Впервые предложена количественная модель гетерогенного воспламенения металлических частиц в газообразной окислительной среде, основанная на оценке механических напряжений, развивающихся на границе раздела металл — окисел из-за различия в коэффициентах линейного теплового расширения и объемных плотностей металла и окисла. Считается, что при достижении предела прочности окисная пленка разрушается, что приводит к резкой интенсификации скорости окисления частицы. Проведен численный расчет воспламенения отдельной частицы металла с учетом возможного изменения скорости ее окисления при разрушении окисной пленки. Проведена оценка разогрева частицы, необходимого для нарушения прочностных свойств окисной пленки. Для ряда металлов результаты расчета сравниваются с экспериментом.
Влияние давления среды и концентрации окислителя исследовались с помощью прямых экспериментов по воспламенению одиночных частиц магния с диаметром 70–350 мкм в углекислом газе и его смесях с аргоном. Получены экспериментальные зависимости критической температуры воспламенения от размера частиц. Показано, что использование формальной кинетики позволяет описать каждую такую зависимость парой кинетических констант (энергия активации и предэкспонент), принципиально различных для частиц размером ≷140 мкм. Для частиц Mg размером меньше 140 мкм существенным становится процесс выгорания и полученные константы не могут быть использованы в качестве параметров, характеризующих процесс высокотемпературного окисления. Для практических нужд предлагается эмпирическая формула, позволяющая рассчитать скорость окисления магния в углекислом газе при различных давлениях.
В рамках связной теории термоупругости рассмотрена задача об инициировании химической реакции горячей пластиной. Скорость реакции зависит от работы сил деформации. Это на макроуровне отражает особенность твердофазного превращения. Показано, что термонапряжения существенно сказываются на времени зажигания.
Экспериментально изучено влияние нескольких одновременно действующих источников зажигания на динамику сгорания бедных водородовоздушных смесей с концентрацией Н2 8, 10 и 15% (по объему) в замкнутом сосуде объемом 20 м3. Найдено, что при переходе от одного к двум источникам сгорание заметно интенсифицируется, однако при дальнейшем увеличении их числа до 5 характерное время протекания процесса изменяется слабо. При расположении источников один над другим с шагом 20 см общая картина изменения давления во времени близка к случаю одного источника.
Методом численного интегрирования двумерных нестационарных уравнений, описывающих движение реагирующего газа, получено решение задачи о распространении ламинарного пламени в плоском закрытом горизонтальном канале с холодными стенками в поле внешней массовой силы. Показано, что закономерности горения существенно зависят от величины внешней массовой силы; в околопредельных смесях возможно послойное выгорание горючей смеси. Найдены критические значения числа Фруда, отделяющие области горения и погасания. Получено приближенное решение модельной задачи о распространении пламени вблизи холодной стенки
Рассматривается задача об устойчивости плоского фронта пламени при горении газов в пористых средах. Анализируется влияние фильтрации на устойчивость. Получен приближенный критерий устойчивости. Показано, что встречное движение фронта более устойчиво, чем спутное, в том смысле, что неустойчивость спутных режимов проявляется при меньших значениях бифуркационного параметра.
С позиций квазиодномерного приближения сделана попытка построить теорию вибрационного распространения горения в трубе конечной длины. Одновременно учтены оба основных механизма обратной связи: за счет изменения скорости нормального пламени и площади его поверхности под влиянием акустических возмущений. Интегральным методом удается провести до конца их линейный анализ и получить критериальные условия возбуждения вибрационного режима, на основании которых достигнуто согласие с известными главными результатами экспериментальных наблюдений и измерений для обеих стадий процесса горения в полуоткрытых и закрытых трубках.
В работе исследуется взрыв цилиндрического заряда, лежащего на твердой поверхности или расположенного на некоторой высоте над ней. Взрыв моделируется разрывом между фоном и соответствующей областью, занятой газом с высокими давлением, плотностью и температурой. В аналогичной постановке взрыв заряда, моделирующего взрывной распад Тунгусского метеорита, рассматривался в [1—4], где двумерные расчеты выполнены для сферической и цилиндрической взрывных волн с учетом противодавления и силы тяжести. Взрывы зарядов конечных размеров и нетрадиционной формы изучались в работах [5—8]. Отражение от твердой поверхности взрывной волны при точечном взрыве рассматривалось в [9—10]. Более полный обзор работ, в которых исследовались пространственные эффекты формирования и распространения взрывных волн, можно найти в [11].
Рассмотрено влияние взрывного нагружения на структуру мартенситных сталей, быстрозакаленных и аморфизированных сплавов, т. е. материалов, имевших до ударного нагружения высокую плотность дефектов кристаллической решетки. Устойчивость таких структур к ударно-волновому воздействию зависит от наличия в них развитой системы высокоугловых субграниц. Если же материал до взрывной деформации имел высокую плотность дислокаций, но они не организованы в блоки с разориентированными границами, то ударные нагружения преобразуют структуру так, чтобы такие границы (были созданы, аналогично структурам после больших степеней обычной пластической деформации.
Методами математического моделирования изучено воспламенение частиц магния вблизи торца ударной трубы, возникающее под действием проходящей и отраженной ударных волн. Проведенное сопоставление с данными экспериментов показало необходимость учета движения частиц, зависимости теплофизических параметров системы от состояния при определении зависимости времени задержки воспламенения как функции температуры за фронтом ударной волны.
