Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2013 номер 5

Проведено сравнение характеристик пограничного слоя с горением при стабилизации пламени ребром и уступом. Получены данные о тепловом пограничном слое, о скорости срыва пламени и скорости испарения этанола в воздушный поток с турбулентностью до 26 %. Показано, что температура во внешней области пограничного слоя и скорость срыва пламени за ребром выше, чем за уступом. При обоих способах стабилизации пламени интенсивность испарения соответствует переходному режиму массообмена.

Представлены результаты экспериментального исследования рабочего процесса в модели прямоточной камеры сгорания, работающей на подогретом керосине со сверхзвуковым потоком воздуха на входе с числами Маха 3 и 3.5. Испытания проводились в импульсной трубе по схеме присоединенного воздухопровода при полных температурах 2350÷3250 К и давлениях 3.2÷12.0 МПа. Получены данные по условиям воспламенения и эффективности горения керосина. Показана принципиальная возможность использования критерия Озавы и его модификации для описания области устойчивого горения керосиновоздушной смеси в канале со стабилизаторами в виде ниш и уступов, обтекаемых существенно трехмерным потоком.

Разработана кинетическая модель, позволяющая рассчитывать эмиссионные характеристики гомогенных камер сгорания, работающих на метане и синтез-газе. Тестирование модели проведено с использованием широкого набора экспериментальных данных по концентрациям NO, CO, OH в ламинарных пламенах и горелке Бунзена, а также по концентрациям OH, NO, CO в гомогенной камере сгорания, работающей на смеси синтез-газа с воздухом. Показано, что при одинаковой температуре продуктов сгорания, т. е. при одинаковой термодинамической эффективности, камера сгорания, работающая на синтез-газе, эмитирует большее количество NO, CO и CO₂ по сравнению с камерой сгорания на метане. Хотя использование в качестве топлива синтез-газа позволяет организовать устойчивое горение ультрабедных смесей и получить очень низкие концентрации NO и CO на выходе из камеры сгорания (≈ 1÷3 ppm), тем не менее количество CO₂ в выхлопе даже в случае очень бедных смесей (α ≈ 3) существенно больше, чем при использовании метана.

Для диффузионно-кинетической модели горения пористой частицы углерода в воздухе исследована структура зоны реакции углерода с реакционными газами внутри пористой частицы. Показано, что при заданной кинетике реакции взаимодействия углерода с кислородом зависимость скорости горения пористой частицы от ее внутренней поверхности неоднозначна, что связано с резкой зависимостью скорости реакции углерода с кислородом от температуры. Для получения однозначной зависимости необходимо использовать кинетическое уравнение для скорости реакции углерода с кислородом с более низкой энергией активации, чем экспериментально определенная величина.

Для моделирования двухстадийного горения гидрореагирующего топлива в прямоточном гидрореактивном двигателе использованы камера сгорания высокого давления и реактор металл/пар. В качестве металлической добавки исследованы порошки алюминия, магния, алюмомагниевого сплава 50/50 (AM) и алюмомагниевого механосплава 50/50 (b-AM), полученного в шаровой мельнице. Порошки характеризовали с использованием сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и термогравиметрического анализов. Определена эффективность реагирования Al в исходном (сырьевом) металле в горячем паре, а также при двухстадийном горении топлива. Результаты исследований показали, что Mg и Al в составе сплавов AM и b-AM полностью реагируют в воздухе при нагревании до температуры 950 °C. По данным рентгенофазового анализа продукты реакции обоих сплавов в горячем паре содержали оксид магния MgO и шпинель Al₂MgO₄, в рентгенограммах также зарегистрированы пики дифракции Al. Эффективность реагирования Al с горячим паром в составе сплавов AM и b-AM была намного выше, чем в случае чистых порошков Al. Топливные композиции на основе полибутадиена с концевыми гидроксильными группами (HTPB), такие как HTPB-AP-(b-AM)-Mg и HTPB-AP-AM-Mg, продемонстрировали лучшую эффективность реагирования Al, чем системы HTPB-AP-Al-Mg и HTPB-AP-Al.

Рассмотрены методы восстановления скорости газового потока по измерению скорости частиц дисперсной фазы и показано, что существующие подходы ограничены малой скоростной неравновесностью фаз. Для измерения скорости газа в высокоградиентных потоках предложена методика коррекции данных PIV-диагностики на основе измерения параметров скоростной релаксации частиц. Методика экспериментально апробирована в потоке за проходящей ударной волной с субмикронными трассерами, показана возможность ее применения в течениях с газодинамическими разрывами.

Проведено исследование горения гранулированной смеси титана с сажей, помещенной в кварцевую трубку, при продуве засыпки аргоном или азотом. Поток газа (спутная фильтрация) обеспечивался наличием фиксированного перепада давления на входе и выходе из трубки, не превышавшего 1 атм. Проанализированы возможные режимы горения гранулированных смесей, связанные с наличием более сложной иерархии масштабов (микро, макро и мезо), отличной от порошковых смесей (микро, макро). Проведено сравнение скоростей горения порошковых и гранулированных смесей. Экспериментально установлено увеличение скорости горения при использовании гранулированных смесей. Показано, что продув гранулированной смеси Ti + 0.5C спутным потоком газа приводит к увеличению скорости горения. Установлено, что за распространение фронта горения гранулированной смеси Ti + 0.5C в потоке азота или аргона отвечают различные реакции. Показано, что в отличие от порошковых смесей Ti + 0.5C при горении гранулированного состава Ti + 0.5C в потоке азота наблюдается только один фронт. Доказано, что при распространении фронта горения в гранулированной смеси Ti + 0.5C существенную роль играет излучение.

