Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2011 номер 6

Обобщены результаты исследования детонационных процессов в конденсированных взрывчатых веществах, полученные с помощью развиваемых методов, основанных на использовании синхротронного излучения. Приведены параметры использованного пучка, описаны элементы созданной станции и измерительного комплекса. Представлены данные о распределении плотности во фронте детонации ряда взрывчатых веществ и определены значения параметров в пике Неймана и точке Жуге. Дано описание метода восстановления полного набора газодинамических характеристик (полей плотности, вектора массовой скорости и давления) по измеренной в эксперименте динамике рентгеновской тени исследуемого течения. Приведены результаты его применения для исследования детонации заряда пластифицированного ТАТБ. Описана методика измерения малоуглового рентгеновского рассеяния в процессе детонационного превращения. На основе полученных по этой методике результатов для ряда взрывчатых веществ с избыточным содержанием углерода проанализирована кинетика конденсации свободного углерода и динамика среднего размера формирующихся при этом наночастиц.

Приведены результаты исследования быстропротекающих гидродинамических процессов методом импульсной протонной радиографии на базе протонного синхротрона У-70 ИФВЭ. Физическая установка для протонной радиографии с максимальной энергией протонного пучка до 70 ГэВ и интенсивностью до 1.5·10¹³ протонов за цикл обеспечивает регистрацию в одной проекции до 29 кадров с минимальным межкадровым временным промежутком 165 нс. Поле регистрации в настоящий момент составляет в диаметре ≈60 мм, с перспективой увеличения до 250 мм. Длительность банча (протонного сгустка) равна 20÷30 нс и может быть снижена до 10÷15 нс. С 2004 г. и по настоящее время РФЯЦ-ВНИИЭФ совместно с ИФВЭ проводит на данной установке статические и динамические эксперименты по исследованию: процессов возбуждения и распространения детонации в конденсированных взрывчатых веществах; распространения ударных волн в инертных материалах; гидродинамических неустойчивостей в металлах; динамического деформирования и разрушения оболочек и пластин; откольных разрушений; формирования кумулятивных струй и их взаимодействия с преградами; других прикладных задач физики взрыва. Созданный учеными РФЯЦ-ВНИИЭФ и ИФВЭ протонный радиографический комплекс на базе ускорителя У-70 является уникальным инструментом для исследования быстропротекающих процессов. Метод протонной радиографии открывает перед российскими исследователями новые возможности: многокадровая регистрация, практически неограниченная толщина исследуемых объектов, высокое пространственное разрешение, огромный динамический диапазон регистрации.

Описан метод измерения параметров ударно-волновых и детонационных процессов с использованием микроволновых интерферометров. Приведено описание методики постановки экспериментов и способа обработки экспериментальных данных. Рассмотрены примеры экспериментальных исследований, выполненных с использованием радиоинтерферометра трехмиллиметрового диапазона.

Экспериментально и методом численного моделирования исследовался нижний концентрационный предел распространения пламени углеводородовоздушных смесей. Моделирование с использованием детального механизма химических реакций показало, что результаты расчетов с хорошей точностью описывают данные экспериментов по влиянию паров воды на бедный концентрационный предел горения смеси углеводородов с воздухом. Наличие паров воды в малых концентрациях в исходной смеси не влияет на нижний концентрационный предел распространения пламени, в то же время существенно меняет скорость свободного распространения пламени.

Приведены результаты экспериментального исследования горения пропан-бутана и метана с воздухом на насадках, составленных из пористого материала с размером пор ≈0.35 мм и из ячеисто-пористого материала с размером пор ≈3 мм при расположении зоны горения на стыке материалов. Сравнение состава продуктов и полноты сгорания с результатами расчетов равновесных составов, выполненных в диапазоне коэффициентов избытка воздуха α = 0.4÷2.5 показало существенное отклонение опытных данных от равновесных значений (меньшее содержание Н₂ и NO, большее значение соотношения СО/СО₂, повышенная полнота сгорания при α = 0.6#0247;0.7 и пониженная в районе стехиометрии), связанное с интенсивным отводом тепла излучением и радиационной закалкой состава продуктов.

Получено аналитическое решение задачи о тепловом взрыве кольцевого слоя для двух случаев: 1) внутренний цилиндр теплоизолирован, через поверхность внешнего цилиндра осуществляется теплообмен с окружающей средой по закону Ньютона; 2) внешний цилиндр теплоизолирован, через поверхность внутреннего цилиндра осуществляется теплообмен по тому же закону. При различных значениях критерия Био построена зависимость критического значения параметра Франк-Каменецкого от отношения радиуса внутреннего цилиндра к радиусу внешнего цилиндра. Рассмотрены предельные случаи, когда это отношение стремится к нулю и к единице.

Разработан новый подход, позволяющий осуществлять горение в слабоэкзотермических смесях Cr/B и Cr/Ti/B и получать литую боридную керамику. Этот подход основан на стимулировании горения систем Cr и Ti с бором высокоэкзотермической смесью пероксида кальция с алюминием. Изучены закономерности горения гибридных смесей Cr/Ti/B/CaO₂/Al и динамика их химического превращения в волнах горения, предложен механизм процесса.

