Том 14, № 2 (2021)

Комментируются результаты теоретических исследований по зажиганию горючего газа накаленным телом. В классических работах Я. Б. Зельдовича, который использовал стационарную модель зажигания, были выявлены основные свойства процесса. Последующие исследования пошли, главным образом, по пути численного моделирования с использованием нестационарных моделей зажигания. Остался открытым вопрос о том, возможно ли с помощью стационарной модели зажигания количественно воспроизвести экспериментальные данные. За основу взяты известные эксперименты по зажиганию пропановоздушной смеси цилиндрическим проводом, приведенные в книге С. Кумагаи «Горение». Для обработки этих данных использованы два критерия. Первый критерий выведен приближенно, опираясь на решение задачи, полученное Я. Б. Зельдовичем. Показано, что результаты измерений Кумагаи не ложатся на единую линию в координатах, которые следуют из предложенного критерия, а расслаиваются на отдельные линии, отвечающие разным диаметрам накаленного тела. В статье показано, что обработка тех же результатов с использованием критерия зажигания, выведенного ранее А. А. Филипповым, хорошо коррелирует с экспериментом. В статье рассмотрены оба критерия зажигания и предложен физический фундамент для второго критерия.

Предложенный ранее экспериментальный способ оценки детонационной способности (ДС) топливно-воздушных смесей (ТВС), основанный на измерении расстояния и времени перехода горения в детонацию (ПГД) в эталонной импульсно-детонационной трубе (ЭДТ), использован для исследования ПГД в ТВС на основе этиленоводородного горючего с объемной долей водорода от 0 до 1 в одинаковых термодинамических и газодинамических условиях. На основе известных данных по горению и самовоспламенению такого горючего ожидалось, что с ростом объемной доли водорода расстояние и время ПГД должны монотонно уменьшаться, а соответствующие зависимости должны быть близки к линейным. Вопреки ожиданиям, полученные зависимости оказались нелинейными. Анализ результатов позволяет утверждать, что наблюдаемые зависимости — это проявление физико-химических свойств исследуемых ТВС. Изменение конструкции секции ускорения пламени в детонационной трубе в целом не влияет на характер полученных зависимостей: они остаются нелинейными.

На основе анализа структуры квазистационарной математической модели рабочего цикла поршневого двигателя рассмотрены алгоритм и методика расчета рабочих процессов в дизелях с газотурбинным наддувом (ГТН) при неравномерном чередовании впусков в цилиндры свежего заряда. Показано, что на эффективность совместной работы двигателя и турбокомпрессора (ТК) большое влияние оказывает характер колебаний в течение рабочего цикла расхода воздуха и давления наддува, которые определяют коэффициент полезного действия (КПД) двигателя с наддувом. Для согласования их работы предлагается расчет методом приближения по определенному алгоритму. После выбора ТК и охладителя наддувочного воздуха (ОНВ) параметры наддува корректируются с учетом технических данных выбранных ТК и оформляются окончательные исходные данные для расчета системы наддува двигателя. При дальнейшем расчете проводится корректировка коэффициентов расхода во впускных и выпускных трубопроводах, что обеспечивает с принятой относительной погрешностью совпадения заданных и рассчитанных средних значений массы рабочего тела, входящего и выходящего из цилиндра. При этом корректируется угол опережения впрыскивания топлива, продолжительность задержки воспламенения топливно-воздушной смеси и другие параметры. По предложенной зависимости проводится расчет характеристики тепловыделения и скорости выделения теплоты в двигателе с воспламенением от сжатия. Последняя не является монотонной, так как это обусловливает наличие двух максимумов скорости: при взрывном и диффузионном сгорании топлива.

Исследовано сгорание порошка магния с жидкой и гелеобразной водой. Найдены пределы и скорость распространения волны горения, а также степень превращения магния в зарядах цилиндрической формы. Предложен новый метод интенсификации сгорания — двухстадийный режим горения и разработан соответствующий ему разделенный заряд, позволяющий увеличить количество воды на 10%–18% в таком заряде по сравнению со сгоранием однородной смеси с высокой степенью превращения магния и без промотора горения. Эффект достигнут за счет специально организованного режима горения разделенного заряда. Данные исследования могут быть полезны при создании перспективных гидрореагирущих и водородогенерирующих составов.

Одним из критериев развития высокоэнергетических процессов является большая удельная поверхность твердых составляющих композитов, поэтому актуально максимальное сохранение его наноструктурированного каркаса при отделении пористого слоя от монокристаллической подложки. На основании анализа качества пористого слоя при различных методах и режимах его формирования были выбраны два метода, обеспечивающие простое и эффективное отделение пористой структуры от монокристалла. Для композитов на основе насыпей фрагментов пористого кремния (MPSF — mounds of porous silicon fragments) были проведены три серии экспериментов с фрагментами пористых слоев разного возраста (сформированных в ранее установленные сроки до создания композитов) с регистрацией динамики горения, температур и спектров горения, а также интенсивности возмущений в атмосфере, формирующихся при горении MPSF-композитов. Установлены четыре режима горения MPSF-композитов: тлеющий, фронтальный, аэрозольный и фронтально-аэрозольный. Определены времена индукции зажигания: от 1 до 50 мкс и импульсы давления в атмосфере на расстоянии 260 мм от очага возгорания — до 1,6 бар (при массе композитов до 0,4 г). Установлены скорости горения MPSF-композитов и их зависимости от коэффициента стехиометрии и влажности моногидрата перхлората натрия.

На основе метода двойной разности рассчитаны энтальпии образования радикалов нафтил-1 и нафтил-2 ($\mathrm{405,0}\pm \mathrm{2,0}$ кДж/моль). В качестве объектов исследования использованы данные по энтальпиям образования производных нафталина, в качестве реперных величин применили радикал фенил и производные бензола. Полученные данные по энтальпиям образования радикалов нафтил-1 и нафтил-2 были применены для корректировки имеющихся энтальпий образования производных нафталина в газовой фазе. Для 1- и 2-нитронафталина получена одинаковая величина, равная 133 кДж/моль. Литературные данные составляли $\mathrm{111,2}\pm \mathrm{5,3}$ и $\mathrm{145,0}\pm \mathrm{1,9}$ кДж/моль для 1-нитронафталина и 129,8 кДж/моль для 2-нитронафталина (расчет). Полученные данные позволили рассчитать энергии диссоциации связей $D(С-N{O}_2)$ в 1- и 2-нитронафталине, которая составила $306\pm \mathrm{2,0}$ кДж/моль и близка к энергии этой связи в бензоле ($\mathrm{305,4}\pm \mathrm{1,3}$ кДж/моль). Для определения идентичности связей в нафталине и бензоле был выполнен совместный расчет связей С–Н и С–С в нафталине и бензоле из энтальпий атомизации этих соединений. Связи получены идентичными, т. е. связи одинаковы по величине, из чего можно определить, что энергии перестройки радикалов нафтил-1 и нафтил-2 равны 0 кДж/моль.