная глобальная реакция, моделирующая стехиометрическую ацетиленовоздушную смесь. Численные результаты показывают, что как методы зажигания, так и тепловые граничные условия оказывают влияние на образование и форму пламени. Пламя сохраняет форму тюльпана в течение всего процесса распространения через канал в случае, если используется зажигание плоскостью, тогда как при искровом зажигании оно сохраняет грибовидную форму. В случае изотермических холодных стенок пламя не может все время сохранять единую тюльпанообразную или грибообразную форму: при зажигании плоскостью происходит переход от тюльпанообразной формы к грибообразной по мере распространения пламени от одного конца канала к другому, а при искровом зажигании — наоборот. Показано также, что теплопотери в холодные стенки оказывают двойственный эффект на образование тюльпанообразного пламени. Проведен систематический анализ распространения и гашения пламени в узких каналах различной высоты. Предложен критерий, позволяющий судить о состоянии частичного или полного гашения пламени, названный критерием распространения и гашения пламени в узких каналах.

Проведено моделирование химических процессов при неполном окислении тяжелых углеводородов в многофазных неидеальных системах. Создана программа расчета состава продуктов неполного окисления углеводородов с использованием равновесной и кинетической моделей расчета с учетом неидеальности газовой фазы и неидеальности растворов. С целью оптимизации выхода водорода при неполном окислении эйкозана (C₂₀H₄₂) в присутствии воды в сверхкритической области состояния системы проведены расчеты выхода продуктов по равновесной и кинетической моделям. Результаты расчетов по кинетической модели сравниваются с экспериментальными данными.

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований гетерогенных цепных процессов на кварце. Выполнен расчет воспламенения гремучей смеси в кварцевом реакторе в условиях сильного гетерогенного отрицательного взаимодействия цепей в кинетической и диффузионной областях. Разработан экспериментально энергетический критерий, позволяющий выделить круг реакций с повышенной вероятностью гетерогенного развития цепей на кварце. Исследованы возможности образования атомов и радикалов на поверхности кварца и условия их выхода в объем. Проанализирована возможность выхода атомов водорода в объем с микропористой поверхности SiO₂.

Аналитически исследована система уравнений, описывающая взаимодействие одиночной частицы или плотной совокупности частиц в однотемпературном приближении с окислителем в случае роста слоя продукта по параболическому закону. Показано, что переход с нижнего режима реагирования (режим с максимумом) к верхнему (режим монотонного роста температуры) происходит скачком при непрерывном изменении параметра воспламенения. Полученное критическое значение указанного параметра на 7% отличается от значения, полученного при численном моделировании.

Разработана распределенная математическая модель воспламенения частицы магния с учетом гетерогенной химической реакции и области теплового влияния частицы на газ. Найдено решение задачи в стационарном случае, что позволило расширить классификацию тепловой истории системы “частица — газ”. Предложен численный метод решения рассмотренного класса краевых задач воспламенения магниевых частиц, и верифицирована математическая модель по зависимости времени задержки воспламенения от числа Нуссельта. Выявлен предельный размер газового слоя вблизи частицы, определяющего режим воспламенения. Показана устойчивость некоторых режимов нагрева относительно конечных и инфинитезимальных возмущений, возможность управления процессом воспламенения с помощью высокочастотного теплового воздействия на неустойчивые состояния системы “частица — газ”.

Рассмотрен процесс высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni₃Al в условиях теплового взрыва порошковой смеси 3Ni + Al под давлением. В рамках математической модели выполнены количественные оценки дисперсности зеренной структуры синтезированного интерметаллида.

Исследован процесс азотирования ферросилиция в режиме горения. Установлено, что путем разбавления исходного сплава конечным продуктом, а также введением галоидных солей аммония и магния можно увеличить глубину превращения и получить двухфазный продукт горения, состоящий из нитрида кремния и железа. Показано, что процесс азотирования ферросилиция осуществляется в интервале температур от 900 °С до температуры горения и является многостадийным. Температура начала взаимодействия ферросилиция с азотом совпадает с температурой фазового перехода α-лебоит → β-лебоит.

Исследованы макро- и микроморфология продуктов горения смеси порошков Fe₂O₃/TiO₂/Al в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Обнаружены существенные различия в структуре образующихся продуктов при изменении соотношений между компонентами системы. Предложен механизм формо- и фазообразования, позволяющий с единых позиций объяснить наблюдаемые различия.

Изучены закономерности горения смеси термитного типа Fe₂O₃ + 2Al + γCr₂O₃. Определены пределы жидкофазного горения и сепарации оксидной и металлической фаз в конечных продуктах. Показано, что оксид хрома слабо конкурирует с оксидом железа в окислительно-восстановительной реакции с алюминием и участвует, главным образом, в формировании оксидной фазы.

На основе математического моделирования распространения взрывной волны в пологе леса исследованы закономерности срыва лесных горючих материалов (тонких веточек, хвоинок) при расположении шнуровых зарядов на различных высотах. Результаты расчетов позволяют уменьшить расход взрывчатых веществ при организации тушения верховых лесных пожаров.

С использованием установки ТСД (РФЯЦ, ВНИИ технической физики, г. Снежинск) изучено возникновение и развитие детонации пропановоздушных составов при инжекции в них горячих продуктов детонации. Зарегистрирована полная картина этого явления: инжекция горячих продуктов детонации в основную трубу установки с формированием области смеси исходного пропановоздушного состава с горячими продуктами; возникновение локального взрыва в этой смеси и последующее развитие детонации в ней; передача детонации в область холодных исходных реагентов (или ее срыв на границе областей). Установлена область существования детонации по начальной объемной концентрации пропана от 3.3 до 5%. Определены следующие критические (к моменту локального взрыва) параметры: массовая доля горячих продуктов детонации 6 ÷ 9%, плотность вводимой с продуктами энергии 145 ÷ 195 Дж/г, мощность энерговвода 70 ÷ 50 Дж/(г · мс).

Рассмотрено семейство ударных адиабат простого твердого тела в зависимости от его начального термодинамического состояния. Каждая из ударных адиабат этого семейства рассчитывается с использованием известной опорной ударной адиабаты монолитного материала при заданных начальных условиях. Рассмотрены начальные состояния с различными температурами монолитных и пористых материалов. Показано, что нагрев изменяет ударную адиабату твердого тела на ≈ 0.01 % K.

Экспериментально исследовано изменение показателя преломления в полиметилметакрилате и фтористом литии при квазиизоэнтропическом нагружении. Определены значения показателя преломления и поправочного коэффициента в формуле для расчета массовой скорости. Результаты, полученные при квазиизоэнтропическом нагружении вещества, сопоставлены с известными данными для ударно-волнового сжатия исследуемых материалов.

На основе известной зависимости критических параметров локализации деформации от размера зерна, выявленной при взрывном обжатии полых толстостенных цилиндров, проведено исследование особенностей эволюции микроструктуры крупнозернистой и мелкозернистой меди. Установлено подобие свойств и механизмов деформирования мелкозернистого и ультрамелкозернистого материалов. На основе анализа результатов предложена схема смены механизмов деформирования мелкозернистой меди в процессе развития деформационных структур при высокоскоростном деформировании.