Для однотемпературных моделей нестационарных процессов в диссипативной среде с химическими реакциями аррениусовского типа указан корректный метод построения автоволновых решений, основанный на расширении температурного диапазона до 0 К и на использовании подхода Колмогорова–Петровского–Пискунова. Из полученного ограниченного спектра автоволновых решений отбираются не противоречащие теореме Нернста. Для квазигомогенной модели фильтрации газа в диссипативной гетерогенной среде с одной необратимой химической реакцией такое автоволновое решение единственное. Найден безразмерный параметр, критическое значение которого для выбранного числа Зельдовича определяет условие существования этого автомодельного решения. Получен критерий диапазона начальных температур, в котором химические превращения в реакциях пренебрежимо малы для автоволновых процессов.
Ю. М. Григорьев, С. И. Доронин, И. А. Филимонов*
"Институт химической физики в Черноголовке РАН, 142432 Черноголовка *Институт структурной макрокинетики РАН, 142432 Черноголовка"
Страницы: 37-45
В рамках двухмасштабного подхода для описания процессов физико-химической конденсации в двухфазных системах проведен теоретический анализ макрокинетики фазовыделения на микроскопическом уровне в изотермических и неизотермических условиях. Установлены сценарии превращения конденсированных частиц в химически активной среде, учитывающие экзотермичность реакций, конечность скоростей тепло- и массопереноса, фазовые превращения. Показано существенное влияние константы равновесия гетерогенных реакций на условия испарения или роста зародышей конденсированной фазы. Получен аналитический критерий направления фазового превращения в реакционноспособной среде, подтвержденный численными расчетами.
Исследованы прессованные из порошка титана образцы, сгоревшие в атмосфере азота. Обнаружены каналы под поверхностью образцов, сгоревших в спиновом режиме. Проведена оценка размера спинового очага горения, и определено влияние давления азота в диапазоне 100÷1800 Торр на размер очага. Получены данные по степени азотирования металла и фазовому составу слоя, где проходил спиновый очаг, и других слоев образца в зависимости от их расстояния от поверхности.
Для прессованных образцов титана изучены критические условия горения по плотности образцов и концентрации кислорода в смеси О2 — Ar. Показано существование минимальной плотности образцов, при которой характер горения существенно меняется. Полнота сгорания монотонно убывает с ростом плотности. Рассматриваются возможные причины описанных явлений.
Порошки металлов и их оксидов могут гореть в фосфоре с образованием фосфидов, а образующиеся фосфиды — гореть в кислороде с получением оксидов металла и пентоксида фосфора. В первом приближении о возможности протекания реакции горения в фосфоре или кислороде можно судить по зависимости величины ΔfH2980 для оксидов и фосфидов от атомного номера элементов таблицы Д. И. Менделеева. С использованием значений энергии Гиббса реакции горения, плотности исходных и конечных продуктов горения, выделяемой теплоты горения, коэффициента Пиллинга и Бэдворса показано, что наиболее перспективными горючими следует считать фосфиды алюминия и магния.
В рамках модели, полученной на основе уравнений механики многофазных сред и учитывающей изменения макроструктуры, связанные с различием плотностей металла и продукта, жидкофазным спеканием и действием фильтрующегося в порах газа, анализируется горение бронированных и небронированных образцов. Исследовано влияние степени разбавления смеси на параметры волны горения и структуру продукта. Определены условия сохранения проницаемости шихты при плавлении металла и получены выражения для скорости горения и конечной пористости. На качественном уровне описано горение небронированных образцов. Найдены условия подвода газа через исходную смесь и продукты.
Исследовано поведение интегральных кривых задачи о распространении волны горения по модельной гетерогенной системе. Рассмотрено влияние теплопередачи излучением на установившиеся режимы горения. Показано, что при достаточно больших зазорах между пластинами в системе (когда еще существует квазигомогенное распределение температуры) в режиме слабого торможения слоем нарастающего продукта излучение может приводить к заметному ускорению волны горения. В режиме сильного торможения при прочих равных условиях излучением можно пренебречь.
Рассмотрена математическая модель распространения фронта горения гетерогенных конденсированных составов, для которых адиабатическая температура горения ниже температуры плавления исходных реагентов и конденсированных продуктов, а также ниже минимальной температуры их эвтектики. Химическое взаимодействие во фронте горения осуществляется путем газотранспортного механизма, который обеспечивается за счет газификации примесных оксидов. В рамках исследованной модели получены значения скорости распространения фронта порядка экспериментально наблюдаемых. Периодические нестационарные режимы горения (пульсирующий и спиновый) возникают при сильной активированности макрокинетики химического превращения. Показано, что активированность может зависеть от энергии газификации, и, следовательно, испарение примесных оксидов влияет на устойчивость стационарного режима горения.
Рассмотрены особенности механизма теплопереноса в слое вспучивающегося теплоогнезащитного материала в рамках модели, учитывающей кондуктивный, конвективный и радиационный переносы. Установлено, что радиационный теплообмен играет доминирующую роль в формировании температурного поля. Структура кокса (наличие поперечных прослоек) оказывает незначительное влияние на интенсивность и глубину прогрева материала.
Дано аналитическое решение задачи о тепловом взрыве плоского слоя реагента при несимметричных граничных условиях третьего рода. Определены критические параметры Франк-Каменецкого для общего и частных случаев. Проведено сравнение результатов расчетов с литературными данными. Показано, что значения критических параметров, определенные прямым и обратным методами, при малых значениях критерия Био не совпадают и зависят от масштабной температуры. Особенностью подхода в данной работе является применение обратного метода к решению задач теплового взрыва.
Наш сайт использует куки. Продолжая им пользоваться, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности. Подробнее
