Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование связанных процессов в реагирующих средах. Монография
.pdf
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
t,
MKC
t,
MKC
3
2
1
0
b/a = 1,1; П
b
= 0,35
0
а
t,
MKC
3
2
1
0
b
b/a = 1,3; П0 = 0,35
в
t,
MKC
3
2
3
2
1
2b
0
b
2b
b/a = 1,1; П0 = 0,45
б
t,
MKC
3
2
1
2b
0
b
2b
b/a = 1,3; П0 = 0,45
t,
MKC
3
2
г
1
0
b/a = 1,5; П
b
д
= 0,35
0
2b
1
0
b
b/a = 1,5; П0 = 0,45
е
2b
Рис. 39. Моменты выполнения критерия нестационарности
для параметров структуры концентрационной неоднородности
b/a = 1,1; 1,3; 1,5 и исходной пористости П
= 0,35 и 0,45
0
201
4.Вычислительныйэксперимент
t,
MKC
t,
MKC
3
2
1
0
b/a = 1,2; П
t,
MKC
3
2
1
0
b/a = 1,2; П
t,
MKC
3
а
в
b
= 0,35
0
b
= 0,4
0
2b
2b
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,4; П0 = 0,35
б
t,
MKC
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,4; П0 = 0,4
г
t,
MKC
3
2
1
0
b/a = 1,2; П
д
b
= 0,45
0
2b
2
1
0
b
b/a = 1,4; П0 = 0,45
е
Рис. 40. Моменты выполнения критерия нестационарности
для параметров структуры концентрационной неоднородности
202
b/a = 1,2; 1,4 и исходной пористости П
= 0,35; 0,4 и 0,45
0
2b
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
t,
MKC
3
2
1
0
b/a = 1,1; П
t,
MKC
3
2
1
0
b/a = 1,3; П
t,
MKC
30
20
t,
MKC
4
3
2
1
0
b
0
= 0,4
2b
b/a = 1,1; П0 = 0,3
а
t,
MKC
6
4
2
b
= 0,4
0
2b
0
b/a = 1,3; П0 = 0,3
в
t,
MKC
6
4
b
б
b
г
2b
2b
10
0
b/a = 1,5; П
= 0,4
2b
b
0
д
2
0
b
b/a = 1,5; П0 = 0,3
е
Рис. 41. Моменты запуска (черные линии) и окончания
(серые линии) химических превращений
2b
203
4.Вычислительныйэксперимент
t,
MKC
4
t,
MKC
4
3
2
1
0
t,
MKC
4
3
2
1
0
t,
MKC
4
3
b/a = 1,1; П
а
b/a = 1,3; П
в
b
= 0,35
0
b
= 0,35
0
2b
2b
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,1; П0 = 0,45
б
t,
MKC
4
3
2
1
0
b
2b
b/a = 1,3; П0 = 0,45
г
t,
MKC
4
3
204
2
1
0
b/a = 1,5; П
b
д
= 0,35
0
2b
2
1
0
b/a = 1,5; П0 = 0,45
е
Рис. 42. Моменты запуска (черные линии)
и окончания (серые линии) химических превращений
b
2b
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
t,
MKC
4
3
t,
MKC
16
12
2
1
0
b/a = 1,2; П
b
= 0,35
0
2b
8
4
0
b/a = 1,4; П0 = 0,35
а
t,
MKC
4
3
2
1
0
b/a = 1,2; П
b
= 0,4
0
2b
t,
MKC
4
3
2
1
0
b/a = 1,4; П0 = 0,4
в
t,
MKC
4
3
2
1
0
b/a = 1,2; П
b
= 0,45
0
2b
t,
MKC
4
3
2
1
0
b/a = 1,4; П0 = 0,45
д
Рис. 43. Моменты запуска (черные линии)
и окончания (серые линии) химических превращений
b
2b
б
b
2b
г
b
2b
е
205
4.Вычислительныйэксперимент
Полученные результаты демонстрируют сильную зависимость расположения данных зон от параметров исходной
структуры порошкового компакта [84]. Уменьшение исходной
пористости приводит к уменьшению зон реализации нестационарного режима уплотнения, вплоть до полного исчезновения. На рисунке 45 представлены зависимости концентрации зон реализации критерия (3.1) от исходных параметров
структуры и амплитуды ударного импульса. Наблюдается не
значительное уменьшение относительного объема с ростом
концентрационной неоднородности (рис. 45, а). Обнаружено
наличие порогового значения исходной пористости, преодоление которого приводит к скачкообразному увеличению относительного числа слоев (рис. 45, б). Это может быть обусловлено тем, что процесс ударного перехода осуществляется
в два этапа: сначала происходит сферически симметричное затекание пор [64],
затем — появляются вихревые течения. Критерий (3.1) может выполниться только на втором этапе. Таким
образом, при малых значениях пористости среды критерий
может — быть не удовлетворен. Как видно из рисунка 45, в),
относительный объем зон выполнения критерия (3.1) не зависит от амплитуды динамического воздействия.
