Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2011 номер 1

Приведены результаты измерения и моделирования тепловой и химической структуры пламени предварительно перемешанной смеси H₂/O₂/N₂ при атмосферном давлении с добавкой пентакарбонила железа Fe(CO)₅. Методом зондовой молекулярно-пучковой масс-спектрометрии с <мягкой> ионизацией измерены профили концентраций продуктов горения пентакарбонила железа: Fe, FeO₂, FeOH и Fe(OH)₂. Сравнение результатов эксперимента и моделирования показало удовлетворительное согласие профилей концентраций FeO₂ и Fe(OH)₂ и существенные различия профилей концентраций Fe и FeOH. Таким образом, была проверена применимость ранее предложенной кинетической модели окисления пентакарбонила железа и показано, что механизм нуждается в дальнейшем развитии.

Предложенный Зельдовичем механизм реакций и теоретический подход при цепном распространении пламени водорода применены для описания эффекта увеличения скорости водородокислородного разреженного пламени при введении добавок триметилфосфата (ТМФ), в присутствии которых осуществляется каталитическая рекомбинация атомов водорода. С помощью модели каталитической рекомбинации атомов водорода описан эффект промотирования стехиометрического водородокислородного пламени при субатмосферном давлении добавками ТМФ малой концентрации (0.1 ÷ 0.5%). Результаты расчетов по теории Зельдовича с предложенной упрощенной кинетической моделью и результаты моделирования по полному кинетическому механизму хорошо согласуются. Показано, что увеличение скорости рекомбинации атомов водорода за счет каталитической реакции с участием фосфорсодержащих компонентов приводит к увеличению скорости тепловыделения и, как следствие, к повышению скорости распространения пламени. Проведен кинетический анализ зависимости отношения скорости рекомбинации и скорости разветвления, а также температуры максимума скорости реакции и максимальной молярной доли атомов водорода от давления и концентрации добавки. Подтверждено предсказание Зельдовича о том, что рекомбинация играет не только вредную роль обрыва цепей, но и полезную роль выделения тепла.

Методом меченых атомов численно исследованы особенности действия добавок оксидов азота NO и NO₂ на окисление богатых смесей водорода с воздухом в условиях адиабатического самовоспламенения при низких и высоких начальных температурах и давлении 0.1 МПа. При низких температурах при добавлении NO наблюдается его взаимодействие с НО₂ с образованием NO₂, затем NO₂ взаимодействует с Н с образованием NO. При добавлении NO₂ при тех же температурах имеет место двухстадийность: образующийся в реакции NO₂ + H оксид NO не участвует в реакции до тех пор, пока NO₂ практически полностью не израсходуется. В области температур 900÷ 1200 К оксид NO₂ ингибирует процесс самовоспламенения за счет участия в реакции с Н, приводящей к замене части сплошь разветвленной цепи Н → (О, ОН) → 3Н на неразветвленную цепь Н → ОН → Н. Оксид NO при низких начальных температурах эффективно промотирует окисление водорода благодаря замене неразветвленной цепи Н → НО₂ → Н₂О₂ → ОН → Н на цепь с разветвлением.

Для однородного энергетического материала с экзотермическими подповерхностными реакциями показано существование границы устойчивости стационарной газификации при малых и больших значениях лучистого потока. Приведены примеры соответствующих расчетов по нестационарной модели. Рассмотрен (с примерами численного счета) возможный способ учета влияния подповерхностных реакций на прозрачность энергетического материала. Аналитически найдена функция отклика скорости газификации инертного материала на малые колебания светового потока. Знание этой функции позволяет с помощью относительно простых экспериментов получать информацию о некоторых тепловых и оптических характеристиках энергетического материала.

В интервале давлений 0.1 ÷ 36 МПа исследованы закономерности горения 1,5-диаминотетразола (DAT), его соли с хлорной кислотой DAT·HClO₄, а также координационных соединений (КС) с перхлоратами Ni(II), Co(II), Cu(II), Cd и Zn. Несмотря на высокое энергосодержание, DAT начинает гореть только при очень высоких давлениях (свыше 24 МПа). Перхлорат диаминотетразола обладает максимальной скоростью горения среди известных органических перхлоратов, причем его горение описывается газофазной моделью. Измеренные скорости горения КС также очень высоки: у [Cu(DAT)₆](ClO₄)_₂ скорость достигает рекордного для послойного горения значения 1,670 мм/с при давлении 34 МПа. Предположено, что горение КС также подчиняется газофазной модели. Обсуждается влияние природы металла на закономерности горения взрывчатых координационных соединений.

Проведен сравнительный анализ баллистической эффективности ракетных топлив, содержащих либо Al, либо Zr или ZrH₂. Анализ выполнен для составов, включающих различные окислители и связующие, а применительно к ракетам — с разными объемно-массовыми характеристиками. Показано, что замена алюминия цирконием или его гидридом обеспечивает повышение скорости ракеты (или полезной нагрузки) практически для любых составов смесевых твердых ракетных топлив при отношении объема топлива к массе пустой конструкции ниже примерно 1.0 ÷ 1.4 л/кг.

Представлены результаты численного расчета двухфазного течения с учетом коагуляции частиц полидисперсного конденсата в камере сгорания РДТТ. Показано влияние флуктуаций скорости частиц на эволюцию их среднемассового размера.

