Е.Н. Александров1, Е.А. Маркевич1, С.Н. Козлов1, Д.С. Частухин1, Н.М. Кузнецов2 1Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, 119334 Москва 28en1937@mail.ru 2Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, 119991 Москва
Ключевые слова: гремучий газ, третий предел воспламенения, вырожденный взрыв, гетерогенный катализ реакции образования перекиси
Страницы: 3-14
На третьем пределе воспламенения измерен разогрев стенки реактора в период индукции и при взрыве. Показано, что в период индукции выделяется тепло, приблизительно равное теплу, выделившемуся при взрыве. Установлено, что в период индукции и под пределом скорость реакции меняется почти в 10 раз при смене очередности последовательного ввода в реактор водорода и кислорода. Это означает, что в этих случаях реакция в основном протекает на стенке реактора. Измерено суммарное количество перекиси водорода и пероксидного радикала HO2 ниже третьего предела воспламенения. Показано, что эти промежуточные продукты образуются в автокаталитической гетерогенной реакции. По совокупности данных, полученных в опытах и из литературы, установлено, что взрыв гремучего газа на третьем пределе — вырожденный. Взрыв происходит в результате накопления и распада в газе промежуточного продукта — перекиси водорода, которая образуется в основном на стенке реактора.
Л. С. Тран, П. А. Глод, Ф. Баттэн-Леклерк
Университет Лоррена, 54001 Нанси, Франция pierre-alexandre.glaude@univ-lorraine.fr
Ключевые слова: предварительно перемешанные ламинарные пламена, метан, этанол
Страницы: 15-23
Изучена структура стехиометрических ламинарных пламен метана, этанола и предварительно перемешанных смесей метана с 30 % этанола при низком давлении (6.7 кПа). Методом зондового отбора с последующим анализом на газовом хроматографе измерены профили молярных долей следующих компонентов пламен: CH4, C2H5OH, O2, Ar, CO, CO2, H2O, H2, C2H6, C2H4, C2H2, C3H8, C3H6, CH3–C≡CH (пропин), СН2=С=СН2 (аллен), CH2O и CH3HCO. Платинородиевыми термопарами измерены профили температуры пламен. Проанализированы сходство и различия в структуре пламен. Установлено, что во всех пламенах молярные доли промежуточных продуктов, содержащих два атома углерода, существенно превышают молярные доли продуктов с тремя атомами углерода. Молярные доли промежуточных продуктов максимальны в пламени этанола, несколько ниже в пламени этанол/метан и минимальны в пламени метана.
Моделируется работа импульсной аэрозольной системы тушения пожаров, возникающих при возгорании метановоздушной смеси в штреках и забоях угольных шахт. Вычислительный эксперимент показал, что такая система способна отсечь ударную волну, распространяющуюся по штреку угольной шахты, заполненному горючей метановоздушной смесью, подавить горение и защитить людей и оборудование в штреке от воздействия ударной волны.
Н.И. Полетаев, Ю.А. Дорошенко
Институт горения и нетрадиционных технологий, Одесский национальный университет им. И. И. Мечникова, 65082 Одесса, Украина incomb@ukr.net
Ключевые слова: факел алюминия, газодисперсный синтез, легкоионизируемые добавки, дисперсность продуктов горения, скорость коагуляции, пылевая плазма
Страницы: 31-44
Приведены результаты исследования влияния добавок K2CO3 на дисперсность продуктов горения газовзвеси частиц Al (средний диаметр частиц 4.8 мкм) в ламинарном диффузионном факеле. Экспериментально обнаружен экстремальный характер зависимости среднего размера частиц Al2O3 от концентрации добавки. При концентрации добавки K2CO3 0.5 % средний диаметр частиц Al2O3 составлял 30 нм, при концентрации добавки 5 % средний размер возрастал до 67 нм. Показано, что изменение среднего размера частиц Al2O3 в зависимости от концентрации легкоионизируемой добавки обусловлено взаимодействием пылевой и ионной подсистем плазмы продуктов горения в зоне реагирования в факеле. При высокой концентрации ионов (более 1020 м-3) это взаимодействие приводит к увеличению скорости коагуляции частиц Al2O3.
