Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2012 номер 4

Приведены результаты экспериментального исследования ламинарного пограничного слоя при горении в нем водородоазотной топливной смеси, равномерно вдуваемой через пористую стенку в поток воздуха. Получены данные, характеризующие условия воспламенения. На основании зарегистрированных распределений температуры анализируется изменение положения и температуры фронта пламени по длине в зависимости от скорости набегающего потока (1÷4 м/с), интенсивности вдува и состава топлива. Показано, что теплообмен может быть удовлетворительно описан «стандартной» зависимостью для пограничного слоя с граничными условиями второго рода.

Приведены экспериментальные результаты по влиянию давления на скорость распространения пламени в трубке, диаметр которой близок к критическому. Исследовался режим горения, важной особенностью которого является передача тепла по стенке трубки от продуктов горения в свежую смесь. В качестве горючих газов использовались метано- и водородовоздушные смеси. Эксперименты показали, что с ростом давления скорость распространения метановоздушного пламени уменьшается, тогда как скорость распространения водородовоздушного почти не изменяется. Такое поведение объясняется зависимостью нормальной скорости от давления.

Исследована возможность измерения концентрации молекул H2O в пламени по поглощению излучения лазера на свободных электронах терагерцового диапазона. Для этих измерений использована линия поглощения во вращательном спектре H2O на частоте 77.32 см-1. Эта линия обладает малой интенсивностью при комнатной температуре, в то время как при температуре около 1000 K ее интенсивность сравнима с наиболее сильными линиями. Экспериментально и теоретически исследована зависимость коэффициента поглощения излучения на частоте 77.32 см-1 от температуры. Продемонстрирована возможность применения метода для измерений в сажистом пламени смеси С2Н4O2/Ar, сильно рассеивающем излучение видимого и УФ диапазонов.

Методом крупных вихрей с применением динамической модели поверхностной плотности теплового потока пламени (FSD) исследовано распространение нестационарных турбулентных пламен в предварительно перемешанной газовой смеси в вентилируемой взрывной камере в присутствии ряда препятствий. Химическое превращение описано одностадийной глобальной реакцией, которая моделирует реакцию горения стехиометрической смеси пропан - воздух. FSD-модель для скорости реакции реализована численно с использованием двух моделей подсеточного масштаба. Первая основана на эмпирической корреляции флуктуаций скорости подсеточного масштаба, вторая - на идеях подобия при описании искривленного фронта пламени, рассматриваемого как фрактальная поверхность. Результаты расчетов проанализированы, и проведено их сравнение с результатами, полученными по простой алгебраической модели FSD, и с данными экспериментов. Показано, что динамические модели FSD приводят к лучшим результатам, чем алгебраическая модель FSD. Сравнение демонстрирует важную роль вкладов от неразрешенной части FSD, результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными по структуре пламени и результатами измерений избыточного давления и скоростей горения.

Представлены результаты комплексного расчетно-экспериментального исследования динамики течения равновесных продуктов сгорания стехиометрических ацетиленовоздушных смесей в выходном устройстве реактивного двигателя с кольцевым соплом. Приведены результаты численного решения нестационарных уравнений Навье - Стокса для многокомпонентной химически неравновесной модели газовой среды. Экспериментальные исследования проведены в импульсной аэродинамической установке. Определены тяговые характеристики выходного устройства и выявлены особенности структуры устанавливающегося в нем стационарного течения.

Построена математическая модель, описывающая механизм возникновения интенсивных акустических колебаний в прямоточной эжекторной камере сгорания, основанная на неустойчивости собственных акустических колебаний в камере при истечении струи. В качестве обратной связи, необходимой для возникновения неустойчивости акустических колебаний, принято их взаимодействие с нестационарным движением газа, индуцируемым вихревой пеленой, сбегающей с кромок камеры. Разработан алгоритм решения задачи о подавлении интенсивных акустических колебаний в камере с помощью резонаторов. Проведено сравнение полученных теоретических результатов с известными результатами экспериментальных исследований

Изучено влияние энтальпии образования суммарной композиции и элементного состава композиции ракетного топлива на базе элементов C, H, N и O на температуру горения и удельный импульс с целью поиска пути создания композиций с температурой горения не выше допустимой, но с максимально высоким удельным импульсом. Найдены количественные зависимости, связывающие вышеуказанные параметры. Показано, что существует определенный коридор в области существования композиций, удовлетворяющих поставленным требованиям по температуре горения и удельному импульсу. Полученные данные позволяют определить возможность создания составов с максимальными значениями удельного импульса.

Показана возможность получения литых оксинитридов алюминия в режиме горения железоалюминиевого термита в среде азота. Горение осуществляли в герметичном реакторе при начальном давлении азота до 10 МПа. Показано влияние начального давления азота и содержания алюминия (сверх стехиометрического) в исходной смеси на содержание связанного азота в оксидном продукте синтеза. На основании термодинамического расчета и экспериментальных результатов предложена модель химического превращения исходной смеси в волне горения в условиях образования двухфазного высокотемпературного расплава.

