Главная – Журналы – Поиск по журналам

В специально разработанном взрывном устройстве, имитирующем шпур, проведены эксперименты с зарядами мелкозернистой и крупнозернистой (гранулированной) смеси тротил/аммиачная селитра 30/70, которые при одинаковой плотности 0.89 г/см³ детонировали в стальной оболочке с внутренним диаметром 28 мм и толщиной стенок 3 мм со скоростями 4.13 и 2.13 км/с соответственно. Несмотря на значительное различие в скоростях (давлениях) детонации, наблюдалось одинаковое расширение оболочек зарядов. С другой стороны, численные расчеты, моделирующие распространение детонации во взрывном устройстве с соответствующими скоростями без учета возможности выделения энергии за фронтом волны, показывают, что расширение оболочки заряда всегда больше в случае высокоскоростного режима. Сделан вывод о том, что в исследуемых условиях, имитирующих распространение детонационного процесса и работу продуктов взрыва в шпуре, за фронтом детонации низкоскоростного (неидеального) режима имеет место эффективное довыделение энергии.

Приведены результаты исследования фазовых превращений при ударном сжатии в железе (полиморфный (α – ε)-переход) и церии (изоморфный (γ – α)-переход) методом ПВДФ-датчика.

В данном исследовании предпринята попытка приспособить комбинированную методологию конечных дискретных элементов для объединения уравнений газовой динамики и состояния деформирования твердого тела с целью разработки численного метода моделирования процессов в хрупких твердых средах, таких как горные породы. Используется стандартный метод конечных элементов с учетом разупрочнения при моделировании инициирования и распространения трещин в твердом теле, возникающих под действием высокого давления в газе. Это переменное высокое давление определяется уравнениями сохранения массы и импульса газа. Поведение газа полностью увязано с деформациями в твердом теле, которые изменяют плотность и пористость, входящие в уравнения газовой динамики, и основано на новых модификациях подхода, предложенного авторами данной работы в их недавних публикациях. Модель течения детонационного газа учитывает пространственное распределение давления и массы детонационного газа в пределах сложной геометрии трещиновато-раздроблнной твердой (горной) породы. Полные нелинейности геометрии и материала учитываются за счет использования полностью деформируемой сетки метода конечных элементов и анализа трещиновато-раздробленных дискретных элементов. Используются методы локальной адаптивной перестройки (обогащения) сетки для геометрического моделирования распространения трещин.

Методом меченых атомов в численном моделировании процесса распространения пламени показано, что в пламени богатых смесей водорода, метана и воздуха имеет место селективное окисление исходного молекулярного водорода. Образование в продуктах сгорания сверхравновесных концентраций воды из исходного молекулярного водорода и водорода, образующегося в зоне реакции из метана, приводит к сверхадиабатическим температурам рассматриваемых пламен.

Экспериментально методом молекулярно-пучковой масс-спектрометрии (МПМС) и методом микротермопар исследована химическая и тепловая структура стабилизированного на горелке Маха — Хебра пламени предварительно перемешанной богатой горючей смеси СH₄/O₂/N₂ с добавками паров трифенилфосфиноксида ((C₆H₅)₃PO), гексабромциклододекана (C₁₂H₁₈Br₆), а также бромистого этила (C₂H₅Br). Определены профили концентраций стабильных соединений, активных частиц, включая атомы и свободные радикалы, а также профили температуры в пламени при давлении 1 атм. Сопоставление экспериментальных данных и результатов моделирования по структуре пламени показали применимость метода МПМС для исследования структуры пламен, стабилизированных на горелке Маха — Хебра, в близких к адиабатическим условиях. Оценена относительная эффективность ингибирования пламени добавками исследуемых соединений по изменению пиковых концентраций радикалов Н и ОН в пламени, а также по изменению нормальной скорости распространения пламени. Результаты исследования позволяют предположить, что местом действия исследованных антипиренов является газовая фаза.

Экспериментально исследованы закономерности распространения пламени по пленке жидкого топлива на тонкой металлической подложке в условиях свободной конвекции. Мгновенные значения скорости пламени коррелируют с длиной факела. Средняя скорость пламени растет от 2 до 30 ÷ 40 см/с при вариации угла наклона подложки к горизонту в диапазоне 0 ÷ 90°. Для подложки заданной ширины скорость пламени обратно пропорциональна теплоемкости единицы площади системы подложка — топливо и разности между температурой, соответствующей образованию стехиометрической смеси насыщенных паров данного топлива с воздухом, и температурой окружающей среды.