Катализатор окисления СО (CuO—CeO₂/стеклоткань был приготовлен методом поверхностного самораспространяющегося термосинтеза. В процессе синтеза образцов (CuO—CeO₂/стеклоткань варьировали содержание активных компонентов (CuO—CeO₂ и топливной добавки, а также условия проведения термосинтеза. Изучено влияние природы топливной добавки и солей— предшественников активных компонентов, а также их соотношения на протекание реакции твердофазного горения. Полученные катализаторы были исследованы при помощи сканирующей электронной микроскопии и метода рентгенофазового анализа in situ с временным разрешением и использованием синхротронного излучения.

Описаны эксперименты по исследованию химического взаимодействия образцов породы, содержащей кероген, с потоком атмосферного воздуха. Размельченная порода помещалась в проточный реактор с регулируемой температурой нагрева. Наличие взаимодействия породы с кислородом воздуха регистрировалось газоанализатором по изменению относительных концентраций молекул О₂ и СО₂ в газовом потоке на выходе из реактора. Измерения проводились в области температур 450÷650 К. Найдена нижняя граница температуры 480 К, при которой еще наблюдалось изменение состава газа. Проведена оценка изменения химической активности слоя породы в предположении реакции первого порядка по концентрации окислителя, получено значение энергии активации процесса 12 ккал/моль.

В рамках феноменологической теории нестационарного горения рассмотрено горение гомогенных конденсированных энергетических материалов (КЭМ) с искривленной поверхностью горения. Найдена зависимость скорости горения от кривизны поверхности горения. Показано, что существует предельное значение кривизны поверхности, выше которого самоподдерживающееся горение невозможно. Эта предельная кривизна зависит от теплофизических и баллистических характеристик КЭМ. Показано, что существование предельной кривизны поверхности горения позволяет объяснить критические условия горения гомогенных КЭМ. На основе этой гипотезы рассчитаны критические диаметры горения нескольких гомогенных КЭМ. Результаты расчетов хорошо согласуются с известными экспериментальными данными.

Исследованы закономерности горения в режиме СВС составов термитного типа в виде тонких слоев, когда не происходит образования сплошного слоя литых продуктов. Показано, что горение тонких слоев высокотемпературных составов может сопровождаться практически полным диспергированием жидкофазных продуктов горения. Высота засыпки и калорийность смеси являются эффективными параметрами для управления размером диспергированных частиц литых продуктов синтеза. Установлено, что макроструктура продуктов синтеза формируется непосредственно вблизи волны горения путем коалесценции

Предложена точечная полуэмпирическая математическая модель, удовлетворительно описывающая экспериментальные данные по зависимости времени задержки воспламенения насыпки частиц железа в устройстве быстрого сжатия от температуры окружающей среды.

Предложена модель, позволяющая в односкоростном и однотемпературном приближениях, а также в предположении одинакового давления для всех фаз рассчитать поведение пористых порошковых смесей при ударно-волновом нагружении. В модели учитывается наличие газа в порах. Проведено сравнение результатов расчетов с известными экспериментальными данными для сплошных и пористых сред (ударные адиабаты, двойное сжатие ударными волнами и адиабатическая разгрузка). Результаты расчета очень хорошо согласуются с данными эксперимента, в том числе для двух- и трехкомпонентных (по числу конденсированных фаз) смесей.

Предложен бесконтактный метод измерения электрической проводимости немагнитных металлов и сплавов в условиях импульсного нагружения, основанный на экспериментальном определении характера затухания вихревых токов в исследуемом образце, представляющем собой диск фольги конечных размеров. Дано теоретическое обоснование предлагаемого метода. Проведены эксперименты по определению проводимости меди при давлениях до 16 ГПа.

Проведена серия экспериментов по сравнению затухания подводной ударной волны от нового малочувствительного алюминийсодержащего мощного взрывчатого вещества (ВВ) типа RS и от известных взрывчатых веществ ТНТ, JH-14 и PBXN-111. Предложена новая модель с единым функциональным выражением для зависимости давления от времени. Показано, что новая модель применима как для алюминизированных, так и для идеальных ВВ. Коэффициенты корреляции для аппроксимирующих кривых, проверенные на тысячах данных для различных ВВ, достигают значений выше 0.99. Энергия подводной ударной волны от PBXN-111 и ТНТ, рассчитанная по новой модели, хорошо согласуется с опубликованными экспериментальными данными. Ударная энергия нового состава RS на 13.4 % больше, чем у PBXN-111. Установлено, что возможности состава RS по генерации подводных ударных волн выше, чем у других взрывчатых веществ (ТНТ, JH-14 и PBXN-111).

Проанализированы рентгенодифракционные картины ударно-сжатых образцов хлористого калия и α-кварца в целях оценки физического состояния вещества в области сосуществования фаз и влияния времени релаксационного процесса на положение экспериментальных точек адиабаты Гюгонио в этой области. Экспериментальные результаты согласуются с интерпретацией, согласно которой состояние вещества на переходной кривой, соединяющей адиабаты Гюгонио исходной фазы и фазы высокого давления, можно представить как состояние вещества с незавершенным релаксационным процессом. Степень незавершенности определяется отношением времени пребывания вещества на ударном фронте к полному времени протекания релаксационного процесса.