Главная – Журналы – Поиск по журналам

В статье представлены экспериментальные результаты определения интенсивности теплообмена для условий аэродинамического подвеса (свободной левитации) тела сферической формы в потоке воздуха в диффузорном канале. Измерение температур поверхности в процессе ее нагрева и скорости вращения сферы осуществлялось бесконтактными методами. Установлено, что в широком диапазоне скорости воздушного потока возникает вращательное движение сферы по двум координатам, приводящее к коренному изменению гидродинамики ее обтекания, выражающемуся в отсутствии стационарных отрывных зон как в лобовой, так и в кормовой частях. Исследования коэффициентов теплоотдачи выполнялись по нестационарной методике при разных начальных температурах поверхности сферы и числах Рейнольдса воздушного потока. Для сравнения проведено исследование неподвижно закрепленной в потоке сферы при тех же условиях. Установлено, что свободный аэродинамический подвес сферы позволяет выравнивать поле температуры поверхности и существенно интенсифицировать теплообмен по сравнению с неподвижным креплением шара. Экспериментальные результаты передачи тепла показывают, что время охлаждения уменьшается, а число Нуссельта возрастает с увеличением скорости вращения сферы на 300 - 600 %.

Выполнено экспериментальное исследование влияния плотности теплового потока на перепад давления двухфазных газожидкостных течений в плоском микроканале с локальным нагревом при фиксированной массовой скорости жидкости и вариации массовых скоростей газа. Показано, что при низких массовых скоростях газа перепад давления возрастает за счет усиления межфазного взаимодействия, при высоких - снижается из-за интенсивного испарения, осушения стенок и уменьшения трения жидкости о стенку, а при умеренных - практически не изменяется вследствие взаимной компенсации двух противоположных эффектов: роста межфазного взаимодействия и снижения трения о стенку жидкости.

Проведено экспериментальное исследование динамики формирования и отрыва капель жидкости в периодическом капельном режиме на трубках с внешним диаметром в диапазоне 0.5 ÷ 4 мм. В качестве рабочих жидкостей использовались вода, этанол, 40 %-ый водный раствор этанола и глицерин, что позволило охватить широкий диапазон физико-химических свойств (вязкость, поверхностное натяжение, плотность). Анализ динамики изменений формы капли позволил выявить три этапа циклического процесса. Для анализа использовались безразмерные параметры, позволившие сравнить экспериментальные данные, полученные при различных режимных параметрах. Установлено, что в течение всего периода формирования капли в ее центральной области возникает участок струйного течения с расходом жидкости ниже, чем через сопло. Это ведет к разделению капли на две части - верхнюю и нижнюю. Отделение нижней капли осуществляется непосредственно от формирующейся струи. Однако характеристики данного процесса существенно отличаются от аналогичных процессов отрыва капель в условиях хаотического капельного режима.

Проведено детальное систематическое экспериментальное исследование четырех типов высокочастотной и среднечастотной вторичной неустойчивостей пограничного слоя скользящего крыла в условиях доминирования мод стационарной первичной неустойчивости поперечного течения. Измерения выполнялись термоанемометром в малотурбулентной аэродинамической трубе при малой дозвуковой скорости набегающего потока в условиях возбуждения контролируемых стационарных первичных и нестационарных вторичных возмущений. Подробно исследована структура волновых фронтов нескольких типов вторичных возмущений в диапазоне частот от 100 Гц до нескольких килогерц. Обнаружен новый тип среднечастотной вторичной неустойчивости, названный типом IV. Определены волновые числа, длины волн, фазовые скорости и углы наклона волновых векторов для всех четырех типов вторичных возмущений по трем пространственным координатам, а также визуализирована эволюция во времени мгновенной пространственной структуры вторичных возмущений в широком диапазоне частот.

