- •Введение
- •I. Вводная часть курса «теория горения и взрыва»
- •1.1. Что такое горение и взрыв
- •1.2. Зачем нужно изучать горение и взрыв
- •1.4. В чем сложность изучения горения и взрыва.
- •1.5.1. По передаваемой субстанции
- •1.5.2. По развитию горения во времени
- •1.5.3. По устройствам, в которых происходит горение
- •1.5.4. По наличию межфазных взаимодействий
- •II. Взрывы
- •2.1. Землетрясение как аналог скрипа дверной петли
- •2.2. Скачкообразный выход из метастабильного состояния.
- •2.2.1. Взрывное вскипание жидкости
- •2.2.2. Взрывная газификация кристаллогидратов
- •2.3. Несанкционированный «ядерный взрыв»
- •Скорость поступления
- •2.4. Тепловой взрыв изолированного экзотермически реагирующего вещества
- •2.4.1. Реакция при идеальном теплоотводе.
- •Задание 1
- •2.4.2. Адиабатический тепловой взрыв
- •2.4.3. Тепловой взрыв с теплоотдачей
- •2.4.3.1. Постановка задачи, устойчивость режимов.
- •2.4.3.2. Тепловой взрыв при изменении внешних условий.
- •2.4.3.3. Случай с эпоксидной смолой.
- •2.4.3.4. Гетерогенный тепловой взрыв.
- •2.4.3.5. Гистерезис.
- •2.4.3.6. Условие теплового взрыва (аналитика).
- •2.4.3.7. Возможность определения кинетики.
- •Подставляем (18, 23, 24) в (20)
- •2.5. Тепловой пробой диэлектрика [3]
- •Сплошная линия – температура порошка, штриховая – тигля
- •2.7. Тепловой взрыв в проточном реакторе
- •Пусть в устройстве идет реакция согласно (6) и предэкспонент пропорционален концентрации исходного вещества
- •Плотность для простоты считаем постоянной (учет ее переменности не меняет качественную картину процесса). Баланс массы продукта реакции (в установившемся режиме) имеет вид
- •III. Горение
- •3.1. Диффузионное горение.
- •3.1.1. Горение пыли.
- •3.2. Горение в кипящем слое.
- •3.2.1. Понятие о кипящем слое.
- •Зависимости (41-43) справедливы и для формы частиц радикально отличающейся от сферической, при этом используется некоторый «эффективный» диаметр deff, см. [8].
- •3.3. Понятие о горении смесевых топлив.
- •3.3.1. Состав смесевых топлив.
- •3.3.2. Особенности горения смесевых топлив (по сравнению с гомогенными).
- •3.4. Горение заранее перемешанной газовой смеси и гомогенных энергетических материалов (эм)
- •3.4.2. Структура тепловой волны горения.
- •3.4.3. Эмпирические зависимости для скорости горения эм и трт.
- •3.4.6. Новые представления о механизме горения гомогенных трт, неустойчивость и «собственная турбулентность».
- •3.4.7. Нестационарное горение эм и трт.
- •Литература
3.4.7. Нестационарное горение эм и трт.
3.4.7.1. Общие сведения. Около ста лет назад на артиллерийском полигоне проводили опыты по подбору зарядов, и были случаи, когда часть еще не сгоревших полностью пороховых зерен вылетала из ствола орудия и их находили потом на земле. Нужно сказать, что артиллерийские пороха прекрасно горят и при атмосферном давлении, соответствующие экспериментальные точки получают и наносят на линию рис. 28. В описанном случае эта зависимость явно не выполнялась (зерна при выбросе погасли), и причина невыполнения состоит в том, что упомянутая зависимость была получена в стационарных условиях (постоянное давление в каждом опыте) и оказалась непригодна в условиях резко меняющегося давления (когда давление изменилось на несколько тысяч атмосфер туда и обратно за несколько миллисекунд). Существует простой способ оценки применимости стационарного закона горения (50, 51) к нестационарному процессу. Применимость имеет место, если процессы в волне горения успевают подстраиваться к меняющемуся давлению. Иначе говоря, характерное время перестройки волны tw должно быть меньше характерного времени изменения давления tp. Можно считать, что наиболее «инерционная» часть волны горения – прогретый слой - успевает перестроиться, пока волна проходит по веществу путь равный его толщине. Поэтому
tw = / vw = / vw2 (72)
В начале и в конце выстрела, когда давление относительно низкое и стационарная скорость должна иметь порядок 0.1 см / с, по (72) получаем tw = 0.001 см2/с / (0.1 см / c)2 = 0.1 с, что гораздо больше времени выстрела. Поэтому на участках подъема и спада давления горение было резко нестационарным, что и привело на спаде давления к затуханию. Следует отметить, что способ «нестационарного» гашения ТРТ резким сбросом давления используется в ракетной технике.
