Получены модельные выражения для коэффициента концентрационной диффузии и фактора термической диффузии бинарной смеси, подчиняющейся уравнению состояния Ван-дер-Ваальса. Для расчета по модели при повышенном давлении (плотности) требуются параметры уравнения состояния смеси и ее фактор термодиффузии в низкоплотном идеально-газовом состоянии. Рассмотрено поведение модельных соотношений в зависимости от давления вдоль изотерм. Вблизи критического состояния модельный коэффициент диффузии имеет минимум, а коэффициент термодиффузии - максимум. Выполнено сопоставление моделей диффузии и термодиффузии при повышенном давлении с экспериментальными данными для ряда смесей. Показано их качественное и, в целом, количественное согласие при различных температурах и концентрациях компонентов. Уравнение Ван-дер-Ваальса недостаточно корректно при описании эксперимента по сжимаемости и фазовому равновесию при высоком давлении. Для этого требуются более сложные и гибкие его модификации. Приведены обобщающие выражения для модельных характеристик диффузии бинарной смеси на случай таких уравнений состояния.
C. Hua Wang, C. Hui Wang, H. D. Pan, L. Zhao, Y. Yue
College of Petroleum Engineering, Liaoning Petrochemical University, Fushun China wangchunhua@lnpu.edu.cn
Ключевые слова: горелка с низкой эмиссией оксидов азота, численное моделирование, трубки для подачи газа, внутренняя и внешняя двойная рециркуляция дымовых газов, сжигание без предварительного смешения
Страницы: 3-14
Создана трехмерная модель горелки, и изучено влияние конструктивных параметров газового сопла на характеристики горения. При изменении параметров сопла меняется зона рециркуляции в топке. Взаимодействие и симметрия четырех зон обратного течения напрямую влияют на стабильность пламени. Изменение максимальной и средней температур в печи не является основной причиной увеличения выбросов NOx на выходе из топки (MNO). Скорее всего, повышение MNO обусловлено характеристиками области высокой температуры. В десяти исследованных случаях выбросы NOx были ниже 30 мг/м3, а в некоторых случаях даже менее 10 мг/м3 (при нормальных условиях), что указывает на то, что сверхнизкие выбросы оксидов азота котла могут быть достигнуты путем разумной модификации конструкции сопла.
К.Н. Осипова, А.Г. Шмаков
Институт химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН, Новосибирск, Россия k.n.osipova23@gmail.com
Ключевые слова: оксид пропилена, изотермический реактор струйного перемешивания, химическая кинетика, масс-спектрометрия, химико-кинетический механизм
Страницы: 15-27
Оксид пропилена (С3H6O) может использоваться в качестве добавки к обычным топливам для снижения выбросов сажи, а также быть промежуточным продуктом окисления тяжелых углеводородов. В работе при помощи изотермического реактора струйного перемешивания получены новые экспериментальные данные по окислению С3H6O в условиях низких температур. Эксперименты проводились при температурах 600 ÷ 1 300 К и давлении 1 атм, время пребывания газовой смеси в реакционном объеме составляло 1 с. Протестировано пять детальных химико-кинетических механизмов, взятых из литературы. Выявлен механизм, обладающий наилучшей предсказательной способностью в условиях низких температур. Тестирование механизмов проводилось также на базе экспериментальных данных по структуре пламен С3H6O. Установлено, что в настоящий момент не существует модели, способной корректно описать процесс горения и окисления С3H6O как при низких, так и при высоких температурах.
М.В. Дробыш, А.Н. Дубовицкий, А.Б. Лебедев, В.И. Фурлетов, К.Я. Якубовский
Центральный институт авиационного моторостроения им. П. И. Баранова, Москва, Россия ablebedev@ciam.ru
Ключевые слова: малоэмиссионная камера сгорания, метод расчета турбулентного горения, неустойчивость горения, самовозбуждение колебаний газа, моды автоколебаний
Страницы: 28-38
Разработан и апробирован экономичный метод численного моделирования самовозбуждения колебаний газа в малоэмиссионных камерах сгорания газотурбинных установок. Метод основан на использовании модели турбулентности SAS SST k-ω и модели турбулентного горения с модифицированным уравнением для переменной степени завершенности горения. Для моделирования самовозбуждения колебаний газа в источниковый член этого уравнения введен множитель, связанный с пульсациями давления газа. Выделение одной из склонных к самовозбуждению мод колебаний газа осуществляется с помощью резонансного фильтра, действующего в каждой ячейке расчетной области. Результаты расчетного исследования, полученные по предложенной методике, позволяют изучать влияние конструктивных мероприятий и режимных параметров автоколебаний и подходить более рационально к выбору мер по их подавлению.
