Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2017 номер 1

На основе разработанной ранее модели детальной кинетики рассчитано время задержки воспламенения двухтопливных смесей водород/силан/воздух. Определено влияние концентрации силана и температуры смеси на время задержки воспламенения. Показано, что в диапазоне температуры 1200-2500 К добавление небольшого количества силана (до 20 %) в водородовоздушную смесь приводит к значительному уменьшению времени задержки воспламенения смеси, а при концентрации силана более 20 % время снижается незначительно.

Обсуждены возможные сценарии воспламенения и развития взрыва в шахтах. Экспериментально показана принципиальная возможность полного гашения детонации и горения с помощью завесы из инертных частиц. Учитывая сложность процесса гашения сформировавшейся детонации, рекомендуется сосредоточить внимание на начальной стадии воспламенения метановоздушной смеси, когда можно добиться эффективного гашения очага возгорания применением методов современного автоматического контроля и управления с четким выполнением пространственно-временных требований.

Проведено экспериментальное исследование процессов воспламенения и горения пиротехнических составов на основе микро- и ультрананодисперсных частиц алюминия в модельном двухзонном газогенераторе, в который в качестве окислителя подается вода. Выполнена видеосъемка истечения продуктов сгорания из газогенератора, проведены химический и дисперсный анализы конденсированных продуктов, отобранных за срезом сопла. Установлено снижение на ≈17 % содержания активного алюминия в конденсированной фазе, увеличение на 10-15 % эффективности рабочего процесса в газогенераторе (полноты преобразования пиротехнического состава в продукты сгорания), уменьшение примерно в три раза времени задержки воспламенения образцов при замене в их составе микрочастиц алюминия ультрананодисперсными частицами.

Представлены результаты экспериментального исследования сверхзвуковой камеры сгорания со сплошной и дискретной (прерывистой) задней стенкой каверны. Испытания проводились в импульсной трубе по схеме присоединенного воздухопровода при числе Маха на входе, равном 3, в диапазонах полной температуры 2550-3140 К и статического давления 178-195 кПа. В качестве топлива использовался подогретый керосин. Получены данные по условиям воспламенения и эффективности горения керосина в зависимости от конфигурации каверны. Проведена оценка сопротивления внутренних элементов камеры сгорания, формирующих нишевые стабилизаторы. Показано общее преимущество камеры сгорания с дискретной задней стенкой каверны по сравнению со сплошной задней стенкой.

Представлены результаты исследования периодического воздействия слабого электрического поля (ЭП) на диффузионное горение газообразных углеводородов. Основное внимание направлено на изучение влияния параметров ЭП на стабилизацию пламени. Рассмотрено два типа полей: с импульсно-периодическим изменением напряженности во времени при постоянной конфигурации силовых линий (импульсно-периодическое ЭП) и с изменением конфигурации во времени при сохранении модуля напряженности (ЭП с изменяемой во времени конфигурацией). Применялась прямая фото- и видеорегистрация, а также спектрозональная съемка собственного свечения пламени (на длинах волн излучения возбужденных радикалов OH* и CH*). Показано, что область стабилизации пламени (точки поджога) стремится в место наибольшей напряженности ЭП. Воздействие на горение ЭП с изменяемой во времени конфигурацией приводит к стабилизации пламени в плоскости электродов и локальной интенсификации горения.

В рамках модели твердопламенного горения диска выполнено численное исследование влияния условий зажигания и параметров фазового перехода - плавление инертного компонента - на неустойчивые режимы горения. Показано, что форма нагретой области, инициирующей горение диска, определяет количество и траектории движения очагов самораспространяющейся зоны горения. Влияние фазового перехода на характер горения проявляется тем сильнее, чем ближе температура фазового перехода к температуре горения. В этом случае фронт горения приобретает форму кольца.

