Главная – Журналы – Поиск по журналам

Разработан реакционный механизм воспламенения и горения трехкомпонентных суррогатов C₃H₈/n C₄H₁₀/iC₄H₁₀ альтернативных топлив на основе сжиженных углеводородных газов. Механизм описывает воспламенение суррогатов как в высокотемпературной, так и в низкотемпературной области, а также в области обратной зависимости времени задержки воспламенения от температуры. Механизм включает в себя 442 реакции для 84 компонентов. Представлены результаты тестирования механизма по данным экспериментов: по времени задержки воспламенения смесей изобутана, смесей углеводородных газов, содержащих пропан, н-бутан и изобутан (T₀ = 670 ÷ 1478 K, ρ₀ = 1 ÷ 30 атм, φ = 0.3 ÷ 2.0), по нормальной скорости распространения пламени в смесях изобутана с воздухом, по концентрации основных продуктов окисления изобутана в горелке с плоским пламенем.

Исследовано возбуждение и распространение волн экзотермических реакций в закрытом канале, заполненном газообразным кислородом при начальных давлениях 0.1 ÷ 2 МПа. Волны возбуждали раскаленной нихромовой спиралью с нанесенным на нее небольшим количеством вакуумного масла ВМ-4 либо топленого жира. Определены параметры волн и начальные давления, при которых в канале распространяется пламя.

Представлены наиболее интересные и важные газодинамические и кинетические параметры горения, взрыва и детонации горючих систем аммиак/кислород стехиометрического, обедненного и обогащенного составов при добавлении молекулярного азота (переход от топливно-кислородных к топливно-воздушным смесям). Такие же данные представлены для топливно-воздушных смесей в диапазоне от нижнего до верхнего концентрационного предела и при изменении начального давления. С точки зрения взрывобезопасности наиболее важны данные о критической энергии инициирования, позволяющие анализировать относительную опасность различных смесей. Критическая энергия E_* определяется как минимальная энергия инициатора, обеспечивающего в исследуемой смеси распространение волн горения и детонации: чем меньше E_*, тем более опасна смесь. Представлены также данные о размере детонационной ячейки, через который определяются характерные параметры камер сгорания, имеющие размерность длины.

Режимы непрерывной спиновой и многофронтовой детонации безуглеродных топливовоздушных смесей аммиак/водород --- воздух впервые реализованы в проточной кольцевой цилиндрической камере сгорания диаметром 503 мм. Исследовано бинарное горючее аммиак/водород с массовыми долями H₂ в горючем 0.105 ÷ 0.485 в диапазоне удельных расходов смеси 22 ÷ 347 кг/(с ∙ м²) при коэффициенте избытка горючего φ= 0.47 ÷ 1.55. В смесях аммиак/водород --- воздух с горючим трех составов NH₃ + 8H₂, NH₃ + 4H₂ и NH₃ + 2H₂ реализованы одноволновые и двухволновые режимы непрерывной спиновой детонации со скоростью 1.15 ÷ 1.59 км/с и частотой вращения волн 0.73 ÷ 1.81 кГц при φ= 0.73 ÷ 1.2, а для состава NH₃ + H₂ --- непрерывная многофронтовая детонация с двумя встречными поперечными детонационными волнами с частотой около 1.0 кГц при φ= 0.72 ÷ 1.0. Определена область реализации режимов непрерывной спиновой детонации и непрерывной многофронтовой детонации в зависимости от содержания аммиака в бинарном горючем и от давления в коллекторе воздуха. Высокочастотными датчиками измерены профили давления в коллекторе воздуха, в камере сгорания в области вращения поперечных детонационных волн. Определены силы тяги и удельные импульсы. Наибольшие импульсы тяги, полученные в камере, --- 2 300, 1 500, 1 350 и 900 с для смесей с массовым содержанием водорода в бинарном горючем 0.485, 0.32, 0.19 и 0.105.

Проведено исследование детонации ацетиленокислородных смесей, разбавляемых гелием или аргоном, в протяженном канале с проточной подачей компонентов взрывчатой смеси при атмосферном давлении. Рассчитаны скорость стационарной детонации, а также температура и динамический напор продуктов. Определены пределы существования самоподдерживающейся детонации в канале диаметром 26 мм, которые достигаются при разбавлении эквимолярной и стехиометрической смеси до 92 % как гелием, так и аргоном. Вблизи пределов околоспиновая детонация возбуждается без заметного перехода горения в детонацию зарядом-бустером из эквимолярной ацетиленокислородной смеси, объем которого не превышает 180 см³ или 13 калибров канала. С использованием в качестве продувочного газа как гелия, так и аргона получены детонационные покрытия из чистого титана. При этом с гелием формируется плотное покрытие пористостью <0.5 % и микротвердостью 370 HV300. С аргоном можно получать покрытия с развитой поверхностью и высокой (десятки процентов) пористостью в поверхностном слое, имеющие потенциал применения в каталитических реакторах и в производстве медицинских имплантатов.