На основе анализа структуры фазовых траекторий рассмотрены качественные особенности режимов саморазогрева для гомогенных реакций первого порядка. Переход к рассмотрению зависимости скорости разогрева от температуры, позволил расширить основные результаты теории теплового взрыва Семенова и перейти к двумерной параметрической диаграмме, что дает возможность определять критические условия воспламенения с учетом кинетического торможения. Установлено, что на диаграмме «критерий Тодеса - обратная величина критерия Семенова» имеются четыре характерные области с различной кинетикой, две из них являются предельными, а две - переходными. Проведен расчет границ областей, показано, что классическая теория теплового взрыва представляет собой частный случай проекции этих границ на область изменения критерия Семенова.

Приведены результаты экспериментального исследования двух режимов срывного разрушения капель маловязких жидкостей в потоке за ударной волной в диапазоне чисел Вебера 200÷ 8 000. На основании данных по деформации и обтеканию капли построена феноменологическая картина ее разрушения. Сформулирован физический критерий смены срывных механизмов разрушения.

Проведено численное моделирование падения ударной волны на систему цилиндров и сфер. Описаны режимы обтекания системы тел, проведен параметрический анализ изучаемого явления. На основе многочисленных расчетов составлена карта режимов обтекания с индивидуальной и коллективной ударной волной вблизи тел в зависимости от числа Маха набегающего потока и расстояния между телами.

Процесс парового взрыва включает взрывоподобное фазовое превращение тонкой жидкой пленки в пар, сопровождающееся разительным изменением свойств материала при переходе через ударную волну высокого давления. Энергия, выделяющаяся в течение подобного процесса, может возрастать до уровня, характерного для химических взрывов взрывчатых веществ. Так как для инициирования парового взрыва не требуется топливовоздушная химическая реакция, процесс можно рассматривать как экологичную реакцию, протекающую без образования загрязняющих веществ. Однако фазовое изменение, при котором происходит тысячекратное увеличение объема пара при быстром испарении пленки, является естественным следствием внезапного изменения плотности при прохождении через фазовый фронт, что характерно для генерации взрывной волны. Пар высокого давления, образующийся без химической реакции, расширяется как сферическая волна с постоянной скоростью, предсказываемой соотношениями Ренкина - Гюгонио на ударной волне. Предложена новая методология описания парового взрыва, основанная на понятиях ударной волны и теории фазового поля.

Проведено уточнение параметров второго фазового состояния фенилона по совокупности независимых измерений в ударно-волновых экспериментах одновременно трех физических величин («полный» опыт). Экспериментально подтверждено, что методика определения ударных адиабат с использованием метода отражения дает правильные результаты лишь для случаев, когда на фронте ударной волны фазовое состояние материала не меняется. Эту методику необходимо дополнить прямыми измерениями давления в исследуемом материале с фазовым превращением и методами определения точки «старта» ударной адиабаты второго фазового состояния (P_{eSW»,U_{eSW»).

На основе решения уравнений Навье - Стокса с применением для уравнения состояния и коэффициентов переноса выражений, определяемых модифицированной моделью Ван-дер-Ваальса, рассчитаны профили стационарных плоских ударных волн в жидком аргоне. Результаты сопоставлены с выполненными ранее расчетами методом молекулярной динамики и расчетами на основе решения уравнений Навье - Стокса с использованием потенциала Леннарда - Джонса. Показано их удовлетворительное совпадение в диапазоне давлений ≈1÷40 ГПа. По-видимому, приблизительно такой же, как для аргона, точности оценки толщины ударных волн на основе рассматриваемого подхода можно ожидать и для других простых жидких веществ. Достоинством подхода является относительная простота выражений для термодинамических и кинетических характеристик жидкости, параметры которых могут быть достаточно легко откалиброваны на основе доступных экспериментальных данных о сжимаемости.

Молекулярная и кристаллическая структура энергетического материала - тетраперхлората этилендиамина-триэтилендиамина, получаемого методом сокристаллизации, охарактеризована с помощью дифракционного рентгеновского анализа. Кристаллическая структура соединения относится к группе Cmc21 ромбической сингонии с размерами элементарной ячейки a=8_.1030± 0_.0016 Å, b=24_.725± 0_.005 Å, c=10_.195± 0_.002 Å. Механизм термического разложения исследованного соединения изучен методами Киссинджера и Озавы. Тест на чувствительность показал, что исследованное соединение является взрывчатым.

С использованием разработанной методики определена ширина волны реакции взрывного разложения в нитевидных монокристаллах (v = 1.2 ± 0.2 км/с, l = 230 ± 30 мкм) и прессованном порошке (v = 4.0 ± 0.4 км/с, l = 110 ± 10 мкм) азида серебра. Показано, что в режиме распространения реакции со скоростью 1.2 ± 0.2 км/с волна разложения, в отличие от детонационной волны, практически симметрична.