Изучены особенности синтеза композиционного материала, полученного в режиме теплового взрыва в реакционной смеси Ni + Al + Cr₂O₃. Проведена оценка термодинамических параметров горения исследованных систем с целью прогнозирования состава неорганических продуктов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (конденсированных и газообразных) и расчета адиабатической температуры горения. Показано, что в ходе реакции в объеме образца протекают конкурирующие реакции, обусловливающие формирование многофазного продукта. Изучено влияние содержания Cr₂O₃ в реакционной системе на прочностные характеристики продукта синтеза. Исследована микроструктура синтезированных образцов, определены их микротвердость, прочность и остаточная пористость. Показана возможность получения однородного материала на основе интерметаллида NiAl с растворенным в нем хромом и наноразмерными частицами оксида хрома.

Представлены экспериментальные результаты по исследованию диэлектрической релаксации тринитрата глицерина в температурной области существования фазового перехода жидкость - твердое тело. Измерения выполнены в частотном диапазоне электрического поля 1-1264 МГц. Показано, что диэлектрическая релаксация тринитрата глицерина включает в себя по крайней мере два релаксационных процесса. Обсуждаются возможные факторы, определяющие температурную и частотную зависимость комплексной диэлектрической проницаемости тринитрата глицерина.

Первичные продукты горения топлив на основе бора - это продукты неполного сгорания на выходе из газогенератора твердотопливного ракетного двигателя. Изучение их состава позволяет получить важную информацию о процессе на первой стадии горения, а также лучше понять процессы, протекающие на второй стадии. С помощью лазерного анализатора проведен анализ размеров частиц первичных продуктов горения. Методами дифракции рентгеновских лучей, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии выполнен качественный анализ состава образца, а затем на основе этих результатов проведен полный количественный анализ состава с применением методов нагрева в трубчатой печи, ионной хроматографии, инфракрасной спектроскопии, хромато-масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Кроме того, для анализа микроморфологии и распределения различных компонентов в образце применялась сканирующая электронная микроскопия и энергодисперсионная спектрометрия. Основными компонентами первичных продуктов горения являются B, C, B_mC_n, H₃BO₃, B₂O₃, BN, Mg, MgCl₂, NH₄Cl. Наибольшее содержание имеют B_mC_n (22-24 %), H₃BO₃ (20 %) и B (16.8 %). Основными горючими компонентами с наибольшим содержанием являются B_mC_n, B, C (9.8-11.8 %). Окислитель NH₄ClO₄ полностью был израсходован на первой стадии горения, в то время как металлическая добавка (Mg) практически не вступала в реакции. Исследованы микроморфология и распределение B_mC_n, H₃BO₃ (или B₂O₃), B, Mg и C в образце. Обнаружено, что некоторые компоненты в образце первичных продуктов горения находятся как в агломерированном состоянии, так и в диспергированном. Крупные частицы в образце состояли преимущественно из B и Mg, а частицы B_mC_n, H₃BO₃ (или B₂O₃) и C были более мелкого размера. В целом полнота сгорания топлива на первой стадии горения низка. Таким образом, для улучшения характеристик топлив на основе бора необходимо более детально представлять процессы на второй стадии горения.

С помощью сконструированных и изготовленных высокочастотных датчиков давления на основе пьезокерамики ЦТС-19 зарегистрированы профили давления в поперечной детонационной волне, распространяющейся в вихревой плоскорадиальной камере при непрерывной спиновой детонации смеси бурый уголь - синтез-газ - воздух. Определены уровни давления во фронте детонационной волны по отношению к среднему статическому давлению. Показано, что эти уровни снижаются в направлении к центру камеры (от 20 раз и менее) по мере уменьшения интенсивности волны (ее скорости). Колебания давления за фронтом волны указывают на сложную газодинамику процессов в ее окрестности. Выявлена область химической реакции за фронтом волны, составляющая около 8 % периода между волнами.

