Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование связанных процессов в реагирующих средах. Монография
.pdf
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
0,6
0,4
0,2
0
0
3
50 100 150
2
1
MKC
t,
Рис. 21. Зависимость массовой доли продукта реакции от времени
синтеза для различных значений исходной пористости П
1 — П
= 0,3; 2 — П0 = 0,4; 3 — П0 = 0,5
0
:
0
Результаты вычислительных экспериментов позволяют заключить, что необходимым условием формирования наноструктурного состояния в локальных микрообъемах ультрадисперсных порошковых смесей можно считать выполнение комплексного критерия запуска неравновесных процессов синтеза,
объединяющего условия малости степени химических превращений, достижения требуемой степени механической активации компонентов смеси, выполнения статистического критерия
реализации «турбулентного» режима
уплотнения (3.1).
4.5.3.Учеткинетикиповреждаемостиматериала
компонентовпорошковойсмеси
Поскольку все физико-химические процессы реализуются за
очень короткое время (порядка долей микросекунд), то постулат
о мгновенной реализации фазовых переходов и повреждаемости
компонентов может оказаться неприменимым. Для проверки необходимости учета кинетики накопления повреждаемости в вычислительном эксперименте моделируется процесс синтеза в порошковой системе Ni-Al с массовым содержанием Al 31,5 %
под действием
ударного импульса длительностью 1 мкс и амплитудой 2 ГПа. Рассмотрены модельная структура исходного ультрадисперсного порошкового компакта с размером частиц 5 мкм,
181
4.Вычислительныйэксперимент
с различными значениями средней пористости и дисперсии концентрации компонентов, а также слой реагирующей порошковой
смеси с объемом элемента структуры 9 · 10
–9 м3
. Распределения
исходных концентраций компонентов и удельного объема пор по
толщине моделируемого реагирующего слоя представлены на
рисунках 22, 23.
На рисунках 24, 25 представлены соответствующие моменты
выполнения критерия перехода к нестационарному режиму уплотнения в микрослоях модельного образца для исходной модели и модели с учетом инкубационного времени повреждаемости.
Для ультрадисперсных порошковых смесей в этих
микрослоях
возможно формирование наноструктуры продукта реакции.
Как следует из результатов вычислительного эксперимента, введение параметра инкубационного времени разрушения
приводит к более позднему (относительно исходной модели)
времени выполнения критерия, что, в свою очередь, вызывает
уменьшение количества микрослоев, в которых возможно
формирование наноструктуры.
На рисунках 26, 27 показаны времена инициирования химических превращений по толщине
реагирующего слоя из
двух реакционных ячеек. Уточнение модели механической активации порошковых материалов привело к существенному
отличию результатов прогноза условий ударного синтеза. Наблюдается более неоднородный характер запуска химических
превращений, а значит, импульсность процессов горения.
В ультрадисперсных порошковых реагирующих материалах зоны реализации нестационарного режима динамического
уплотнения — это наиболее вероятные
области формирования
наноразмерных субструктур продукта реакции. Учет инкубационных времен нестационарных процессов модификации порошковых компонентов позволяет развить модель в области
ударного синтеза нанокомпозитов.
На рисунках 28, 29 представлены соответствующие значения параметра энергии активации на момент окончания действия ударного импульса. Указанные результаты демонстрируют сильную зависимость достигаемого значения энергии активации
от кинетики развития повреждаемости.
