Главная – Журналы – Физика горения и взрыва 2025 номер 4

Представлены наиболее интересные и важные газодинамические и кинетические параметры горения, взрыва и детонации горючей системы аммиак/кислород в диапазоне от нижнего до верхнего концентрационного предела при изменении начальных давления и температуры. С точки зрения взрывобезопасности наиболее важны данные о критической энергии инициирования, позволяющие анализировать относительную опасность различных смесей. Критическая энергия определяется как минимальная энергия инициатора, обеспечивающего в исследуемой смеси распространение волн горения и детонации: чем меньше критическая энергия инициирования, тем более опасна смесь.

В работе представлены результаты исследования влияния разбавления метана водородом на электрохимические свойства пламени. Были рассмотрены как диффузионные пламена, так и горение предварительно перемешанной смеси в горелке Бунзена. Установлено, что для смесей с молярной долей метана в топливе более 40 % величина электрического тока линейно зависит от количества метана. При молярной доле метана в смеси менее 40 % зависимость становится нелинейной. Граница перехода от линейной к нелинейной связи величины протекающего тока и количества метана в топливной смеси не зависит от скорости потока, формы электродов и режима горения (диффузионное, предварительно перемешанная топливно-воздушная смесь). Регистрация хемилюминесценции радикала CH^* демонстрирует аналогичную зависимость интенсивности свечения пламени от объемной доли метана в топливе.

Представлены результаты экспериментального исследования инициирования горения водорода в сверхзвуковом потоке при подаче со стенки канала. Получены данные о динамике развития возмущения от газодинамических импульсов и о переходе к режиму горения в псевдоскачке, когда подача топлива идет со стенок камеры сгорания, а не по оси потока. Выявлены особенности инициирования преддетонационного горения для такой схемы подачи водорода в сверхзвуковой поток. Показано, что установившиеся режимы преддетонационного горения немного различаются в зависимости от способа подачи топлива (по оси или с периферии потока), в то время как динамика распространения волновых структур от газодинамических импульсов практически идентична в обоих случаях.

Приведены результаты пиролиза таблетированных микрочастиц (1 г/см³) бурого, длиннопламенного газового, газового, жирного и коксового углей в среде аргона при воздействии лазерных импульсов (1 064 нм, 12 нс, 6 Гц, 0.2 ÷ 0.5 Дж/см²), в результате которого происходит ряд нелинейных процессов: 1) абляция образцов взрывного характера с выбросом микрочастиц размерами 10 ÷ 60 мкм при достижении плотности энергии излучения 0.1 ÷ 0.2 Дж/см²; 2) оптический пробой, локализованный на микровыступах, на поверхности угольных частиц, испарение микровыступов и напыление тонкой пленки аморфного углерода на стенки реактора; 3) инициирование в каналах пробоя термохимических реакций, приводящих к выходу газообразных продуктов, концентрация которых нелинейно увеличивается с ростом плотности энергии лазерных импульсов. Зарегистрированы молекулярные газы H₂, CH₄, C₂H₂, CO, CO₂. Установлены зависимости состава газообразных продуктов пиролиза углей от их технических и генетических характеристик.

Возможность синтеза металлокерамики из порошковой и гранулированной смеси (100 - X)(Ti + C) + XMe, X= 0 ÷ 30 % (мас.), проверена при замене нихрома Me = X20H80 смесью порошков металлов Ni и Cr для гранул размером 0.6 и 1.7 мм. Эксперименты проводились с фильтрацией примесных газов в направлении движения фронта горения или при их удалении через боковую поверхность образца. Получены количественные оценки содержания примесных газов в исследованных смесях, удовлетворительно объясняющие экспериментальную скорость горения гранулированных смесей. Результаты расчетов показали, что безопасный кондуктивный режим горения наблюдается для всех составов с гранулами размером 0.6 мм. Для шихты из гранул размером 1.7 мм горение проходило в конвективном режиме при X < 10 % (связка из Ni и Cr) и при X < 20 % (связка из нихрома). Результаты рентгенофазового анализа показали идентичность фазового состава продуктов горения при замене порошка нихрома смесью порошков Ni и Cr при одинаковом разбавлении металлической связкой X и отсутствии побочных фаз.

