Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2016 номер 4

Выполнено численное и экспериментальное исследование влияния ингибирующих присадок на самовоспламенение метана за ударными волнами. Показано, что соединения CCl₄, CF₃H, (СН₃О)₃РО при температуре 1300-1900 К не только не подавляют воспламенение, но и существенно сокращают время индукции метанокислородных смесей. Предложен кинетический механизм, связывающий промотирующий эффект с химической активностью продуктов пиролиза исследуемых добавок.

Исследовано влияние алканов С₃÷С₅ на воспламенение в воздухе их бинарных смесей с метаном при температуре 523÷1000 К и давлении 1 атм. Показано, что присутствие всего 1 % алканов С₃÷С₅ значительно снижает период задержки самовоспламенения метана. А при концентрации 10÷20 % период задержки самовоспламенения практически соответствует задержке самовоспламенения добавляемого алкана. С увеличением начальной температуры влияние добавок тяжелых алканов становится менее заметным. Полученные результаты позволяют оценить допустимое содержание тяжелых компонентов С₅₊ в газомоторном топливе газопоршневых двигателей, при котором их влияние на детонационную стойкость топлива достаточно мало. Оно составляет всего 0.5 %.

Предложен метод расчета концентрационных пределов горения с использованием уравнений границ диффузионно-тепловой устойчивости. Ключевым параметром, отвечающим за существование пределов горения, является тепловой эффект сгорания смеси газов. Тепловым эффектом и уравнением границы диффузионно-тепловой устойчивости определяется минимальная температура пламени, ниже которой горение невозможно. Существенное влияние на концентрационные пределы оказывает теплоемкость компонентов смеси, если ее зависимость от температуры сильная. Для верхнего и нижнего концентрационных пределов минимальная температура пламени в общем случае различна и зависит от относительной концентрации и свойств разбавителя. Теоретические методы расчета концентрационных пределов проверены по экспериментальным данным по горению смеси метан/воздух/разбавитель.

Исследован механизм образования наноразмерного аэрозоля при механическом разрушении угля из шахт Кузбасса. С помощью диффузионного аэрозольного спектрометра измерены концентрация и спектр размеров аэрозольных частиц в лаве при работающем очистном комбайне. Установлено, что 90 % частиц имеют размер менее 200 нм. При этом в наноразмерном диапазоне присутствуют два пика, соответствующие средним диаметрам 20 и 150 нм: первый из них обусловлен одиночными частицами, второй - агрегатами, состоящими из одиночных частиц. Исследовано образование аэрозоля при механическом дроблении угля в проточной мельнице. Установлено, что спектр и морфология частиц, образованных в лабораторной мельнице, качественно соответствуют таковым для наноаэрозоля, образованного в шахте. Исследовано влияние угольного аэрозоля на горение газовых смесей. Лабораторные эксперименты показали, что наличие наноаэрозоля в бедной метановоздушной среде существенно повышает ее взрывоопасность. Это проявляется как в росте максимального давления, так и в значительном увеличении скорости нарастания давления при взрыве. Проведенное исследование позволяет сделать вывод, что источником наноаэрозоля являются органические компоненты, содержащиеся в угле и выделяющиеся в газовую фазу при локальном прогреве угля на зубцах выемочного комбайна.

Исследован процесс горения порошка хрома в спутном потоке азотсодержащего газа в диапазоне удельного расхода до 20 см³/(c x cм²). Применение принудительной фильтрации интенсифицирует распространение волны горения в системе Cr-N₂. При этом возрастание скорости горения происходит на фоне снижения степени азотирования. Обнаружены режимы сверхадиабатического разогрева при продуве чистым азотом и азотоаргоновой смесью. Показано, что использование газовой смеси способствует формированию инверсной волны горения. Режим закалки, реализуемый при вынужденной фильтрации, позволяет фиксировать высокотемпературный однофазный нестехиометрический нитрид Cr₂N.

Приведены экспериментальные данные, демонстрирующие корреляцию параметров в степенной зависимости скорости горения смесевых твердых ракетных топлив от давления. Обсуждаются причины изменения скорости горения при изменении условий перемешивания топливной смеси. Анализируется разброс давления в камере сгорания ракетного двигателя на твердом топливе с учетом корреляции параметров в законе скорости горения. Показано, что относительный разброс скорости горения зависит от давления, при котором происходит сжигание топлива, при этом для каждого топлива существует уровень давления, при котором разброс скорости теоретически равен нулю, независимо от различий составов и свойств топлива.