182
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
NiAl
Al
Ni
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
NiAl
Al
Ni
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
0
b
b/a = 1,1
а
Al
NiAl
Ni
0
b
b/a = 1,3
в
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Al
NiAl
Ni
2b
2b
0
b
2b
b/a = 1,2
б
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
0
NiAl
Al
Ni
b
2b
b/a = 1,4
г
b
2b
b/a = 1,5
д
Рис. 22. Распределение исходных концентраций по толщине
реагирующего слоя для различных значений параметра структуры
концентрационной неоднородности при П
= 0,4
0
183
4.Вычислительныйэксперимент
C,
0.4
0.3
NiAl
Al
C,
0.4
0.3
Al
0.2
0.1
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
C,
0
0.4
0.3
0.2
0.1
Ni
= 0,25
П
0
b
2b
0.2
0.1
Ni
0
а
Al
NiAl
Ni
0
2b
П
b
= 0,35
0
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
NiAl
Ni
0
в
0
NiAl
Al
Ni
П
0
b
= 0,45
2b
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
Al
NiAl
0
д
NiAl
b
П0 = 0,3
б
Al
b
П0 = 0,4
г
Ni
b
П0 = 0,5
е
2b
2b
2b
Рис. 23. Распределение исходных концентраций по толщине
реагирующего слоя для различных значений средней пористости
исходного компакта при b/a = 1,3
184
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
t,
s
s
t,
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,1
а
t,
s
3
2
1
0
b 2b
b/a = 1,3
в
t,
s
3
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,2
б
t,
s
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,4
г
2
1
0
b
2b
b/a = 1,5
д
Рис. 24. Моменты выполнения критерия нестационарности
для различных значений параметра структуры концентрационной
неоднородности b/a; П
— исходная модель [85]; + — уточненная модель
= 0,4, Pf = 2 ГПа:
0
185
4.Вычислительныйэксперимент
6
t,
s
3
Нет химических
превращений
s
t,
3
2
1
0
П
t,
s
3
2
= 0,25
П
0
= 0,35
0
а
в
b 2b
2
1
0
b 2b
П0 = 0,3
б
s
t,
3
2
1
0
b
2b
П0 = 0,4
г
t,
s
3
2
1
0
П
b
= 0,45
0
2b
д
1
0
b
2b
П0 = 0,5
е
Рис. 25. Моменты выполнения критерия нестационарности
для различных значений параметра структуры концентрационной
неоднородности П
— исходная модель [85]; + — уточненная модель
18
; b/a = 1,3, Pf = 2 ГПа:
0
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
t, s
t, s
t, s
t, s
3
2
1
0
3
2
1
0
b
b/a = 1,2
б
b
b/a = 1,4
г
2b
2b
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,1
а
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,3
в
t, s
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,5
д
Рис. 26. Времена инициирования химической реакции по толщине
реагирующего слоя для различных значений параметра структуры
концентрационной неоднородности b/a ; П
серые линии — исходная модель [85]; черные линии — уточненная модель
= 0,4, Pf = 2 ГПа:
0
187
4.Вычислительныйэксперимент
t, s
t, s
t, s
3
2
1
0
t, s
3
2
1
0
3
b
= 0,25
П
0
а
b
П0 = 0,35
в
2b
2b
3
2
1
0
b
2b
П0 = 0,3
б
t, s
3
2
1
0
b
2b
П0 = 0,4
г
t, s
3
2
1
0
П
0
b
= 0,45
2b
д
2
1
0
b
2b
П0 = 0,5
е
Рис. 27. Времена инициирования химической реакции по толщине
реагирующего слоя для различных значений
исходной пористости П
серые линии — исходная модель [85]; черные линии — уточненная модель
188
; b/a = 1,3, Pf = 2 ГПа:
0
Ea/E
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
a0
Ea/E
a0
0.3
0.2
0.1
Ea/E
0.8
0.6
0.4
0.2
0.3
0.2
0.1
0
b
2b
0
b
2b
b/a = 1,1 b/a = 1,2
Ea/E
0.8
0.6
0.4
0.2
a0
0
b
2b
a0
0
b
2b
b/a = 1,3 b/a = 1,4
Ea/E
a0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
b
2b
b/a = 1,5
Рис. 28. Энергия активации на момент окончания действия ударного
импульса для различных значений параметра структуры
концентрационной неоднородности b/a; П
серые линии — исходная модель; черные линии — уточненная модель
= 0,4, Pf = 2 ГПа:
0
189
4.Вычислительныйэксперимент
Ea/E
0.8
0.6
0.4
0.2
Ea/E
0.8
0.6
0.4
0.2
Ea/E
0.8
a0
Ea/E
a0
0.8
0.6
0.4
0
b
= 0,25 П0 = 0,3
П
a0
0
2b
0.2
Ea/E
a0
b
2b
0.8
0.6
0.4
0.2
Ea/E
0.8
0
b
a0
2b
0
b
П
= 0,35 П0 = 0,4
a0
0
2b
0.6
0.4
0.2
0
b
П
= 0,45 П0 = 0,5
0
2b
0.6
0.4
0.2
0
b
Рис. 29. Энергия активации на момент окончания действия
ударного импульса для различных значений параметра структуры
концентрационной неоднородности П
серые линии — исходная модель; черные линии — уточненная модель
190
; b/a = 1,3, Pf = 2 ГПа:
0
2b
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]