Экспериментально исследована работа высокоэнтальпийной установки кратковременного режима при использовании в качестве рабочего тела продуктов реакций пропана, водорода, закиси азота с воздухом и кислородом. Зажигание смесей производилось либо электрической дугой, либо поджигающим устройством, работающим по форкамерно-факельному принципу при локальном воспламенении смеси от одного очага воспламенения, расположенного в центре форкамеры. Подтверждено, что использование комбинированного (электрического и химического) нагрева рабочего тела позволяет полностью решить вопрос воспроизведения натурных значений давления и энтальпии торможения для условий полета летательного аппарата с числами Маха 4 ÷ 7. Нижние концентрационные пределы зажигания при воспламенении от электрической дуги оказались ниже литературных данных, полученных при нормальных условиях. Сгорание трехкомпонентных (горючее + кислород + воздух) смесей с водородом при молярной доле водорода r_H2 > 0.1 и смесей с пропаном при r_C3H8 > 0.027 завершалось за 5 ÷ 8 мс с полнотой сгорания, близкой к единице. Время завершения химических реакций при зажигании от поджигающего устройства значительно выше, чем при зажигании от электрической дуги. Существенно уменьшить время сгорания при зажигании от поджигающего устройства можно за счет увеличения количества очагов воспламенения; использования смесей с бoльшим содержанием горючего, чем требуется для воспроизведения натурной энтальпии; замены в исходной смеси части горючего закисью азота.

Изучено горение водорода и силана. Установлено, что реакция зарождения цепей на кварце в зоне горения водорода и силана проявляется как автокаталитическая, способная инициировать цепной взрыв и участвовать в инициировании теплового взрыва. Показано, что в случае гремучего газа предположение о разветвленно-цепном характере третьего предела не согласуется с законом Н. Н. Семенова, в котором представлена двойная экспоненциальная зависимость скорости цепной реакции от времени и температуры. Предложен критерий участия разветвленных цепей в сложных процессах по наличию-отсутствию коротких задержек теплового взрыва (≈ 1 с). Взрыв при атмосферном давлении гремучего газа с задержками, заметно превышающими 1 с, согласно критерию протекает без участия разветвленных цепей и непротиворечиво объясняется совместным действием автокаталитических процессов на стенке реактора и газофазных процессов.

Изучена радиационная электропроводность твердых топлив смесевого и баллиститного типа при импульсном (2.5 · 10^-6 с) и непрерывном (1 ÷ 100 с) облучении потоком быстрых электронов. Определены условия, при которых возможно развитие электрического пробоя в процессе электронного облучения, и рассмотрена его связь с составом смесевого топлива. В случае баллиститного топлива исследована радиационная электропроводность как в высокоэластическом, так и в стеклообразном состоянии. По результатам экспериментов для обоих типов топлив определены параметры полуэмпирической модели радиационной электропроводности.

С целью проверки адекватности различных моделей тепловыделения в пламени динитрамида аммония реальным процессам проведено численное моделирование химических процессов в продуктах термического разложения при давлении 10 Торр и в пламени динитрамида аммония (ADN, NH₄N(NO₂)₂) при давлении 0.4 ÷ 60 атм. Расчеты выполнены на основе детального кинетического механизма и граничных условий, согласованных с экспериментальными данными, термодинамическими свойствами и химическим составом ADN. Кинетический механизм включает субмеханизмы, описывающие высокотемпературные химические процессы в смесях NH₃/N₂O/NO/NO₂/HNO₂/HNO₃ и NH₃/HN(NO₂)₂, а также брутто-стадии разложения аэрозолей. На основе расчетных и экспериментальных данных оценена роль динитразовой кислоты HN(NO₂)₂, аэрозолей и пара ADN в процессе тепловыделения в прилегающей к поверхности горения зоне пламени ADN. Согласно расчетам основным источником тепловыделения в холодной зоне пламени при p ≥ 3 атм является динитразовая кислота, поступающая в соответствии с каналом диссоциативного испарения ADN_liq → NH₃ + HN(NO₂)₂ с поверхности горения. В высокотемпературной зоне пламени тепловыделение обусловлено реакцией в смеси NH₃/N₂O/NO/NO₂/HNO₂/HNO₃. При невысоких давлениях высокотемпературная зона отделена от низкотемпературной зоной индукции. Ведущей в производстве радикала OH, играющего важную роль в процессе горения, в зоне индукции является стадия HNO₃ + M → OH + NO₂ + M. Вследствие высокой энергии активации стадии малые температурные возмущения в индукционной зоне при низких давлениях приводят к конечному изменению расстояния отхода высокотемпературной зоны пламени от поверхности горения. Поэтому малые температурные возмущения в индукционной зоне, обусловленные присутствием примеси в образце или теплообменом реагирующего газа с окружающей средой, могут быть причиной расхождения как между экспериментальными, так и между расчетными и экспериментальными данными по отходу высокотемпературной зоны пламени от поверхности горения. В расчетах положение высокотемпературной зоны эффективно регулируется вариацией в допустимых пределах констант скоростей элементарных стадий.