Численно моделируется распространение детонационной волны в узких плоском и квадратном каналах. Исследуются процессы развития неустойчивости плоской детонационной волны и формирования нестационарной многофронтовой структуры, рассматриваются особенности этого процесса в двумерном и трехмерном случаях. Показано, что в плоском канале рост поперечных возмущений приводит к формированию ячеистой структуры сначала с мелкими, затем с более крупными ячейками. В квадратном канале формируется так называемая диагональная трехмерная структура, которая, однако, в конечном счете сменяется режимом спиновой детонации. Исследуются ее характеристики, оценивается величина шага спина. Показано хорошее согласие с предсказаниями акустической теории.

В проточной кольцевой камере сгорания диаметром 503 мм при сужении выходного сечения и профилировании канала (установка каверн в начале или конце камеры) реализованы и исследованы режимы непрерывной многофронтовой детонации керосина с нагретым до 800 К воздухом. Показано, что установка каверн повышала частоту поперечных волн. В координатах удельный расход воздуха --- коэффициент избытка горючего определена область реализации детонационных режимов. Установлено, что существование режима непрерывной многофронтовой детонации обусловлено столкновениями поперечных ударных волн, порождающих поперечные детонационные волны, которые перед столкновениями вырождаются в ударные волны. При установке каверны в конце кольцевой цилиндрической камеры получен максимальный удельный импульс относительно горючего 2 040 с. Минимальная длина камеры сгорания, в которой реализуется режим непрерывной многофронтовой детонации, находится в диапазоне 530 ÷ 670 мм. Измерениями высокочастотными датчиками уровней пульсаций профилей давления в форкамере и на выходе из камеры сгорания определено, что они относятся к разряду звуковых колебаний. Это важно для применения детонационного горения в практических приложениях.

Исследовано горение алюминиевых частиц-агломератов диаметром 215 ÷ 840 мкм в свободном падении в воздухе при атмосферном давлении. Первоначально сферически-симметричное горение сменяется асимметричным, происходит фрагментация; в итоге процесс горения заканчивается с образованием оксидного остатка. Перечисленные события характеризуются соответствующим временем. В данной статье определена длительность стадии симметричного горения --- в среднем 0.5 ± 0.1 по отношению к времени горения. Получены эмпирические аппроксимирующие зависимости координаты и скорости от времени (x(t) и v(t)) для частиц разных диаметров. Для проведения аналитических расчетов движения горящих частиц вязкость воздуха в окрестности частицы выбрана равной 6.98 · 10^-5 Па · с, что соответствует осредненной температуре 2 005 К. Путем сопоставления эмпирических и расчетных зависимостей x(t ) и v(t) определен эффективный аэродинамический коэффициент сопротивления частицы в зависимости от ее размера в форме C_d ( D, Re) = (9.33 + 0.13D)/Re, где Re --- число Рейнольдса из диапазона 0.2 < Re < 5.2. Для оценочных расчетов можно принять C_d = 77/Re.

Проведена оценка энергетических возможностей гипотетического цвиттер-ионного нитрогидразина H₃N⁺N^-NO₂ в качестве компонента артиллерийских порохов. Составы с углеводородным связующим по сравнению со штатными метательными зарядами позволяют увеличить дульную энергию снаряда на ≈33 % для 152-мм гаубицы и на ≈27 % для 125-мм танковой пушки без увеличения температуры пороховых газов. Для 120-мм миномета возрастание дульной энергии мины составляет ≈14 %. Для сравнения рассматриваются аналогичные составы на основе динитрамида аммония, которые показали меньшую эффективность. Составы с активным связующим также достигают высоких показателей работоспособности. Однако они имеют высокую температуру продуктов сгорания, что неприемлемо для большинства ствольных систем.