Приведены результаты расчетно-экспериментального исследования пульсационных процессов в камерах сгорания малогабаритных огневых подогревателей воздуха. Представлены методы прогнозирования и экспериментального определения закономерностей изменения спектральных характеристик пульсаций давления в камере сгорания в номинальном режиме. Полученные данные могут быть использованы при отработке различных огневых подогревателей, в том числе предназначенных для испытаний камер сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей перспективных летательных аппаратов.

Впервые реализованы режимы непрерывной спиновой детонации в плоскорадиальной камере внешнего диаметра 80 мм при периферийной подаче водородокислородной смеси в диапазоне удельного расхода смеси 3.6-37.9 кг/(с x м²). В зависимости от диаметра выходного отверстия в камере (40, 30 или 20 мм), удельного расхода смеси и ее состава, а также от противодавления наблюдали от одной до семи поперечных детонационных волн с частотой 6-60 кГц. Установлено, что с уменьшением выходного сечения камеры или при возрастании противодавления число детонационных волн растет, а их интенсивность убывает. Исследована структура течения в области детонационных волн. Построена область реализованных режимов детонации в координатах "коэффициент избытка горючего - удельный расход смеси". Сформулирована физико-математическая модель непрерывной спиновой детонации в плоскорадиальной камере сгорания. При одинаковых с экспериментами параметрах подачи водорода и кислорода в камеру расчеты показали близость параметров детонационных волн, в частности их число по окружности камеры и скорость.

Предложена новая физико-математическая модель описания плавления наноразмерных образцов алюминия, в которой учитываются установленные методом молекулярной динамики зависимости теплофизических переменных от температуры и размера частиц. Исследование проведено для образцов сферической, цилиндрической и плоской симметрии. Найдены зависимости времени плавления наночастиц алюминия от радиуса и температуры окружающей среды. Впервые определены двухфронтовые режимы плавления, являющиеся следствием масштабного фактора в зависимости температуры плавления от размера частицы.

На основе предложенной ранее модифицированной модели Ван-дер-Ваальса для смеси построено широкодиапазонное полуэмпирическое уравнение состояния диоксида кремния с учетом испарения, диссоциации и ионизации. В пределе низких плотностей оно переходит в уравнение состояния смеси идеальных газов ионов и электронов по Саха. Дано описание модели и упрощающих расчеты предположений, использованных при построении уравнения состояния. Приведены значения определяющих параметров. Представлено сравнение результатов модельных расчетов с данными опытов по ударному сжатию сплошных и пористых образцов кварца, изоэнтропической разгрузке и др.

Приведены результаты экспериментов по исследованию динамики разрушения капель и струй, движущихся в газовой среде после их ударно-волнового выброса с поверхности жидкости и расплавленного металла. Методом лазерного гетеродин-интерферометра (PDV) регистрировались скорости струй, óблака капель и свободной поверхности, а также параметры торможения капель и струй в газе. Определялось время периода индукции срыва и размеры капель после дробления.

Приведены результаты экспериментов по исследованию кавитационного механизма разрушения жидкостей в широкой области ударно-волнового нагружения. Методом лазерного гетеродин-интерферометра (PDV) регистрировались скорость свободной поверхности жидкостей и спектр скоростей облака частиц и струй, определялся их размер. Определена величина откольной прочности дистиллированной воды.

Проведен сравнительный анализ результатов более пятидесяти экспериментов по измерению электропроводности продуктов детонации гексогена, октогена, тэна, тротила и взрывчатого вещества на основе TATБ. Выявлена корреляция электропроводности с массовой долей углерода как в химпике, так и в точке Чепмена - Жуге.

Проведено исследование динамического сжатия и локализованного адиабатического сдвига в образцах взрывчатого вещества (ВВ) на основе октогена с применением метода составного стержня Гопкинсона. Эксперименты по изучению динамического сжатия выполнены при скоростях деформации (0.3-2.0) x 10³с^-1. Получены напряжения, при которых происходит разрушение образцов ВВ - 60-80 МПа. Рассмотрено также поведение образцов ВВ на основе октогена в опытах по изучению локализованного сдвига при различных скоростях деформации (200-2500 с^-1). Рассмотрены вопросы возбуждения взрывных превращений в условиях реализованных динамических нагрузок.