Аналогичные результаты могут быть получены для системы
Zr-B. В ходе
вычислительных экспериментов моделируется
процесс синтеза в порошковой системе Zr-В с массовым содержанием Zr 19,2 % под действием ударного импульса с амплитудой 4,5 ГПа и длительностью 1 мкс. Рассмотрена модельная
структура исходного ультрадисперсного порошкового компакта
с размером частиц 5 мкм, различными значениями средней пористости П
и параметром концентрационной неоднородности
0
b/a. Значение b/a = 1,1 отвечает однородной концентрации
компонентов смеси в объеме порошкового компакта.
На рисунке 46 представлены моменты выполнения критерия перехода к нестационарному режиму уплотнения в микрослоях модельного образца, характеризуемого параметром концентрационной неоднородности b/a = 1,3 для различных значений пористости исходного компакта.
-
206
7
/
7
2b
b
a
,
f
P
NiAl
C,
C,
0.4
0.4
= 0,4; b/a = 1,5
Al
0.3
Ni
0.1
0.2
0
0
0.6
0.8
0.2
0.4
2b
b/a=1,5
b
Al
0.3
Ni
NiAl
0
0.1
0.2
= 0,4; b/a = 1,3 П
0
b/a=1,1
s
0.8
0.6
b/a=1,3
0.4
2b
b
0.2
234
0
0
b/a
0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
а б в
Al
Ni
NiAl
C,
0.4
0.3
0.2
0.1
= 0,2; b/a = 1,3 П
0
П
0
s
Рис. 44. Зоны выполнения критерия смены режимов энергообмена по толщине реагирующего слоя
N/N
0.8
0.4
0.6
0
0.2
Рис. 45. Относительный объем зон, в котором возможны сверхбыстрые превращения
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
20
4.Вычислительныйэксперимент
t,
MKC
t,
MKC
t,
MKC
1.2
0.8
0.4
1.2
0.8
0.4
b
1.2
0.8
0.4
b
а б в
Рис. 46. Моменты выполнения критерия нестационарности:
а — П0 = 0,3; б — П0 = 0,4; в — П0 = 0,5
На рисунке 47 отражены зависимости концентрации зон
реализации критерия нестационарности от исходных пористости порошкового компакта для различных значений параметра
b/a. Как и в случае синтеза в системе Ni-Al, наблюдается наличие порогового значения исходной пористости, его преодоление приводит к скачкообразному увеличению относительного объема модельного образца, в котором возможна реализация сверхбыстрых превращений.
0.8
0.6
b/a=1,3
b/a=1,5
b
0.4
0.2
0
0.2 0.3 0.4 0.5
Рис. 47. Зависимости концентрации микрослоев порошковых компактов
с нестационарным режимом физико-химических процессов
от средней пористости исходных компактов
208
4.5.Исследованиесверхбыстрыхпроцессовнафронтеударногоимпульса
Таким образом, нестационарный режим динамического уплотнения имеет локализованный характер, образуя структуру
продукта физико-химических превращений в ударнонагруженных реагирующих порошковых компактах. В ультрадисперсных
порошковых реагирующих материалах зоны реализации такого
режима динамического уплотнения представляют наиболее вероятные области формирования наноразмерных субструктур
продукта реакции. Существует пороговое значение исходной пористости реагирующего порошкового
компакта, чье преодоление
приводит к скачкообразному увеличению относительного объема материала, в котором возможен запуск сверхбыстрых химических превращений на фронте ударного импульса.
4.5.7.Прогнозфизико‐химическихпроцессов
встохастическихпорошковыхсмесях
Концентрации компонентов в процессе подготовки смеси всегда имеют разброс значений, удовлетворяющих некоторому закону распределения. Стохастический характер макроскопической
структуры концентрационной неоднородности может быть определен функцией распределения размеров агломератов частиц —
локальных характеристик степени неоднородности смеси порошковых компонентов. Эффективные свойства реагирующего материала зависят от свойств элементов представительной выборки
стохастического
ансамбля реагирующей смеси. Каждый элемент
такой выборки — это отдельная реакционная ячейка порошковой
среды. Локальные характеристики стохастической реагирующей
порошковой смеси — свойства элементов выборки — исследуются методом компьютерного моделирования физико-химических
процессов в слое реагирующей порошковой смеси постоянной
толщины с регулярной макроскопической структурой концентрационной неоднородности. На рисунке 48, а представлено модель-
распределение параметра концентрационной неоднородности,
ное
рассмотренное в процессе вычислительного эксперимента. Использован нормированный параметр макроскопической структуры
концентрационной неоднородности u = (b/a – m)/
матическое ожидание;
— среднеквадратическое отклонение па-
, где m — мате-
209
4.Вычислительныйэксперимент
f
5
раметра b/a. Результаты вычислительных экспериментов приведены на рисунке 48, б, в в виде гистограмм плотности распределе-
ния стартовой интенсивности превращений
(рис. 48, б) и от-
2,0
носительного объема зон выполнения комплексного критерия
(рис. 48, в). Прогноз физико-химических процессов в стохастиче-
ских порошковых смесях возможен при применении развитой модели для представительного набора реакционных ячеек как элементов стохастического ансамбля.
(u)
0.4
0.3
f(
.
20
)
210
0.2
0.1
0
10
0
-2 0 2
m = 1,3;
= 0,114
а
0.06
0.04
0.02
u
f(
0
0.4 0.
0.10.120.14 0.16 0.18
m = 0,16;
0.6
m = 0,485; = 0,072
в
Рис. 48. Гистограммы плотности распределения
б
= 0,02
.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]