На основе детального кинетического механизма GRI-Mech 3.0 выполнена расчетная проверка пределов применимости допущения Зельдовича о квазиравновесных концентрациях атомарного N в реакциях образования NO по термическому механизму в диффузионном метановоздушном пламени при высоких давлениях и температурах процесса. В отличие от допущения Зельдовича, с увеличением скорости диффузии в пламени (χ _st ) реакция CH + N₂ становится основным источником неравновесного N по сравнению с реакцией O + N₂, но лишь часть (62 ÷ 87 %) выделяющегося N непосредственно участвует в реакциях окисления. В результате скорости реакций N + O₂ и N + OH в механизме Зельдовича возрастают в 30 и 26 раз соответственно, а при допущении о квазиравновесной концентрации N их общая скорость увеличивается только на 30 %. Показано, что это допущение в термическом механизме Зельдовича применимо в диапазоне χ _st = 1 ÷ 8 c^-1 с отклонением расчетных значений индексов эмиссии NO_x в пределах ±37 % на краях этого диапазона.

Основными компонентами природного газа являются метан и этан. Несмотря на широкое применение, газовые смеси обладают взрывоопасностью. В работе изучены характеристики взрыва предварительно перемешанной смеси метан --- этан --- воздух (коэффициент избытка топлива ϕ = 0.7 ÷ 1.3) в сферической камере объемом 1 м³, а также эффект подавления взрыва при добавлении инертной смеси N₂/CO₂. Механизм ингибирования проанализирован с позиций химической кинетики. Результаты показали, что максимальная интенсивность взрыва, характеризуемая пиковым давлением и максимальной скоростью нарастания давления, наблюдается при слегка обогащенной смеси (ϕ = 1.1). При этом скорость распространения деформированного фронта пламени составляет 2.60 м/с, максимальное давление взрыва --- 830.58 кПа, а максимальная скорость нарастания давления --- 10.31 МПа/с. Десять ключевых элементарных реакций, наиболее значительно влияющих на концентрацию активных радикалов (H•, O•, OH•) и температуру взрыва, совпадают; их коэффициенты чувствительности изменяются однонаправленно. При одной и той же объемной доле инертного газа повышение содержания CO₂ в смеси N₂/CO₂ усиливает подавление взрыва. Это объясняется не только более высокой теплоемкостью CO₂, но и его прямым участием в элементарных реакциях, приводящим к обрыву цепей разветвления и образованию стабильных продуктов. Полное подавление взрыва достигается при введении 25 % (об.) инертной смеси.

С точки зрения взрывобезопасности горючей смеси наиболее важны данные о критической энергии инициирования, позволяющие анализировать относительную опасность различных смесей. Критические энергии E_* определяются как минимальные энергии инициатора, которые обеспечивают в исследуемой смеси воспламенение и последующее распространение волн горения и детонации: чем меньше E_*, тем более опасна смесь. Традиционно энергия инициирования заметно увеличивается при разбавлении смесей азотом (при замене кислорода на воздух), при «уходе» от стехиометрии к концентрационным пределам, при уменьшении начального давления. Вопрос о влиянии температуры не столь очевиден, к тому же он изучен недостаточно подробно. В данной работе роль начальной температуры смеси проанализирована на примере трудноинициируемой смеси аммиак --- кислород --- азот, причем не только стехиометрического, но и обедненного и обогащенного составов. Представлены наиболее интересные и важные газодинамические и кинетические параметры горения, взрыва и детонации. Установлено заметное различие в поведении и величинах большинства параметров систем, что свидетельствует об отсутствии подобия в протекающих химических процессах.

Железоматричные композиты, упрочненные дисперсными частицами карбида титана, полученные спеканием или нанесением покрытий с использованием порошковых смесей карбида титана со сталями, находят практическое применение в качестве износостойких материалов и покрытий. Для нанесения износостойких покрытий используют композиционные порошки со структурой металломатричного композита «карбид титана --- связка на основе железа». Исследована возможность получения таких композиционных порошков синтезом в механоактивированных порошковых смесях интерметаллидов системы Ti---Fe с углеродом (сажей). Установлено, что при нагреве порошковых смесей интерметаллидов Fe₂Ti и FeTi с углеродом (сажей), предварительно обработанных в планетарной мельнице «Активатор-2S» при угловом ускорении 40g в течение 10 мин, наблюдается взрывной рост температуры. Согласно результатам рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии причиной теплового взрыва является синтез карбида титана при реакции углерода с титаном, содержащимся в интерметаллидах Fe₂Ti и FeTi. Продукты теплового взрыва, помимо карбида титана, содержат восстановленное углеродом металлическое железо и небольшое количество непрореагировавшего интерметаллида Fe₂Ti. Для полного завершения реакции синтеза с получением только целевых продуктов (карбид титана и железо) требуется увеличение длительности механоактивации порошковых смесей.