Тротил обладает рядом недостатков, таких как большое давление насыщенных паров, высокие токсичность и вязкость. Ведутся поиски взрывчатых веществ (ВВ), лишенных этих недостатков. В данной статье химическим методом синтезировано новое ВВ --- TNBA, 2,4,6-тринитро-3-броманизол. Характеристики термического разложения TNBA проверены методом ДСК/ТГ-МС. Оценены механическая чувствительность, термическая чувствительность и детонационные характеристики TNBA и литого ВВ на его основе. Результаты показали, что измеренная плотность TNBA составила 1.871 г/см³. При скорости нагрева 10 °C/мин пик термического разложения TNBA наблюдался при 287 °C, при этом выделялись газы H₂, C, CH₄, H₂O, CO, N₂, CO₂ и HBr. Пики CO и N₂ были самыми сильными. Эти результаты аналогичны рассчитанным с помощью программного обеспечения NASA CEA2. Термическая чувствительность TNBA ниже, чем у TNT. Скорость детонации и теплота взрыва TNBA и литого ВВ на основе TNBA аналогичны значениям для тротила. В частности, TNBA и его литое ВВ обладают преимуществами в запасе химической энергии, работоспособности, бризантности и способности ускорять металлы.

С помощью высокочастотных датчиков давления Kulite XTEH-10L-190 (M) Series зарегистрированы профили давления в поперечной детонационной волне, распространяющейся в кольцевой цилиндрической камере при непрерывной спиновой детонации смеси водород --- воздух. Определены уровни давления во фронте детонационной волны, в коллекторе воздуха и на выходе из камеры по отношению к среднему статическому давлению, регистрируемому низкочастотными датчиками (10 кГц) фирмы <<Trafag>>. Колебания давления за фронтом волны указывают на сложную газодинамику процессов в ее окрестности. Выявлена область химической реакции за фронтом волны, составляющая около 6.3 % периода между волнами. Обнаружено снижение минимального коэффициента избытка горючего с повышением давления в камере сгорания до 0.22, при котором развивается непрерывная спиновая детонация. Скорости поперечных детонационных волн уменьшаются с уменьшением коэффициента избытка горючего и в некоторых режимах приближаются к скорости идеальной детонации Чепмена --- Жуге. По показаниям полного и статического давления на выходе из камеры сгорания вычислен удельный импульс, максимальное значение которого с вычетом холодного истечения 5 000 c при значении коэффициента избытка горючего 0.35. Показано, что потери полного давления при истечении из коллектора воздуха в камеру сгорания через щель шириной 6 мм (критический режим истечения) на 4 ÷ 5 % выше, чем при докритическом истечении через щель 10 мм.

Исследовалось влияние распределения алюминиевого порошка на энергию взрыва слоистых композитных зарядов термобарических взрывчатых веществ на основе расплава высокоэнергетического 3,4-динитрофурозанфуроксана (DNFT). Композиты состояли из внутреннего и внешнего цилиндрического слоев с регулируемым пространственным распределением алюминиевого порошка. Взрывные испытания проводились в закрытой взрывной камере, заполненной отдельно или азотом, или воздухом. Получены данные о квазистатическом давлении, избыточном давлении в ударной волне и об эволюции огненного шара. С помощью численного моделирования исследована диффузия алюминиевого порошка в процессе взрыва с использованием комбинированного метода дискретных элементов и конечных элементов. Результаты показывают, что концентрирование алюминиевого порошка во внешнем слое композита повышает концентрацию алюминиевого порошка в облаке, что ведет к увеличению скорости горения и выхода энергии на ранних стадиях взрыва. Наоборот, алюминиевый порошок, сконцентрированный во внутреннем слое, сжимается к центру и затем отскакивает назад, замедляя диффузию и оказывая влияние на анаэробные процессы горения.