Предложена модель стационарного горения смеси частиц пиролизующегося твердого топлива с инертным материалом в противотоке газообразного окислителя. Химическая схема включает в себя пиролиз исходного топлива с образованием коксового остатка и газообразных продуктов (пиролизной смолы), окисление пиролизной смолы, окисление коксового остатка. Рассматривается процесс в бесконечном неадиабатическом реакторе. Одномерная однотемпературная модель включает в себя уравнения сохранения энергии системы и массы каждого компонента. Исходную систему уравнений решали для каждого типа тепловой структуры волны горения (нормальная и инверсная) асимптотическим методом с использованием приближения узкой зоны горения. Получены аналитические выражения, связывающие основные макрокинетические параметры процесса. Показано, что при малом содержании инертного компонента (в параметрической области инверсных волн) реализуется структура с полным протеканием пиролиза в зоне, отстоящей от фронта горения. В области нормальных волн наблюдается более полное сгорание топлива, что обеспечивается окислением части пиролизных смол.
Моделирование горения циклических нитраминов (ЦНА) показало, что их горение протекает по одинаковому механизму с совместным влиянием процессов в конденсированной и газовой зонах. Для чистых веществ изменение характеристик горения возможно только при низких давлениях с помощью катализаторов, действующих в конденсированной фазе, при высоких давлениях эта проблема трудноразрешима. Рассмотрено горение двойных составов (ЦНА + горючее (Г), ЦНА + перхлорат аммония (ПХА)) и тройных (ПХА + ЦНА + Г). Показано, что механизм горения и регулирование его характеристик определяются химическим взаимодействием и теплообменом между реагентами, которые зависят от характерного размера частиц в системе.
А.В. Фёдоров, А.В. Шульгин
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, 630090 Новосибирск fedorov@itam.nsc.ru
Ключевые слова: мелкие частицы металла, насыпка, время задержки воспламенения, математическое моделирование
Страницы: 74-79
Предложена точечная полуэмпирическая математическая модель, удовлетворительно описывающая экспериментальные данные по зависимости времени задержки воспламенения частиц железа от температуры окружающей среды с учетом зависимости предельных температур воспламенения от давления.
С.А. Ждан, А.С. Сырямин
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск zhdan@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: непрерывная детонация, камера сгорания, водородокислородные смеси, поперечные детонационные волны, структура течения, математическое моделирование, удельный импульс
Страницы: 80-90
В двумерной нестационарной газодинамической постановке сформулирована математическая модель непрерывной вращающейся детонации нестехиометрической водородокислородной смеси в кольцевой камере сгорания типа ракетного двигателя. Из анализа определяющих параметров установлено, что эта модель — задача на собственное значение, каковым является период задачи, который нельзя задавать произвольно, а необходимо искать в процессе решения. При численном моделировании динамики поперечных детонационных волн выяснено влияние коэффициента избытка горючего на структуру волн и удельный импульс, определены значения собственного числа — минимального периода задачи в зависимости от удельного расхода смеси. Показана их корреляция с экспериментом. При реализации непрерывной вращающейся детонации добавление к каналу постоянного сечения расширяющегося сопла приводит к росту удельного импульса.
А.П. Ершов, А.О. Кашкаров, Л.А. Лукьянчиков, Э.Р. Прууэл
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск ers@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: инициирование, пористое взрывчатое вещество, переход горения в детонацию
Страницы: 91-105
Исследовано инициирование тэна насыпной плотности потоком горячего газа, созданным взрывом активного заряда, отделенного воздушным промежутком. Проведено сравнение экспериментальных данных, полученных методом синхротронной радиографии, с результатами расчетов по двухфазной, двухскоростной, двухтемпературной модели. Приемлемое согласие получено при учете двух процессов, ускоряющих реакцию: дробление частиц при компактировании порошка и интенсификация горения из-за неустойчивости испаряющегося поверхностного слоя вещества при обтекании частиц высокоскоростным потоком газа.
Представлена модель широкодиапазонного полуэмпирического уравнения состояния металлов. Теплоемкость, коэффициенты Грюнайзена ионов и электронов являются функциями плотности и температуры. При низких температурах теплоемкость меняется в соответствии с теорией Дебая. Учитывается снятие вырождения электронного газа при повышении температуры. Эффективно учитывается влияние процессов ионизации на термодинамические функции. Уравнение состояния позволяет рассчитывать состояния в двухфазной области жидкость — пар. С использованием данной модели разработаны уравнения состояния W, Ta, Be, Al. Для своей области применимости уравнение состояния содержит относительно небольшое число свободных параметров, большинство из которых имеют физический смысл. Сравнение расчетов различных изолиний по уравнениям состояния с экспериментальными данными и с расчетами по другим моделям показало, что уравнения состояния W, Ta, Be, Al описывают большинство экспериментальных данных для этих веществ. В области сверхвысоких давлений и температур расчеты по уравнениям состояния удовлетворительно согласуются с расчетами по модели Томаса — Ферми с поправками.