Традиционным эмульсионным взрывчатым веществам (ВВ) присуще противоречие между высоким энерговыделением и безопасностью использования. Для разрешения этой проблемы в настоящей работе исследовалось использование покрывающего слоя для частиц алюминия. Методом суспензионной полимеризации были синтезированы микрокапсулы со структурой ядро --- оболочка, в которых алюминиевый порошок инкапсулирован в полиметилметакрилат (ПММА). Методом испарения растворителя были сформированы также покрытия из парафина и из стеариновой кислоты на поверхности алюминиевых частиц. Это позволило систематически изучить влияние различных материалов оболочки на детонационные характеристики алюминизированного эмульсионного ВВ. Приготовлены три группы образцов эмульсионного ВВ с добавлением указанных типов покрытых алюминиевых порошков в качестве энергетической добавки. Микроструктура и качество покрытия частиц алюминия исследованы методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и рентгеновской дифракции. Влияние структуры покрытия на параметры ударной волны и термическую стабильность алюминизированных эмульсионных ВВ изучено с использованием системы пневматических испытаний и синхронного термоанализатора ДСК-ТГ. Результаты экспериментов показывают, что покрытие из ПММА формирует сплошную плотную оболочку, тогда как покрытия из парафина и стеариновой кислоты имеют локальные дефекты. Все три типа покрытых алюминиевых порошков усиливают параметры ударной волны эмульсионного ВВ, при этом наилучший эффект достигается для микрокапсул из ПММА и алюминия: пиковое давление ударной волны возрастает на 25.1 % по сравнению с контрольным образцом. Оболочка из ПММА повышает энергию активации алюминизированного эмульсионного ВВ, улучшая тем самым его термическую стабильность. Покрытия из парафина и стеариновой кислоты снижают энергию активации вследствие наличия дефектов на межфазной границе. Технология микрокапсулирования в ПММА, благодаря формированию плотной структуры ядро --- оболочка, позволяет одновременно повысить плотность энергии и термическую стабильность эмульсионного ВВ, что делает перспективным производство высокоэнергетических нечувствительных эмульсионных составов.

Водородоаккумулирующие сплавы, типичным представителем которых является MgH₂, вызывают значительный интерес как потенциальные компоненты для повышения эффективности энергетических материалов. Для изучения влияния степени разрежения вакуума на параметры детонации были изготовлены образцы композитного взрывчатого вещества на основе RDX с различным содержанием порошка MgH₂. С использованием сферической взрывной камеры и метода цветовой пирометрии проведен анализ параметров ударной волны и температурных полей в зависимости от степени разрежения вакуума. Экспериментально установлено, что композитные составы RDX/MgH₂ превосходят чистый RDX по детонационным характеристикам и способности к термическому поражению. С увеличением степени вакуума наблюдается снижение пикового давления и положительного импульса, длительность положительной фазы изменяется немонотонно, а показатели термического поражения также улучшаются в определенном диапазоне. Сравнительный анализ влияния добавок MgH₂ и Mg на характеристики взрыва композиций RDX при атмосферном давлении и в условиях глубокого вакуума показал, что MgH₂ обеспечивает существенно более выраженный положительный эффект на параметры ударной волны, а также на объем и время существования огненного шара. Полученные результаты позволяют рассматривать порошок MgH₂ в качестве перспективной энергетической добавки для создания новых высокоэффективных бризантных взрывчатых составов.