Литература
1. Большая медведица, 2000, №1
2. Т.В. Родионова, Т.В. Солдатов, Ю.Я. Дядин, Химия в интересах устойчивого развития, 1 (1998) 51.
3. А.Г. Мержанов, Э.Н. Руманов. Тепловые процессы типа горения в физике \\ Горение и взрыв (материалы IV всесоюзного симпозиума по горению), М., Наука, 1977.
4. В.Г. Абрамов. Методы теории горения и моделирование химических реакторов. \\ Горение и взрыв (материалы IV всесоюзного симпозиума по горению), М., Наука, 1977.
5. Л.К. Гусаченко, Л.Н. Ревягин, А.В. Филиппов. Особенности горения топлив при наличии узких зазоров. Физика горения и взрыва, 1979, №6
6. V.V. Karasev et al. Formation of charget aggregates of Al2O3 nanoparticles by combustion of aluminum droplets in air // Combustion and Flame 138 (2004) 40-54.
7. М. Фарадей. История свечи. М., Наука, 1980
8. О.М. Тодес, О.Б. Цитович. Аппараты с кипящим зернистым слоем. Л., Химия, 1981.
9. С.С. Новиков, В.Ю. Потулов, С.В. Чуйко. О взаимодействии фронта горения конденсированной системы с гетерогенными включениями / Горение конденсированных систем (труды V Всесоюзного Симпозиума по горению). Черноголовка, 1977, 56-58.
10. Л.К. Гусаченко, В.Е. Зарко. Анализ моделей горения энергетических веществ с полностью газообразными продуктами реакции // Физика горения и взрыва, 2005, № 1.
11. Б.В. Новожилов. Нестационарное горение твердых ракетных топлив. М., Наука, 1973.
12. Я.Б. Зельдович, О.И. Лейпунский, В.Б. Либрович. Теория нестационарного горения пороха. М., Наука, 1975.
1 Холодная алюминиевая частица всегда покрыта тонким слоем окиси. При нагреве алюминий плавится при 660оС и резко (на 30%) увеличивает свой объем. Оксидная пленка расплавится только при 2000о, когда алюминий уже будет кипеть. После этого поверхностное натяжение стягивает пленку в «колпачок», занимающий лишь часть поверхности частицы.
2 Аналогия с кипением – достаточно глубокая. Образуются и пузыри, которые поднимаются на поверхность и при этом вовлекают в хаотическое движение окружающий песок.
3 Это закон Архимеда, и в точной формулировке вместо должно быть (-а), а – плотность «ожижающего агента». Если слой песка продувается воздухом, а/ << 1, в приведенной выше разности можно пренебречь плотностью воздуха. Но закон Архимеда должен использоваться точно, если, например, в качестве псевдоожижающего агента используется вода.
4 Речь идет о теплообмене кипящего слоя, например, с помещенными в него трубами с нагреваемой и испаряющейся водой. Коэффициент теплообмена с увеличением скорости продувки вначале увеличивается благодаря увеличению частоты контактов трубы с горячими частицами, но при достаточно большом расширении слоя (и уменьшении его средней плотности) эта частота начинает уменьшаться. Значит, имеется максимум.