Главная – Журналы – Поиск по журналам

Представлено теоретическое обоснование корреляционных соотношений между критическим диаметром зарядов ВВ и характеристиками их ударно-волновой чувствительности. С использованием разработанной автором теории критического диаметра и обобщенной кинетической характеристики разложения ВВ, определяемой по экспериментальной зависимости расстояния перехода инициирующей ударной волны в детонационную от амплитуды волны, получены соотношения для критического радиуса кривизны фронта детонационной волны и для критического диаметра детонации. Количественный анализ этих соотношений показал хорошее согласие с известными экспериментальными данными.

Приведены результаты экспериментального изучения детонации низкоплотных (3÷40 мг/см³) вторичных взрывчатых веществ (ВВ) в вакуумированной и в газонаполненной инертной пористой среде. Показано, что для всех исследованных режимов наблюдается конвективно-струйный механизм распространения детонации. Выяснено влияние типа ВВ и начального давления газа на критическую плотность ВВ и параметры детонации. Показано, что при наличии воздуха детонация возможна при меньшей, чем в случае вакуумированной среды, среднеобъемной плотности ВВ, и при этом существуют два предела (минимальный и максимальный) по начальному давлению газа. С уменьшением среднеобъемной плотности ВВ пределы сближаются, и для некоторого критического значения плотности ВВ детонация существует лишь при одном значении начального давления.

Измерены скорости метания пластин из разных материалов продуктами взрыва с торца плоского заряда малой толщины. Скорости метания непористых металлических пластин равной массы из алюминия, стали, меди и тантала отличаются не более чем на 5%. Различие скоростей метания пористых пластин из одного материала и пластин из слоев разных материалов при равной массе достигает 20%. Слоистые пластины из алюминия разной пористости удается ускорить до больших скоростей, чем сплошные. При помещении под стальную пластину слоя талька той же толщины, т. е. при возросшей суммарной массе, уменьшение скорости метания не зафиксировано. Наблюдаемые эффекты могут быть объяснены при волновом подходе к рассмотрению процесса метания.

Исследование ламинарных пламен предварительно перемешанных смесей в лабораторных условиях, часто при пониженных давлениях, вызывает большой интерес с точки зрения исследований химии горения и загрязнения окружающей среды. За последнее время достигнут значительный прогресс в изучении горения углеводородов, оксигенатов и их смесей. Применяемые нами методы лазерной диагностики, включая спектроскопию внутрирезонаторного спада сигнала во времени и лазерную индуцированную флюоресценцию, совмещенные с рядом масс-спектрометрических методик для изучения пламен in situ, позволяют измерять концентрации основных компонентов и промежуточных продуктов в пламени. Изучены строение молекулы горючего и влияние состава топлива на состав промежуточных продуктов с точки зрения образования нежелательных и потенциально опасных продуктов горения в пламенах углеводородов и оксигенатов. Выполнено исследование хемилюминесценции с использованием данных о передачи энергии соударения. Изучено низкотемпературное горение сильно разбавленных смесей в проточном реакторе.

Первые экспериментальные работы по изучению структуры пламени в основном были посвящены измерению скорости горения и изучению свойств его излучения. Существенный прогресс, достигнутый как в экспериментальной технике, так и в применении численных методов, сделал анализ структуры пламени мощным инструментом для получения информации о химии, термодинамике и процессах переноса в пламени. Такая информация чрезвычайно ценна для разработки эффективных технических устройств, позволяющих снизить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду. Глобальные скорости образования веществ рассчитаны на основе экспериментальных данных по температуре, скорости газового потока и концентрациям химических соединений в направлении, перпендикулярном фронту волны. Для веществ, изменение концентрации которых определяется небольшим числом реакций, можно затем рассчитать константы скоростей данных процессов. Разработка различных программных пакетов для моделирования структуры одномерных ламинарных пламен предварительно перемешанных смесей в начале 1980-х гг. позволила использовать информацию о структуре пламени для прямой проверки предложенных детальных кинетических механизмов химических процессов. Несмотря на вносимое в изучаемые объекты возмущение, до сих пор активно используется отбор локальных проб газа для последующего анализа. В то же время невозмущающие спектроскопические методы значительно расширили возможности анализа структуры пламени. Отметим, что возмущающие методы, основанные на отборе образцов, позволяют анализировать очень широкий класс соединений. Такие методы хорошо подходят для изучения сложных систем с большим количеством различных компонентов: богатых пламен предварительно перемешанных смесей, а также пламен, где топливом служат тяжелые молекулы. Использование новых фотоионизационных источников позволило значительно расширить возможности молекулярно-пучковой масс-спектрометрии, провести идентификацию различных изомеров и получить большой объем важной информации о промежуточных соединениях, участвующих в образовании бензола, полициклических ароматических углеводородов и частиц сажи в пламени. Среди различных спектроскопических методов лазерно-индуцированная флюоресценция наиболее широко применяется для точных измерений концентраций промежуточных радикалов, которые играют ключевую роль в механизме образования "быстрого" NO. Показан вклад исследований структуры пламени в развитие механизмов образования бензола и оксидов азота в процессе горения.