А.П. Шпара, Д.А. Ягодников, А.В. Сухов
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия daj@bmstu.ru
Ключевые слова: бор, частица, моделирование, воспламенение, горение, теплопотери
Страницы: 39-46
Аналитически исследуется влияние теплопотерь на возможность реализации наиболее эффективного газофазного режима горения одиночной частицы бора в воздухе при различных начальных температурах и давлениях окислительной среды с учетом возможного попадания частицы в воздушную среду, температура которой меньше температуры плавления бора, после ее воспламенения и выхода на стационарный режим газофазного горения. Разработана методика расчета предельной начальной температуры воздуха, ниже которой происходят охлаждение и гашение горящей частицы бора, и определены границы областей ее газофазного горения и гашения. Установлено, что при попадании в воздух с температурой ниже температуры плавления одиночной частицы бора, горящей в газофазном режиме, основным фактором, определяющим механизм ее горения, является температура воздуха, в зависимости от которой имеет место либо продолжение горения частицы в газофазном режиме, либо ее охлаждение и изменение режима горения на гетерогенный.
С.А. Трубачев1, О.П. Коробейничев1, А.Г. Шмаков1, А.Р. Сагитов1,2 1Институт химической кинетики и горения СО РАН им. В. В. Воеводского, Новосибирск, Россия 2Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия
Ключевые слова: полиметилметакрилат, датчик теплового потока, лучистый тепловой поток, кондуктивный тепловой поток, пожар, распространение пламени
Страницы: 47-55
Впервые количественно измерены полные и лучистые тепловые потоки из пламени на поверхность твердого топлива (полиметилметакрилат) в зоне горения при горизонтальном распространении пламени по поверхности топлива с помощью двух миниатюрных водоохлаждаемых датчиков размером 2.3 × 2.3 мм, установленных внутри пластины. Разработана конструкция водяного охлаждения датчиков размеров 2 × 2 × 0.5 мм (greenTEG AG), которая позволила размещать их непосредственно в зоне горения. Лучистый тепловой поток измерялся датчиком с защитным окном из ZnSe, а общий тепловой поток измерялся аналогичным датчиком без защитного окна. Определенный с помощью датчиков кондуктивный тепловой поток сравнивался с рассчитанным по данным измерения температуры в пламени полиметилметакрилата тонкими термопарами. Максимальные, измеренные с помощью термодатчиков лучистый и полный тепловые потоки из пламени на поверхность полиметилметакрилата составили 30 ÷ 35 и 70 ÷ 75 кВт/м2 соответственно.
Ф.А. Быковский, С.А. Ждан, Е.Ф. Ведерников
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия bykovskii@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: непрерывная спиновая детонация, вихревая радиальная камера сгорания, авиационный керосин, воздух, структура течения
Страницы: 56-69
Реализованы и исследованы режимы детонационного сжигания двухфазной смеси авиационный керосин ТС-1 - воздух в вихревой радиальной камере диаметром 500 мм с истечением к центру при изменении геометрии на входе и выходе из камеры. Воздух в камеру подавался через вихревую форсунку, а керосин, барботируемый воздухом, - через каналы встречного направления. Через прозрачные окна в камере сгорания проводилась оптическая регистрация процесса высокоскоростной камерой с частотой 420 000 кадр/с. В камере сгорания со свободным выходом и расширяющимся соплом наблюдали непрерывную спиновую детонацию с одной вращающейся детонационной волной со скоростью 1.68 ÷ 2.17 км/с, близкую к скорости детонации Чепмена - Жуге, или пульсирующую детонацию с радиальными волнами частотой 0.14 ÷ 0.26 кГц. Установка радиальных перегородок приводила к пульсирующей детонации или горению. При непрерывной спиновой детонации расход воздуха составлял 3.6 ÷ 11.7 кг/с, керосина - 0.2 ÷ 0.77 кг/с, а коэффициент избытка горючего изменялся в пределах 0.63 ÷ 2.5.