С использованием интерферометра VISAR и скоростного фоторегистратора проведено исследование структуры детонационных волн в смесях бис-(2-фтор-2,2-динитроэтил)-формаля (ФИФО) с метанолом, массовая концентрация которого изменялась в диапазоне 0-35 %. Показано, что существующие в жидких взрывчатых веществах два вида неустойчивости: одномерная неустойчивость детонационного фронта и неустойчивость волны срыва реакции на краю заряда - могут реализоваться в любом сочетании. Определено время реакции исследованных смесей, показан различный характер зависимости критического диаметра детонации и времени реакции от концентрации разбавителя.

С использованием уравнения переноса излучения и теории Ми рассчитаны оптические свойства компаундов пентаэритриттетранитрат (тэн) - наночастицы алюминия. При инициировании лазером с длиной волны 1064 нм коэффициент усиления освещенности на глубине 100 мкм от поверхности образца изменяется в диапазоне 1.070-3.308 для наночастиц радиусом 20-200 нм. Минимум зависимости плотности энергии инициирования взрывного разложения от массовой доли наночастиц может определяться максимальным значением коэффициента усиления освещенности в образце. Рассчитаны зависимости критической плотности энергии инициирования компаундов тэн - наночастицы алюминия импульсами первой и второй гармоник неодимового лазера от радиуса наночастиц с учетом многократного рассеяния света. Показано, что учет многократного рассеяния позволяет улучшить согласие теории и эксперимента.

Проанализировано влияние параметров зарядов из сплавов тротила и гексогена (ТГ) и условий их детонации на коагуляцию углерода на изоэнтропе продуктов детонации. В области жидкого наноуглерода коагуляция происходит за счет слияния нанокапель, а в области твердого наноуглерода - за счет их соединения (спекания) одновременно c кристаллизацией. Поэтому удельная поверхность наноалмазов, рассчитанная по их размерам, всегда больше измеренной величины. Сепарация нанокапель в продуктах детонации ускоряет их коагуляцию и охлаждение за счет обтекания более холодными продуктами. Оценка расстояния между поверхностями нанокапель в различных сплавах ТГ показала, что они малы, меньше размеров нанокапель. Проанализированы условия быстрого слияния нанокапель в процессе торможения продуктов различными жесткими преградами. Экспериментально установлено увеличение размеров частиц алмаза до пяти порядков. Обсуждены причины изменения скорости коагуляции с переходом от гетерогенного сплава ТГ к гомогенному при уменьшении частиц ТГ.

На основе описания движения одиночной поры предложена модель откольного разрушения и компактирования поврежденной среды. Модель учитывает прочностные свойства, влияние давления, поверхностного натяжения и вязкости материалов, а также силы инерции. Представлены уравнения, описывающие динамику роста и схлопывания пор. Предложенную модель можно использовать для расчета откольного разрушения и компактирования жидкостей, а также металлов, находящихся как в твердом, так и в жидком (расплавленном) состоянии.

Представлена модель пробивания керамической преграды с образованием расширяющейся конической пробоины, позволяющая определить угол раствора выбиваемого из преграды конуса. Основная причина такого разрушения керамики состоит в существенно меньшей прочности керамики на растяжение по сравнению с прочностью на сжатие. С использованием энергетического критерия разрушения керамики разработана методика расчета предельной скорости пробивания керамической преграды без подложки. Двумерное численное моделирование процесса соударения стального ударника с корундовой пластиной показало удовлетворительное согласие получаемой в расчете конфигурации образующейся конической трещины с наблюдаемой в экспериментах при условии, что соотношение между пределами прочности на сжатие и на растяжение соответствует рекомендациям разработанной модели.

Проведено экспериментальное и численное исследование конструкций, применяемых для защиты от поражающего действия пулевыми и осколочными элементами. Среди них особое место занимают разнесенные конструкции, в которых промежуток между слоями заполнен либо воздухом, либо различными легкими материалами с хорошими демпфирующими, диссипативными и теплофизическими свойствами. Результаты численного моделирования фрагмента разнесенной защиты хорошо соответствуют экспериментальным данным как по остаточным формам, так и по величине прогибов.