Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2025 номер 3

В далеком 1965 году в Сибирском отделении начал издаваться журнал, основная тематика которого была посвящена горению и взрыву и их практическому использованию. Идейным вдохновителем создания специализированного журнала с подобной тематикой был академик Михаил Алексеевич Лаврентьев, которому приходилось многократно подключаться к изучению различных аспектов взрывных явлений. Первые два номера нового журнала вышли под названием «Научно-технические проблемы горения и взрыва», но уже со следующего номера журнал стал издаваться под современным именем «Физика горения и взрыва». С первых же номеров журнал переводится на английский язык и издается за рубежом под названием «Combustion, Explosion, and Shock Waves».

Выполнено численное исследование эффекта увеличения скорости распространения ламинарного пламени этанола в богатом режиме с инжекцией капель, и проведено сравнение полученных результатов с расчетом горения спирта без инжекции с таким же массовым расходом топлива. Данные расчетов показывают, что наличие дисперсной фазы в виде капель размером 14 мкм с массовым расходом 0.5 г/мин и расходом газа 1.6 г/мин значительно увеличивает скорость распространения пламени по сравнению с горением газообразного этанола с расходом 2.1 г/мин. Скорость ламинарного пламени увеличивается с 23 см/с в режиме горения только газообразного топлива до 42 см/с в режиме с инжекцией капель. Данный эффект коррелирует с ростом в пламени концентрации атомарного водорода более чем в три раза и с ростом концентрации HCO в два раза.

Исследована динамика температуры газа на примере одиночного цилиндрического канала диаметром 2 мм --- кольца Рашига, размещенного в пористой среде из этих колец. Выполнен расчет температуры газа и нити термопары на оси канала, а также распределения температуры в канале в двух процессах: первый --- рост давления в закрытом сосуде в процессе распространения пламени в свободном от пористой среды пространстве, второй --- охлаждение газа после прохождения пламени в канале. Для обоих процессов проведены измерения температуры газа и равновесной температуры газа и пористой среды с помощью термопары с диаметром нити 15 мкм в цилиндрической поре диаметром 2 мм. Показано, что в процессе сжатия газа с постоянной невысокой скоростью термопара позволяет измерить установившуюся температуру газа. Но при выходе на установившееся значение она будет запаздывать тем больше, чем больше диаметр нити. Установлено, что в процессе охлаждения мгновенно нагретого газа показания измерения температуры газа с помощью термопары существенно занижены. Это обусловлено высокой теплоемкостью нити термопары по сравнению с теплоемкостью газа в поре. За время прогрева термопары газ успевает охладиться за счет теплоотдачи в стенки поры.

Методом крупных вихрей исследован процесс распространения ударной волны в канале с разветвлениями, с акцентом на изменение избыточного давления при различных интенсивностях взрыва и количестве разветвлений. Для выявления влияния структуры канала в четырех моделях использованы варианты с длиной аккумуляции газа 5, 10, 15 и 20 м. Результаты показывают, что при наличии разветвлений канала коэффициент усиления ударной волны в основном канале нелинейно зависит от длины аккумуляции газа. Увеличение количества разветвлений при постоянной длине аккумуляции газа может существенно сократить скорость роста избыточного давления на определенном расстоянии от центра взрыва. Избыточное давление в ответвлениях канала вдали от центра взрыва изменяется в меньшей степени. Из-за влияния структуры соседних ветвей флуктуации более хаотичные, чем в основном канале.

В трехмерной нестационарной газодинамической постановке сформулирована замкнутая математическая модель непрерывной спиновой детонации смеси синтез-газ --- воздух, разработан алгоритм численного решения задачи. Проведена верификация модели по экспериментальным данным по задержке воспламенения при высоких температурах и по результатам одномерных численных расчетов параметров детонации Чепмена --- Жуге. Для трех стехиометрических составов в кольцевой цилиндрической камере сгорания диаметром 306 мм получены одноволновые режимы непрерывной спиновой детонации, проанализированы трехмерная структура и основные параметры течения. При варьировании удельных расходов смеси в диапазоне 90 ÷ 260 кг/с · м²) найдены минимально возможные для осуществления непрерывной детонации расходы. Проведено сравнение с существующими экспериментальными данными.

Представлена методология расчета задачи об инициировании детонации в ацетиленокислородных смесях сферой малого диаметра, летящей со скоростью, превышающей скорость детонации Чепмена --- Жуге. Выполнено тестирование приведенной кинетической схемы химических реакций по экспериментальным данным о времени задержки воспламенения, скорости распространения детонации и размерах детонационной ячейки смеси. В экспериментах реализованы режимы наклонной детонации и горения ацетиленокислородной смеси, разбавленной аргоном, в диапазоне давления смеси 21.1 ÷ 60.7 кПа. Проведена оценка энергии инициирования детонации быстролетящим телом, которая показала соответствие аналитических, расчетных и экспериментальных данных. На основе этой оценки выполнены расчеты инициирования наклонной детонации быстролетящим телом в ацетиленовоздушной смеси. Получена корреляция между реализуемыми численно режимами течения и аналитическими оценками.

