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.
Исследовано влияние износа контактирующих поверхностей на фрикционный разогрев материала в импульсно-периодическом режиме теплового воздействия. Предложен аналитический метод решения задачи, основанный на расщеплении обобщенного интегрального преобразования Фурье по пространственной переменной. Показано, что изнашивание контактирующих поверхностей в процессе фрикционного нагрева приводит к снижению величины максимально достижимого разогрева. Теоретически обосновано, что для высокоплавящихся энергетических материалов температура плавления является верхней границей максимально достижимого разогрева на нестационарном контакте скольжения.
Наш сайт использует куки. Продолжая им пользоваться, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности. Подробнее