Исследовано пламя реакции разложения дитретбутилпероксида (ДТБП) в смеси 0.376ДТБП + 1.0N₂в ламинарных и турбулентных условиях. Наблюдавшиеся скорости распространения нерастянутого ламинарного пламени хорошо согласуются со значением, полученным из теории Зельдовича— Семенова— Франк-Каменецкого. Показано, что турбулентное горение этой смеси характеризуется рядом особенностей, которые являются общими для всех турбулентных пламен, в частности для процесса в двигателе с искровым зажиганием при сжигании бедных смесей. Пламя распространяется нестационарно и характеризуется массовой скоростью сгорания, увеличивающейся со временем. Ускорение пламени меняется от одного эксперимента к другому. Если, однако, отнести скорость горения к среднему радиусу пламени, то ее вариации между отдельными экспериментами намного меньше. Это явление имеет ярко выраженное сходство с циклическими изменениями в двигателе c искровым зажиганием. Сравнение полученных результатов с данными для смесей совершенно другого состава, с иными химической кинетикой и экзотермичностью, но с аналогичными скоростью ламинарного пламени и числом Льюиса показывает, что данные, полученные в экспериментах в замкнутом объеме, хорошо согласуются в случае, когда учитывается нестационарный характер распространения пламени. По-видимому, различия в деталях кинетических механизмов и термохимии ответственны за поведение пламени только вблизи предела гашения под действием турбулентности.

Изучены одномерные ламинарные пламена предварительно перемешанных смесей бензол/кислород/аргон с коэффициентами избытка горючего 2, 1 и 0.7, стабилизированные на плоской горелке при низком давлении (45 мбар). Отбор проб из пламен проводился коническим кварцевым пробоотборником на различных расстояниях от горелки. Анализ пробы осуществлялся методом газовой хроматографии. Результаты измерений дополняют имеющиеся в литературе экспериментальные данные по богатым и сажистым пламенам бензола и могут быть использованы для дальнейшего совершенствования механизмов окисления бензола. Сопоставление полученных экспериментальных данных с результатами моделирования по двум недавно разработанным кинетическим схемам показало, что обе модели неудовлетворительно описывают процесс горения стехиометрических и бедных смесей бензола.

Количественное определение концентраций радикалов важно при изучении структуры пламен. В работе проведен количественный анализ методом лазерно-индуцированной предиссоциативной флюоресценции (OH-LIPF) в плоских пламенах предварительно перемешанных метановоздушных и пропановоздушных смесей (коэффициент избытка горючего φ = 0.7÷1.3) при высоком давлении (1÷5 атм). OH возбуждали (A²Σ⁺, ν'= 3-X²Π, ν''=0, P₂8) при помощи эксимерного KrF-лазера и наблюдали полосы флюоресценции (3,2). Интенсивность флюоресценции OH калибровали по концентрациям OH, вычисленным по результатам моделирования в послепламенной зоне при помощи данных CHEMKIN для пламен предварительно перемешанных смесей с использованием механизма GRI-Mech 3.0. Точность и пространственное разрешение измерений температуры важны для корректности соответствующего моделирования пламени, особенно в реакционной зоне вблизи поверхности горелки. Для определения температуры над поверхностью горелки применена тщательно изготовленная система позиционирования термопары (R-тип, 50 мкм). С учетом скоростей тушения, профилей Фойгта и нормализации измеренных спектров по отношению к интенсивности спектров комбинационного рассеяния азота воздуха определена универсальная калибровочная постоянная (C_T=(1.076±0.174) · 10¹⁶ молекул/см³). Концентрации радикала ОН, вычисленные путем моделирования пламени, хорошо количественно согласуются со значениями, измеренным методом OH-LIPF во всех метановоздушных и в бедных (φ =0.7÷0.8) пропановоздушных пламенах. Однако при φ > 0.9 в пропановых пламенах получено 2–5-кратное расхождение. Это может быть обусловлено недостаточным представлением реакций с участием частиц C₃ в механизме GRI и/или неточностью термохимических данных для больших молекул.

Выполнен анализ публикаций, посвященных изучению горения углеводородовоздушных смесей при воздействии слабым электрическим полем и лазерным излучением. Особенностью экспериментального исследования авторов являлось импульсно-периодическое воздействие электрическим полем и сфокусированным лазерным излучением, не приводящее к электрическому разряду или оптическому пробою. Многочисленные экспериментальные исследования показали заметное влияние слабых электрических полей на процессы горения. Наложение электрического поля может приводить к расширению пределов воспламенения и горения топливовоздушных смесей, изменению (уменьшению или увеличению) скорости горения, смещению стабилизации горения в область бедных смесей, уменьшению концентрации вредных веществ в продуктах сгорания (например, NO_x, CO) и т. д.

Конвективное движение в волнах горения возникает под влиянием естественной и искусственной гравитации (центробежного воздействия) для широкого круга гетерогенных систем, таких как перхлорат аммония с твердыми добавками, порошки металлов и неметаллов с активным газом, высококалорийные системы термитного типа, гибридные слоевые системы. В работе изложены результаты исследования горения гетерогенных систем в условиях интенсивного конвективного движения в волнах горения, полученных автором с коллегами с начала 1970-х годов по настоящее время. Показано, что конвективные процессы в волнах горения гетерогенных систем могут определять структуру и закономерности распространения волн горения, тепло- и массоперенос в них.