В рамках уравнений Эйлера в двумерной плоской постановке численно исследуется падение ударной волны на пристеночный газовый пузырь (поперечный цилиндр), заполненный водородно-кислородной смесью с добавлением ксенона. Горение газа моделируется с помощью детальной кинетики, учитывающей 19 обратимых реакций. Применяется конечно-разностный метод класса WENO высокого порядка аппроксимации. Описаны процессы преломления и отражения ударной волны, а также фокусировки вторичных скачков уплотнения. Обнаружены различные режимы инициирования детонации в пузыре: прямой, при преломлении и отражении волны от стенки, при фокусировке скачков на плоскости симметрии вблизи стенки. На основе серии расчетов определена зависимость режимов воспламенения и пороговых чисел Маха падающей волны от формы пузыря. Показано, что сочетание фокусировки волны на пузыре и отражения от стенки приводит к существенному снижению пороговых чисел Маха как по сравнению с плоским слоем горючего газа перед стенкой, так и по сравнению со свободным пузырем без стенки.

Представлены результаты экспериментального исследования зажигания образцов электродного угля при нагреве интегральным потоком теплового излучения. Эксперименты проводили на установке радиационного нагрева «Уран-1» в диапазоне плотности поступающего на поверхность образца теплового потока 75 ÷ 314 Вт/см² в среде кислорода при разных давлениях (0.1 и 1.1 МПа). Получены значения температуры зажигания, а также зависимости времени задержки зажигания образцов от плотности теплового потока. По измеренным зависимостям определены константы формальной кинетики процесса в рамках гетерогенной модели зажигания.

На основе сопряженной модели горения металлизированного смесевого твердого топлива исследовано нестационарное горение топлива при гармоническом изменении давления над поверхностью топлива. В модели горения топлива учитываются химические реакции в конденсированной и газовой фазах. Над поверхностью топлива учитываются конвекция и диффузия компонентов газовой смеси, двухфазность потока, скоростная и тепловая неравновесность фаз, горение частиц алюминия. На поверхности топлива ставятся граничные условия равенства потоков массы и энергии. Представлены результаты расчетно-теоретического исследования зависимости скорости горения топлива от амплитуды и частоты колебаний давления. Исследование проведено для двух значений порядка реакции в газовой фазе. Определено влияние частоты колебаний давления на амплитуду изменения скорости горения топлива.

Для определения параметров триномиальной модели зажигания и роста Ли - Тарвера для взрывчатых веществ предложен метод, основанный на использовании генетического алгоритма и уравнении скорости реакции. Метод включает в себя выделение характерных точек из экспериментальной зависимости давления от времени, после чего с помощью авторской программы, реализующей генетический алгоритм, анализируется и обрабатывается физическая информация о течении и производится калибровка параметров модели Ли - Тарвера. Результаты показывают, что расчетная кривая давления, полученная с использованием параметров модели, определенных генетическим алгоритмом, хорошо согласуется с кривой, рассчитанной по эталонным параметрам; при этом максимальная погрешность по пиковому давлению составляет 6.3 %, что свидетельствует о высокой точности и эффективности предложенного метода калибровки.

В процессах самораспространяющегося высокотемпературного синтеза одной из важных проблем является предсказуемость и воспроизводимость режима горения. Хорошо известно, что разные марки и даже разные партии одной марки порошков металлов, используемых при синтезе, состоят из частиц разных форм и размеров, содержат разное количество газифицирующихся примесей, поэтому скорости горения изготовленных из них порошковых смесей одного состава могут отличаться в несколько раз. Ранее авторами статьи для гранулированной смеси 5Ti + 3Si, а в настоящей работе для смеси Ti + C определены значения скорости горения смесей с титаном узких фракций одной марки для широкого диапазона размеров частиц исходного порошка титана. Эти значения хорошо аппроксимируются степенными функциями с коэффициентом детерминации R² > 0.97. Построенные аппроксимирующие зависимости приняты в качестве базовых. Именно с ними проводилось сравнение скоростей горения других марок титана. Для отдельных узких фракций других марок титана измерены скорости горения порошковых и гранулированных смесей 5Ti + 3Si, Ti + C. Эксперименты показали, что базовые зависимости скорости горения от размеров частиц титана позволяют прогнозировать скорости горения гранулированных СВС-смесей того же состава для узких фракций титана других марок с точностью не хуже 30 %.