Потенциометрическим методом изучено поведение фронтально горящих гетерогенных систем, содержащих бор, алюминий, галлий, индий, иттрий, лантан и иттербий. Эти системы применяются для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ряда оксидных материалов. Обнаружено, что максимальные значения электродвижущей силы горения, возникающей между фронтом волны горения и продуктами синтеза в системах с участием трехзарядных ионов этих химических элементов, прямо пропорциональны ионному потенциалу химического элемента и составляют 150 ÷ 400 мВ. Использование двух разнополярно реагирующих систем в качестве элементов электродвижущей силы горения в одной батарейной сборке позволяет повысить регистрируемую разность потенциалов до 2.3 В.

Исследовано воспламенение различных видов древесины при воздействии излучения ксеноновой лампы ДКсР-10000. Получены зависимости времени задержки воспламенения от интенсивности потока лучистой энергии для различных сортов древесины: кедра, лиственницы, сосны, березы и осины. Исследовано влияние начальной температуры и влажности древесины на время воспламенения. Оптическим методом определена температура воспламенения древесины сосны и березы при различных интенсивностях потока лучистой энергии. Показано, что время воспламенения древесины сосны уменьшается в 1.5 ÷ 2 раза при повышении начальной температуры образцов на 100 градусов. Установлено, что температура воспламенения древесины увеличивается с ростом плотности потока лучистой энергии и зависит от сорта древесины. Повышение влажности древесины в 10 раз увеличивает время ее воспламенения более чем на 50%.

Численно исследуется распространение гетерогенной детонации в плоском канале с разрывом сечения в смеси кислорода и мелких частиц алюминия. При этом в узкой части канала в качестве начального течения принимается режим плоской детонации. Анализируются возможные сценарии развития этого течения после перехода его в расширяющуюся часть канала. Установлено влияние размера частиц и геометрических параметров канала на распространение/срыв детонации. В широкой части канала происходит формирование ячеистой детонации с последующим изменением размера ячейки в процессе выхода на установившийся режим распространения. В установившихся режимах размер ячейки инвариантен относительно способа формирования.

Экспериментально получены обширные данные по длине участка перехода горения в детонацию (ПГД) для большого спектра взрывчатых газовых смесей ацетилена, пропан-бутана и метана с кислородом в трубе с постоянным и сужающимся сечениями. Установлено, что для исследованных топливно-кислородных смесей длину ПГД можно сократить до одного калибра трубы, используя объемную систему препятствий, размер и расстояние между которыми соизмеримы с размером ячейки многофронтовой детонации в этих смесях. Установлено, что оптимальной для напыления является взрывчатая смесь пропан-бутана с кислородом, в которой доля пропан-бутана составляет ≈25%.

В последнее время активно ведутся исследования, направленные на разработку методов обнаружения следовых количеств энергетических материалов. Производство или применение высокоэнергетических материалов (ВЭМ) всегда сопряжено с их неизбежным попаданием в природные экосистемы. Поэтому разработка простого, портативного, недорогого устройства для обнаружения следовых количеств взрывчатых веществ представляет особую важность. В данной работе для их обнаружения аналитическим путем применяется метод инверсионной вольтамперометрии. Исследования проводили в среде ацетонитрила. Для каждого анализируемого компонента подобраны оптимальные условия для проведения вольтамперометрических измерений. Метод инверсионной вольтамперометрии селективен к отдельным компонентам и может применяться для определения различных ВЭМ в смеси. В работе данный метод применен для обнаружения наиболее широко распространенных энергетических материалов, таких как тетрил, ТНТ, пентрит, гексоген и октоген, с применением инверсной вольтамперометрии.

Выполнен анализ зависимости критического диаметра зарядов промышленных взрывчатых веществ (ВВ) от характеристик их состояния (состава, плотности, структуры) и наличия у них оболочки. Основной причиной увеличения критического диаметра при увеличении плотности зарядов аммиачно-селитряных ВВ является уменьшение скорости энерговыделения в зоне химической реакции детонационной волны. Влияние размера частиц компонентов и количества сенсибилизирующего компонента на критический диаметр порошкообразных и гранулированных ВВ укладывается в концепцию взрывного горения. Получена аналитическая формула для критического диаметра детонации эмульсионных ВВ, правильно описывающая экспериментальные данные. Рассмотрен возможный механизм влияния металлических оболочек на критический диаметр детонации пористых ВВ, скорость детонации которых меньше скорости звука в оболочке.

Исследован процесс бесплазменного инициирования стифната свинца полупроводниковым мостиком из кремния. Проанализированы характеристики разряда в случае плазменного и бесплазменного инициирования. Показано, что бесплазменное инициирование характеризуется низкой энергией и возможно в случае использования высокодисперсного энергетического материала.

Рассмотрена гидродинамика при глубоководном подводном взрыве. Рассчитано магнитное поле, генерируемое этим взрывом в квазистатическом приближении и с учетом индукционного эффекта. Проведен количественный анализ степени влияния самоиндукции на величину магнитного поля.

Приведен обзор экспериментальных данных о поведении стальных цилиндрических оболочек, заполненных водой или воздухом и многократно нагруженных взрывом изнутри, вплоть до разрушения. Получены полуэмпирические формулы, позволяющие относительно просто и достаточно достоверно оценивать основные параметры импульсного деформирования оболочки в пределах их экспериментального разброса.

Представлена термодинамически-связанная математическая модель распределения температуры поперек контактной поверхности, базирующаяся на характеристиках теплообмена в процессе сварки взрывом. Исследован процесс теплообмена при сварке взрывом двух железных пластин. Определено соотношение между максимально достигаемой температурой и пространственной координатой. Результаты расчета хорошо согласуются с реальным процессом сварки взрывом. Представленная модель может дать теоретический базис для расчета распределения температуры при сварке взрывом и в какой-то степени для оптимизации параметров этого процесса.