Предложена гетерогенная модель безгазового горения бинарных дисперсных систем, объединяющая описание микромасштабных процессов межфазного взаимодействия в ячейке смеси с макромасштабным описанием, что позволяет с позиций континуального подхода механики сплошных сред описывать физико-химические превращения, рассчитывать фазовый состав конечных продуктов. На основе анализа диаграммы состояния системы Ni—Al предложены схемы металлохимических реакций образования и разложения интерметаллических фаз. Численно решена задача о распространении волны СВС и эволюции пространственного распределения концентраций интерметаллических фаз при горении смеси порошков Ni и Al. Получена двухволновая структура волны горения, приведено сопоставление с данными экспериментов.

Изложена физико-математическая постановка совместной газодинамической и геометрической задачи моделирования внутрикамерных процессов и расчета внутрибаллистических характеристик бессопловых РДТТ, разработаны метод и алгоритм решения задачи. Для расчета параметров в переднем объеме двигателя применены осредненные нестационарные уравнения внутренней баллистики, а для канала заряда и выходного конуса — одномерные газодинамические уравнения в квазистационарной постановке. Программный комплекс проверен расчетом внутрибаллистических характеристик двигателя, который утилизировался без соплового блока и моделировал внутрикамерные процессы бессоплового РДТТ в течение полного времени работы. Расчетными исследованиями определены конструктивные особенности, рабочие параметры двигателей и характеристики составов, влияющие на реализацию энергетики топлив в бессопловых РДТТ. Показано, что по основному энергетическому параметру — удельному импульсу тяги бессопловые РДТТ в зависимости от условий сравнения (одинаковые степени расширения и профили сопла и выходного конуса) незначительно уступают или практически сближаются с традиционными РДТТ.

Исследованы характеристики аномалии скорости горения канальной шашки смесевого топлива, известной под названием "аномалия середины свода горения" или "горб на кривой давления". Приведены результаты экспериментального исследования влияния рецептуры топлива, вязкости топливной суспензии, особенностей процедуры ее заливки в корпус двигателя. Согласно предшествующим исследованиям предполагается, что геометрия "изохронных поверхностей" движущейся в процессе заливки топливной суспензии оказывает влияние на локальную скорость горения. Для исследования этого эффекта проведена визуализация изохронных поверхностей. Предложена зависимость между конфигурациями изохронных поверхностей и скоростью горения, зарегистрированной в огневых испытаниях двигателя и в опытах с образцами, вырезанными из шашки. Помимо обычных статических характеристик аномалии скорости горения, таких как "горб" на зависимости давления от времени и неизотропное поведение скорости горения, установлена специфическая связь распределения локальных скоростей горения с изохронными поверхностями.

Для гексогена и октогена рассчитаны в квадратичном приближении нелинейные функции отклика скорости горения на пульсации давления. Приведены значения температуры горящей поверхности октогена и гексогена и чувствительностей скорости горения и температуры поверхности к начальной температуре и давлению. Выполнен статистический анализ ошибок измерений и расчетов. Рассмотрены особенности функций нелинейного отклика. Кратко обсуждены некоторые вопросы физики горения нитраминов.

Исследован пиролиз древесины в виброожиженном слое частиц дисперсных насадок — катализаторов глубокого окисления веществ и инертных материалов. Показано, что свойства материала дисперсной насадки виброожиженного слоя не оказывают существенного влияния на скорость и степень превращения древесины в летучие вещества. Присутствие катализатора в виброожиженном слое приводит к увеличению количества СО₂, СО, Н₂, СН₄ в газовой фазе по сравнению с пиролизом древесины в виброожиженном слое инертного материала. Наибольшую активность в конверсии летучих веществ в СО₂, СО, Н₂, СН₄ проявил катализатор ИК-12-73 (Mg_0.5Cu_0.5Cr₂O₄/Al₂O₃). Накопление углерода в составе катализатора ИК-12-73 мало влияет на степень конверсии летучих веществ в газовые продукты. Степень выгорания частиц древесины в условиях виброожиженного слоя катализатора ИК-12-73 составляет 99.7 % и хорошо согласуется с данными по каталитическому сжиганию древесины в псевдоожиженном слое.

Приведены результаты предварительного исследования эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ), сенсибилизированных гидридом магния MgH₂, который выполняет также роль энергетического материала. Эмульсионные ВВ, сенсибилизированные стеклянными микробаллонами и гидридом магния, имеют разные механизмы детонации. При подводном взрыве использование гидрида магния значительно увеличивает избыточное давление за фронтом генерируемой ударной волны, удельный импульс, энергию ударной волны и энергию пузыря продуктов взрыва, причем увеличение избыточного давления и энергии ударной волны достигает 17 и 24 % соответственно. При сенсибилизации эмульсионных ВВ гидридом магния значительно увеличиваются скорость их детонации и бризантность. Безопасность подобных ВВ удовлетворяет необходимым требованиям.

Приведены результаты исследования формирования локализованного сдвига в меди М1 двух типов: в состоянии поставки и после предварительного нагружения квазиизоэнтропической волной сжатия. Опыты проведены с образцами шляповидной формы с применением метода составного стержня Гопкинсона. Для обоих типов меди получены диаграммы динамического сжатия при скоростях деформации 2100÷2500 с^–1, проведен металлографический анализ структуры меди, дана оценка влияния предварительного ударного деформирования на динамические механические свойства материалов. Показано, что более высокопрочные, но имеющие меньшую степень деформационного упрочнения, предварительно нагруженные металлы проявляют более высокую склонность к образованию полос адиабатического сдвига.