X. Zhang1, X.-L. Song1, Y. Wang2, C.-W. An1 1School of Environment and Safety Engineering, North University of China, Taiyuan China songxiaolan00@126.com 2School of Materials Science and Engineering, North University of China, Taiyuan China
Ключевые слова: TAGzT, мелкодисперсный, механическое измельчение, кинетика, механическая чувствительность
Страницы: 70-86
В высокоэнергетической шаровой мельнице приготовлен мелкодисперсный микрокристаллический порошок бис(триаминогуанидин)-5,5'-азотетразолата (TAGzT). Его микроструктура, элементный состав, механизм термического разложения и характеристики чувствительности были изучены методами СЭМ, ЭДС, РФЭС, ДСК, ТГ-МС и тестами на чувствительность. Результаты экспериментов показали, что мелкодисперсный TAGzT имеет нерегулярную зернистость с шероховатой поверхностью и содержит только элементы C и H. Разложение начиналось примерно при 199 °C, продуктами термического разложения являются в основном CH4, NH3, H2O; испытание на чувствительность показало, что мелкодисперсный TAGzT обладает хорошей стабильностью. Согласно расчетам по программе EXPLO-5 энергетические характеристики мелкозернистого TAGzT выше, чем у октогена. Были разработаны составы смесевого модифицированного двухосновного топлива (CMDB), содержащие мелкодисперсный TAGzT. Микроструктура, распределение элементов, механизм термического разложения и характеристики чувствительности образцов топлива CMDB были изучены методами СЭМ, ЭДС, РФЭС, ДСК и тестами на механическую чувствительность. Установлено, что на поверхности образца есть крошечные выпуклости и трещины, а массовое соотношение компонентов остается постоянным до и после приготовления. С увеличением содержания мелкодисперсного TAGzT в смеси температура пика термического разложения снижалась, а энергия активации EK сначала увеличивалась, а затем уменьшалась. Характеристическая высота падения груза H50 для смеси CMDB уменьшается с увеличением содержания мелкодисперсного TAGzT. Состав смесей CMDB был рассчитан с использованием программного обеспечения CproPEP. Показано, что добавка мелкодисперсного TAGzT в смесь увеличивает значения удельного импульса Isp и характеристической скорости C* по сравнению с октогеном и уменьшает значения температуры в камере сгорания Tc и среднюю молекулярную массу продуктов горения Mc. Путем введения мелкодисперсного TAGzT в смесь CMDB можно получить более высокую энергию и повысить безопасность.
J.-B. Li, W.-B. Li, X.-M. Wang, B. Zou
ZNDY of Ministerial Key Laboratory, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, China 13182990306@163.com
Ключевые слова: реакционноспособный материал, составной заряд, взрыв огненного шара, ударная волна
Страницы: 87-98
Исследуется механизм, с помощью которого реакционноспособный материал увеличивает выход энергии составного заряда, состоящего из внутреннего слоя взрывчатого вещества, промежуточного недетонирующего слоя и внешнего слоя взрывчатого вещества. Такая схема широко используется в боеприпасах с настраиваемой мощностью. Взрывные эксперименты проводились в двух режимах инициирования. Использование реакционноспособного состава Al/каучук вместо инертного состава LiF/каучук значительно ускорило рост огненного шара, скорость ударной волны и ее избыточное давление от составного заряда. При одновременном инициировании эффект был более очевидным из-за экзотермичности реакционноспособного слоя. Составной заряд с 40 % (об.) Al показал наибольшую разницу значений пикового избыточного давления при двух режимах инициирования - 41.4 %. Заряд с 60 % (об.) Al генерировал более низкую скорость ударной волны и огненного шара, а также меньшее пиковое избыточное давление, чем заряд с 40 % (об.) Al. Это свидетельствует о том, что избыточное содержание реакционноспособного Al в недетонирующем слое подавляет взрыв составного заряда.
Фотохронографическим методом определена связь критической толщины детонации в поперечных клиньях из пластифицированного ТАТБ с акустической жесткостью граничащего материала и скоростью звука в нем. Инициирование клиновидного заряда осуществлялось по всей боковой поверхности детонационной волной, распространяющейся в стационарном режиме.