Численно исследованы течения с многоголовой вращающейся детонацией в камере сгорания в форме кольцевого зазора между пластинами. Предполагается, что однородная пропановоздушная смесь поступает из резервуара с заданными параметрами торможения в камеру сгорания через элементарные сопла, равномерно заполняющие внешнее, ограничивающее ее кольцо, а ее газодинамические параметры определяются как функции параметров торможения и статического давления в зазоре. Исследование многоголовой вращающейся детонации проведено при числе волн 1, 2, 4 и 8 и давлении торможения, медленно уменьшающемся со временем по линейному закону. Установлено, что в зависимости от давления торможения могут реализовываться качественно различные ударно-волновые структуры, а при давлении торможения, меньшем критического, детонация разрушается. Представлены зависимости силовых характеристик тягового устройства от времени. Для расчетов, проводившихся на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов», использовался оригинальный вычислительный комплекс, в котором реализованы модифицированный метод Годунова и одностадийная кинетика реакций.

Представлены обобщенные результаты численного анализа влияния мезоскопических процессов тепловой диссипации и теплопереноса на формируемое температурное поле в ударно-сжатом вязкопластическом пористом материале, содержащем сферические поры с тонким слоем пластификатора на поверхности затекаемых пор. Полученные результаты использованы для теоретической оценки влияния механических свойств фаз на критические условия ударно-волнового инициирования химической реакции в двухфазном пористом энергетическом материале.

Знание энерговыделения в эмульсионных взрывчатых веществах с разным содержанием в них алюминиевого порошка позволит оперативно изменять их назначение с промышленного на военное и одновременно повышать энергетические характеристики устройств, в которых они используются. В зависимости от типа взрывчатого вещества и его энергосодержания можно выбрать подходящий сценарий его использования. Изучено влияние массового содержания алюминиевого порошка в эмульсионном взрывчатом веществе на скорость детонации, бризантность, характеристики подводных и воздушных взрывов. Результаты экспериментов показывают, что скорость детонации снижается с увеличением содержания алюминиевого порошка. При этом бризантность эмульсионного взрывчатого вещества сначала повышается, а затем уменьшается. Максимальное значение бризантности достигается при содержании алюминиевого порошка 20 %. Характеристики подводного взрыва по мере увеличения содержания алюминиевого порошка линейно возрастают. При содержании алюминиевого порошка 40 % общая энергия подводного взрыва увеличивается на 120 % по сравнению с эмульсионным взрывчатым веществом без алюминия. Наибольшее увеличение давления в ударной волне при воздушных взрывах достигается при содержании алюминиевого порошка 30 %.

Построено широкодиапазонное полуэмпирическое уравнение состояния жидкого и газообразного неона с учетом испарения и термической ионизации на основе модифицированной модели Ван-дер-Ваальса для смесевых веществ. Дано описание модели и использованных упрощений. Приведены значения определяющих параметров. Представлено сравнение результатов модельных расчетов с экспериментальными данными до давления ≈1 000 ГПа и результатами расчетов по другим моделям, в том числе при давлении >1 000 ГПа. В пределе низкой плотности модель переходит в уравнение состояния смеси идеальных газов атомов, ионов всех кратностей и электронов с концентрацией, определяемой уравнениями Саха.

С целью определения основных параметров, определяющих концентрацию ударно-индуцированных дефектов в металле, анализируются эксперименты по измерению электросопротивления медной фольги при ударном сжатии. По избыточному электросопротивлению металла оценена концентрация точечных дефектов кристаллической структуры в медных образцах, помещенных в различные обоймы (оргстекло, гетинакс, фторопласт). Обнаружено влияние материала обоймы на количество дефектов, возникающих при ударном сжатии металла. Обойме с бóльшим ударным импедансом соответствует меньшее значение концентрации дефектов в образце (при одинаковом давлении ударной волны в обойме). Для объяснения полученных экспериментальных результатов формулируется физическая модель генерации дефектов кристаллической структуры при ударно-волновом сжатии. Согласно модели дефекты образуются при сжатии вещества во фронте ударной волны, а при разгрузке остаются «замороженными». При вторичном сжатии вещества возникает новая порция дефектов, что приводит к их накоплению. Предположено, что определяющим параметром количества возникающих дефектов в процессе динамического нагружения является алгебраическая сумма деформаций металла на каждой стадии ударного сжатия. Данные, представленные в переменных концентрация дефектов --- деформация дают зависимость, которая нивелирует разницу в материале обоймы. Проведенный анализ позволяет утверждать, что сумму деформаций можно рассматривать как параметр, определяющий величину концентрации дефектов, генерируемых при ударном сжатии меди.

Расширение и разрушение металлического корпуса под действием внутренних взрывных нагрузок может привести к образованию большого количества осколков. Понимание того, как соответствующие параметры металлического корпуса влияют на распределение осколков по массе, необходимо для прогнозирования мощности взрывных устройств в металлическом корпусе и для эффективного проектирования систем защиты. В статье методом анализа размерности определены существенные факторы (механические свойства материала корпуса, геометрия корпуса, характеристики взрывчатого вещества), влияющие на распределение осколков. Проведено несколько тестов с полным сохранением фрагментов. Установлено, что вышеперечисленные основные параметры связаны линейным соотношением с модулем распределения фрактальной модели в двойных логарифмических координатах. Для прогнозирования модуля распределения получена формула, в которой параметры влияния представлены в безразмерном виде. Применимость метода оценки проверена на данных испытаний оболочки с нерегулярной осевой геометрией. Расхождение между результатами расчета и испытаний составило всего 6.9 %. Сравнение данных испытаний с прогнозами двух теорий показало лучшую точность фрактальной модели распределения естественных фрагментов по массе. Эта работа может стать основой для оценки опасности, которую представляют взрывные устройства в металлическом корпусе, и быть полезной при проектировании систем защиты.