Том 17, № 3 (2024)

Изучается эффективность добавления пара применительно к задаче снижения выбросов оксидов азота и углерода для горелочных устройств атмосферного типа малой мощности на примере сжигания газообразного топлива. Экспериментально определены тепловые и экологические характеристики сжигания газообразного топлива при его подаче в основание высокоскоростной струи перегретого водяного пара как способа низкоэмиссионного горения. В ходе эксперимента измерены полнота сгорания топлива, газовый анализ уходящих газов и средняя температура вдоль оси симметрии пламени. Полученные результаты демонстрируют, что подача перегретого водяного пара позволяет значительно снизить концентрацию вредных веществ в продуктах сгорания (NOx и CO в 1,6 и 1,8 раза) по сравнению с дутьем нагретого воздуха, при этом сохраняется высокая полнота сгорания топлива за счет реакции взаимодействия углеводородного топлива с паром.

Экспериментально определены условия мягкого инициирования детонации в вертикальном плоском полуограниченном слое стехиометрической этиленокислородной смеси конечной толщины. Точечное зажигание слоя производится одиночным разрядником или двумя разрядниками, разнесенными по высоте. Под мягким инициированием детонации подразумевается переход горения в детонацию (ПГД). Процесс распространения пламени/детонации фиксируется высокоскоростными черно-белой и цветной видеокамерами. Зажигание смеси одиночным разрядником приводит к тому, что по мере увеличения высоты слоя горючей смеси вероятность ПГД монотонно увеличивается от 0 до 1 и всегда имеется критическое значение высоты слоя, при котором эта вероятность имеет промежуточное значение между 0 и 1. В проведенных экспериментах критическая высота слоя составила 80–100 мм. Одновременное зажигание смеси двумя разрядниками может привести как к замедлению, так и к ускорению ПГД. Сравнение цветных и черно-белых изображений процесса ПГД показывает, что формы фронта пламени и детонационной волны в обоих случаях совпадают, однако цветное изображение позволяет получить дополнительную информацию по цвету (температуре) пламени, а черно-белое изображение с большим динамическим диапазоном лучше отображает структуру фронта пламени и детонационной волны. Полученные результаты могут быть использованы при разработке способов безопасного и надежного запуска непрерывно-детонационных двигателей (НДД), при котором требуется тщательное управление временем заполнения камеры сгорания двигателя горючим и окислителем, а также временем зажигания образующейся смеси.

Методом численного моделирования изучаются отличия и особенности распространения в вертикальном канале волн гетерогенной детонации в капельно-воздушных газовзвесях н-гексадекана и изо-октана — горючих жидкостей с сильно различающейся летучестью паров при нормальных условиях. Различие в летучести паров приводит к тому, что условия существования гетерогенной детонации в капельно-воздушных газовзвесях н-гексадекана и изо-октана сильно различаются. Если в капельно-воздушных газовзвесях изо-октана гетерогенную детонацию в канале можно инициировать без принятия каких-либо специальных мер, то инициировать гетерогенную детонацию, например в стехиометрической капельно-воздушной газовзвеси н-гексадекана, можно только при степени предыспарения жидкости выше некоторого критического значения (около 40%). При степени предыспарения жидкости ниже этого критического значения химическое энерговыделение за лидирующей ударной волной не обеспечивает самоподдерживающийся характер распространения волны реакции. При переходе через критическое значение степени предыспарения жидкости происходит смена режима энерговыделения в волне реакции: в ней появляется период быстрого (кинетически лимитированного) самовоспламенения паровоздушной смеси за лидирующей ударной волной со значительным повышением температуры, которое ускоряет последующие процессы смесеобразования и (диффузионно-лимитированного) энерговыделения. При докритическом значении степени предыспарения этот период выражен слабо.

Изучено влияние 11-диэтилферроцена (ДАФ-2) в индивидуальном виде и в сочетании с сажей и углеродными нанотрубками (УНТ) на горение модельного образца на основе неактивного связующего 12,2% поливинилбутираля (ПВБ), пластифицированного 15,8% дибутилфталатом (ДБФ) и 70% перхлората аммония, содержащего 1,4% фторопласта-4 и 0,6% технологических добавок. Заряды топлива изготавливались с использованием вальцевания и проходного прессования. Скорость горения определяли в приборе постоянного давления в атмосфере азота на бронированных шашках диаметром 6 мм и высотой 15 мм. Эффективность действия добавок оценивали величиной Z = U_доб/U₀, где U_доб — скорость горения топлива с соответствующей добавкой; U₀ — скорость горения топлива без добавок. Кроме того, оценивали влияние добавок на параметр ν в законе скорости горения U = B^ν. Исследованы структура и элементный состав поверхности горения погашенных образцов. Установлено, что при горении образцов с катализатором и УНТ на поверхности горения образуется каркас, на котором происходит существенное накопление частиц катализатора, УНТ и фторопласта. Таким образом, катализ горения происходит по такому же механизму, как и для баллиститных порохов и различных взрывчатых веществ (ВВ), содержащих нитрогруппы. Поэтому можно считать, что механизм катализа энергетических веществ является единым.

Двигатели на пастообразном топливе (ДПТ) являются возможной альтернативой широко используемым жидкостным (ЖДУ) и твердотопливным двигательным установкам (ТДУ). Однако информация о процессе горения пастообразных конденсированных систем остается весьма ограниченной. В работе представлены результаты экспериментального исследования процесса горения пастообразных конденсированных систем при варьировании рецептурных факторов. Исследование включало определение параметров закона скорости горения и характеристик процесса агломерации. Приведено описание методики исследования. Определены рецептурные решения, обеспечивающие управление процессом горения пастообразных топлив (ПТ), которое включает изменение закона скорости горения и характеристик агломерации. Установлена существенная роль в процессе горения рассматриваемых систем промежуточной структуры — каркасного слоя, которая оказывает значимое влияние на различные проявления этого процесса. Полученные данные позволили сформулировать общую физическую картину процесса горения ПТ.

Предложен способ оценки прозрачности для излучения железоалюминиевого термита умеренной гравиметрической плотности. Показано, что прозрачность термита определятся его пористостью. Предполагается, что закономерности отражения света от внешней поверхности и в порах образца одинаковы. Зависимость между коэффициентом отражения поверхности и гравиметрической плотностью (пористых) образцов, содержащих ∼ 25% порошка алюминия, взята из опытных данных. Начиная с относительной плотности Δρ ≥ 0,3, коэффициент отражения линейно возрастает при увеличении плотности состава. Кроме того, используется зависимость между пропусканием модельного состава с малым содержанием алюминия (≤ 0,2%), но запрессованного до максимальной плотности. Данная зависимость также линейна. Для определения коэффициента пропускания пористого состава с большим количеством алюминия необходимо задать условную концентрацию Al. Эта величина рассчитывается в предположении, что мелкий порошок Al вследствие слипания отдельных частиц состоит из отдельных агломератов, содержащих 8–10 частиц, после чего по (линейной) зависимости пропускание – доля Al, полученной для плотных образцов и экстраполированной в область больших концентраций Al, находится искомый коэффициент пропускания k. Так, для железоалюминиевого термита параметр пропускания лежит в интервале k = 10³–10⁴ см⁻¹, что согласуется с данными, приводимыми в литературе.